- 单摆周期公式
- 共1307题
如图所示,把一个质量为m的小球用细线悬挂起来,就成为一个单摆,摆长为L,如图所示.现将小球拉至A点由静止释放,在A点时细线与竖直方向的夹角为θ(θ<5°).重力加速度为g.不计空气阻力.求:
(1)小球从A运动到O所用的时间t?
(2)小球运动到最低点O位置时速度多大?
(3)求在小球摆动的过程中绳子拉力的最大值和最小值是多少?
正确答案
解析
解:(1)据单摆的周期公式得,从A到O的时间:t==
(2)设球由静止释放运动到最低点时的速度大小为v,根据机械能守恒定律得:
mgL(1-cosθ)=mv2
解得:v=
(3)设在最低点细线对小球拉力的大小为T,根据牛顿第二定律得:
T-mg=m
解得:T=(3-2cosθ)mg
根据牛顿第三定律,小球对细线拉力的大小:Tˊ=T=(3-2cosθ)mg
在最高点时,绳子的拉力最小,为:F=mgcosθ
答:(1)小球从A运动到O所用的时间.
(2)小球运动到最低点O位置时速度
(3)求在小球摆动的过程中绳子拉力的最大值和最小值分别为(3-2cos)mg和mgcosθ
单摆的摆球是一个装满水的空心金属球,在摆角小于5°时摆动,水从底部的小孔流出.直到流完,那么在摆动的过程中,单摆的周期将:( )
正确答案
解析
解:单摆在摆角小于5°时的振动是简谐运动,其周期是T=2π.装满水的空心金属球,重心在球心,当水从底部的小孔流出,直到流完的过程,金属球(包括水)的重心先下降,水流完后,重心升高,回到球心,则摆长先增大,后减小,最后恢复到原来的长度,所以单摆的周期先变大后变小,最终恢复到原来的大小.
故选C
如图,光滑圆槽的半径为r,A为最低点,C到A的距离远小于r,两质点小球B、C同时释放,要使B、C两小球正好在中点A相遇,问B到A点距离h的最小值应满足什么条件?
正确答案
解析
解:对C球,可视为单摆,当小球B第一次运动到最低点与自由落体的小球A相遇时对应的时间最短,即小球A的高度最小.
单摆周期公式可求B球到达O点的最短时间:
t==
=
对B球,据h=得;
t=
由于两球运动的时间相等,所以
解得:h=
答:小球B的最小高度为.
如图所示,甲、乙两个单摆的悬点在同一水平天花板上,两摆球间用一根细线水平相连,以水平地板为参考面,甲、乙两摆线与竖直方向的夹角分别为θ1和θ2,且θ1>θ2.当细线突然断开后,两摆球都做简谐运动,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据几何关系得,甲的摆长大于乙的摆长,摆角大于乙的摆角,所以甲的振幅大于乙的振幅.根据T=知,甲摆的周期大于乙摆的周期.故A、B错误.
C、两球开始处于平衡,设绳子拉力为T,根据共点力平衡知,,
,则m甲<m乙,在摆动的过程中,机械能守恒,则甲摆球的机械能小于乙摆球的机械能.故C正确.
D、根据机械能守恒定律得,因为甲球下降的高度大,则甲摆球的最大速度大于乙摆球的最大速度.故D错误.
故选C.
一单摆的摆长l=100cm,在t=0时,正从平衡位置向右运动,取g=9.8m/s2,则当t=1.2s时,下列关于摆球的运动描述,正确的是( )
正确答案
解析
解:该单摆的周期:T=2=2
≈2s
计时开始时摆球经过平衡位置向右运动,当t=1.2s时,T<t
,此时小球正在从平衡位置向左侧的最大位置运动,位移正在增大,所以加速度正在增大,速度正在减小,向左做减速运动.故ABD错误,C正确.
故选:C.
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