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题型:简答题
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简答题

如图是两个单摆的振动图象.

(1)a、b两个单摆的摆长之比是多少?

(2)以向右为摆球偏离平衡位置的位移的正方向,从t=0起,a第一次到达左方最大位移时,b振动到了什么位置?向什么方向运动?

正确答案

解:(1)由题图知:a、b两个单摆的周期分别为0.4s和0.6s,故:

根据单摆的周期公式T=2,有:

(2)由题图知,当a第一次到达左方最大位移时,t=0.3s;

此时b的位移为零,即振动到了平衡位置;由于x-t图象的切线斜率表示速度,由于斜率为负,故正向左方运动;

答:(1)a、b两个单摆的摆长之比是4:9;

(2)以向右为摆球偏离平衡位置的位移的正方向,从t=0起,a第一次到达左方最大位移时,b振动到了平衡位置,且正向左运动.

解析

解:(1)由题图知:a、b两个单摆的周期分别为0.4s和0.6s,故:

根据单摆的周期公式T=2,有:

(2)由题图知,当a第一次到达左方最大位移时,t=0.3s;

此时b的位移为零,即振动到了平衡位置;由于x-t图象的切线斜率表示速度,由于斜率为负,故正向左方运动;

答:(1)a、b两个单摆的摆长之比是4:9;

(2)以向右为摆球偏离平衡位置的位移的正方向,从t=0起,a第一次到达左方最大位移时,b振动到了平衡位置,且正向左运动.

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题型:简答题
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简答题

将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力.图甲中O点为单摆的固定悬点,现将质量m=0.05㎏的小摆球(可视为质点)拉至A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的A、C之间来回摆动,其中B点为运动中的最低位置.∠AOB=∠COB=θ(θ小于10°且是未知量).由计算机得到的细线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线如图乙所示,且图中t=0时刻为摆球从A点开始运动的时刻.试根据力学规律和题中所给的信息,(g取10m/s2=0.89),求:

(1)单摆的振动周期和摆长.

(2)摆球运动到平衡位置时的速度

(3)图乙中细线拉力最小值为多少?

正确答案

解:(1)摆球受力分析如图,小球在一个周期内两次经过最低点,根据该规律,知:

T=0.4πs=1.256s

由单摆的周期公式T=2π,得:

L===0.4m

(2)在最低点B,根据牛顿第二定律,有:

Fmax-mg=m

代入数据得:

v=0.282m/s

(3)由A到B过程机械能守恒,有:

mgL(1-cosθ)=mv2

在A、C两点拉力最小,有:

Fmin=mgcosθ

联立解得:

Fmin=0.485N

答:(1)单摆的振动周期为1.256s;摆长为0.4m;

(2)摆球运动到平衡位置时的速度大小为0.282m/s;

(3)乙中细线拉力最小值为0.485N.

解析

解:(1)摆球受力分析如图,小球在一个周期内两次经过最低点,根据该规律,知:

T=0.4πs=1.256s

由单摆的周期公式T=2π,得:

L===0.4m

(2)在最低点B,根据牛顿第二定律,有:

Fmax-mg=m

代入数据得:

v=0.282m/s

(3)由A到B过程机械能守恒,有:

mgL(1-cosθ)=mv2

在A、C两点拉力最小,有:

Fmin=mgcosθ

联立解得:

Fmin=0.485N

答:(1)单摆的振动周期为1.256s;摆长为0.4m;

(2)摆球运动到平衡位置时的速度大小为0.282m/s;

(3)乙中细线拉力最小值为0.485N.

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简答题

升降机里有一个单摆,原始周期为T.求当升降机以加速度a向上加速运动,向下加速运动,匀速运动时单摆的周期.

正确答案

解:设单摆摆长为L,当升降机以加速度a向上加速运动时,等效重力加速度为:g‘=g+a,

单摆周期为:

当升降机以加速度a向下加速运动时,等效重力加速度为:g'=g-a,

单摆周期为:

当升降机匀速运动时,等效重力加速度为:g'=g,单摆周期为:T1=T.

答:当升降机以加速度a向上加速运动时周期为,向下加速运动时周期为,匀速运动时周期为T.

解析

解:设单摆摆长为L,当升降机以加速度a向上加速运动时,等效重力加速度为:g‘=g+a,

单摆周期为:

当升降机以加速度a向下加速运动时,等效重力加速度为:g'=g-a,

单摆周期为:

当升降机匀速运动时,等效重力加速度为:g'=g,单摆周期为:T1=T.

答:当升降机以加速度a向上加速运动时周期为,向下加速运动时周期为,匀速运动时周期为T.

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简答题

将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力.图甲中O点为单摆的固定悬点,现将小摆球(可视为质点拉至A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的A、B、C之间来回摆动,其中B点为运动中的最低位置,∠AOB=∠COB=α;α小于10°且是未知量.图乙表示由计算机得到的细线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线,且图中t=0时刻为摆球从A点开始运动的时刻.试根据力学规律和题中(包括图中)所给的信息求:(g取10m/s2

(1)单摆的振动周期和摆长;

(2)摆球的质量;

正确答案

解:(1)从F-t图线可知,单摆的周期T=0.4πs.

根据单摆的周期公式T=得,

L=

答:单摆的周期为0.4πs,摆长为0.4m.

(2)在最高点A,有Fmin=mgcosθ=0.495N

在最低点B,有Fmax=+mg

从A到B,滑块机械能守恒,有mgR(1-cosθ)=

联立三式解得:m=0.05kg.

答:摆球的质量为0.05kg.

解析

解:(1)从F-t图线可知,单摆的周期T=0.4πs.

根据单摆的周期公式T=得,

L=

答:单摆的周期为0.4πs,摆长为0.4m.

(2)在最高点A,有Fmin=mgcosθ=0.495N

在最低点B,有Fmax=+mg

从A到B,滑块机械能守恒,有mgR(1-cosθ)=

联立三式解得:m=0.05kg.

答:摆球的质量为0.05kg.

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简答题

由密度为ρ的金属小球组成的单摆,在空气中振动周期为T0S,若把小球完全浸入水中成为水下单摆,则振动周期变为多大?(不计空气和水的阻力)

正确答案

解:小球在水中等效重力加速度为:

在空气中的周期为:

在水中的周期为:T=

联立解得:T=

答:振动的周期为

解析

解:小球在水中等效重力加速度为:

在空气中的周期为:

在水中的周期为:T=

联立解得:T=

答:振动的周期为

下一知识点 : 探究单摆的周期与摆长的关系
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