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题型:简答题
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简答题

如图所示,用长为L的细线系一小球A做成一单摆,在其悬点O′处另有一小球B,能自由下落,现将A拉开一很小角度,使B停在悬点O′处,同时释放两球,通过计算说明哪个小球先到达A的平衡位置O点?(小球半径可忽略)

正确答案

解:根据单摆的周期公式得:T=

则小球第一次摆到最低点的时间为:

根据L=得,小球自由落体运动的时间为:

,则t1>t2.可知B球先到达平衡位置O.

答:B球先到达平衡位置O.

解析

解:根据单摆的周期公式得:T=

则小球第一次摆到最低点的时间为:

根据L=得,小球自由落体运动的时间为:

,则t1>t2.可知B球先到达平衡位置O.

答:B球先到达平衡位置O.

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简答题

有一单摆,在山脚下测得周期为T1,移到山顶测得周期为T2,设地球半径为R,则山的高度多少?

正确答案

解:设单摆的摆长为L,地球的质量为M,则据万有引力定律可得地面的重力加速度和高度为h时的重力加速度分别为:

g=…①

g′=…②

据单摆的周期公式可知:T1=2π…③

T2=2π…④

联立①②③④解得:h=

答:山的高度为

解析

解:设单摆的摆长为L,地球的质量为M,则据万有引力定律可得地面的重力加速度和高度为h时的重力加速度分别为:

g=…①

g′=…②

据单摆的周期公式可知:T1=2π…③

T2=2π…④

联立①②③④解得:h=

答:山的高度为

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简答题

如图所示,将单摆小球A从静止释放的同时,高出悬点O的另一小球B做自由落体运动,结果它们同时到达跟单摆的平衡位置C等高处.已知摆长为l,偏角θ<5°,求:B球的初位置与单摆悬点之间的高度差h.

正确答案

解:从小球释放到同时到达跟单摆的平衡位置C等高处,A、B经历的时间:tA=tB       

小球A做单摆运动,tA=(2n-1)   其中n=1、2、3、…

根据单摆周期公式得:TA=2π

小球B做自由落体运动,

h+l=g

联立求解:h=-l,其中n=1、2、3、…

答:小球B的初位置与单摆悬点之间的高度差h=-l,其中n=1、2、3、….

解析

解:从小球释放到同时到达跟单摆的平衡位置C等高处,A、B经历的时间:tA=tB       

小球A做单摆运动,tA=(2n-1)   其中n=1、2、3、…

根据单摆周期公式得:TA=2π

小球B做自由落体运动,

h+l=g

联立求解:h=-l,其中n=1、2、3、…

答:小球B的初位置与单摆悬点之间的高度差h=-l,其中n=1、2、3、….

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简答题

如图1所示,有一秒摆(周期为2s的单摆),悬点为O,在O点正下方M处有一钉子,从平衡位置向左摆时由于钉子的阻碍改变了摆的长度,从平衡位置向右摆时又变为原摆的长度,其振动图象如图2所示.g取9.86m/s2,求:

(1)秒摆摆长.

(2)用改变后的摆的摆长做成的单摆的周期是多大?摆长是多长?

(3)原题中摆的周期多大?写出此摆的周期表达式(注明各个物理量符号的意义).悬点离钉子的距离多长?

正确答案

解:(1)因为秒摆的周期 T0=2 s,由

得,秒摆摆长 L==1 m.

(2)由振动图象知,改变摆长后用此摆长做成的单摆,半个周期是 0.5 s,因此 T1=2×0.5 s=1 s,则改变后的摆长 l==0.25 m.

(3)由振动图象知,摆的周期T=1.5 s,周期表达式T=+,其中T为摆的周期,L为秒摆原摆长,l为被钉子阻挡后的摆长.

悬点离钉子的距离为OM=L-l=1 m-0.25 m=0.75 m.

答:

(1)秒摆摆长是1 m.

(2)改变摆长后用此摆长做成的单摆周期是 0.5 s,摆长是0.25 m.

(3)摆的周期是1.5 s,周期表达式T=+,其中T为摆的周期,L为秒摆原摆长,l为被钉子阻挡后的摆长.悬点离钉子的距离为0.75 m.

解析

解:(1)因为秒摆的周期 T0=2 s,由

得,秒摆摆长 L==1 m.

(2)由振动图象知,改变摆长后用此摆长做成的单摆,半个周期是 0.5 s,因此 T1=2×0.5 s=1 s,则改变后的摆长 l==0.25 m.

(3)由振动图象知,摆的周期T=1.5 s,周期表达式T=+,其中T为摆的周期,L为秒摆原摆长,l为被钉子阻挡后的摆长.

悬点离钉子的距离为OM=L-l=1 m-0.25 m=0.75 m.

答:

(1)秒摆摆长是1 m.

(2)改变摆长后用此摆长做成的单摆周期是 0.5 s,摆长是0.25 m.

(3)摆的周期是1.5 s,周期表达式T=+,其中T为摆的周期,L为秒摆原摆长,l为被钉子阻挡后的摆长.悬点离钉子的距离为0.75 m.

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简答题

有一个摆长为L的单摆,它的摆球质量为m,从与竖直方向成θ的位置无初速开始运动,重力加速度为g,以平衡位置所在的水平面为参考平面,求:

(1)单摆的总机械能;

(2)摆球经过最低点时的速度;

(3)在偏角很小的情况下,从开始运动到摆球第一次经过最低位置需要的时间.

正确答案

解:(1)以平衡位置所在的水平面为参考平面,初位置的动能EK=0,重力势能EP=mgL(1-cosθ).

所以E=EK+EP=mgL(1-cosθ).

故单摆的总机械能为mgL(1-cosθ).

(2)根据机械能守恒定律得,mgL(1-cosθ)=

解得v=

故摆球经过最低点时的速度为

(3)单摆完成一次全振动的时间T=

则t=

故从开始运动到摆球第一次经过最低位置需要的时间为

解析

解:(1)以平衡位置所在的水平面为参考平面,初位置的动能EK=0,重力势能EP=mgL(1-cosθ).

所以E=EK+EP=mgL(1-cosθ).

故单摆的总机械能为mgL(1-cosθ).

(2)根据机械能守恒定律得,mgL(1-cosθ)=

解得v=

故摆球经过最低点时的速度为

(3)单摆完成一次全振动的时间T=

则t=

故从开始运动到摆球第一次经过最低位置需要的时间为

下一知识点 : 探究单摆的周期与摆长的关系
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