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题型:简答题
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简答题

有一个单摆,当摆线与竖直方向成θ角(θ<5°)时,摆球的速度为零.摆球运动到最低点时速度为V,

求:(1)此单摆的摆长为多少?

(2)单摆的振动周期.

正确答案

解:(1)设单摆的摆长为L.摆球从最大偏角处摆到最低点的过程中,只有重力做功,机械能守恒,则得:

mgL(1-cosθ)=mv2

则得:L=

(2)则单摆的周期为:T=2π

联立得:T=

答:(1)此单摆的摆长为

(2)单摆的振动周期为

解析

解:(1)设单摆的摆长为L.摆球从最大偏角处摆到最低点的过程中,只有重力做功,机械能守恒,则得:

mgL(1-cosθ)=mv2

则得:L=

(2)则单摆的周期为:T=2π

联立得:T=

答:(1)此单摆的摆长为

(2)单摆的振动周期为

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简答题

有一单摆震动的最大角度为5°,摆球质量为100g,摆长为100cm,当地重力加速度为9.8m/s2=3.14,试求,此单摆的周期.

正确答案

解:单摆的周期与摆球的质量无关,根据单摆的周期公式T=,得:

T=s

答:该单摆的周期是2s.

解析

解:单摆的周期与摆球的质量无关,根据单摆的周期公式T=,得:

T=s

答:该单摆的周期是2s.

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简答题

将一个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.现将一个质量为m=0.05kg的小摆球(可视为质点)拉至A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球后,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5°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=O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求:

(1)单摆的振动周期和摆长:

(2)摆球运动过程中的最大速度:

(3)细线对摆球拉力的最小值.

正确答案

解:(1)小球在一个周期内两次经过最低点,根据该规律,知T=0.4πs.

根据T=2π,则L==0.4m.

答:单摆的周期为0.4πs,摆长为0.4m.

(2)小球在最低点时速度最大,在最低点有:Fmax=mg+m

代入数据解得:v=0.283m/s.

答:摆动过程中的最大速度为0.283m/s.

(3)小球在最高点时绳子的拉力最小,在最高点A,有Fmin=mgcosθ=0.495N

答:线对摆球拉力的最小值为0.495N.

解析

解:(1)小球在一个周期内两次经过最低点,根据该规律,知T=0.4πs.

根据T=2π,则L==0.4m.

答:单摆的周期为0.4πs,摆长为0.4m.

(2)小球在最低点时速度最大,在最低点有:Fmax=mg+m

代入数据解得:v=0.283m/s.

答:摆动过程中的最大速度为0.283m/s.

(3)小球在最高点时绳子的拉力最小,在最高点A,有Fmin=mgcosθ=0.495N

答:线对摆球拉力的最小值为0.495N.

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简答题

长为L的轻细绳,一端固定悬挂在铁架台上,另一端连接质量为m的小球,如图所示,小球从静止释放后,最大偏转角为θ

(1)请证明在θ较小时,单摆近似做简谐振动(空气阻力不计)

(2)用此单摆可以测量地球的重力加速度g,若摆线长为L,摆球直径为D,周期为T,其重力加速度g=______.利用单摆的等时摆动,人们制成了摆钟.若地球上标准钟秒针转一周用时60s,将该钟拿到月球上时,秒针转一周与地球上______s时间相同(已知g=6g).

正确答案

证明:(1)小球受力如图,回复力F=mgsinθ

θ较小时,sinθ≈θ=

(x为A点的位移)

F=,方向F与x相反

∴F=-  做简谐振动

(2)单摆的长度:l=L+D

其周期为:T=

所以:重力加速度:g=

地球上标准钟秒针转一周用时60s,则在月球上,s

故答案为:,147

解析

证明:(1)小球受力如图,回复力F=mgsinθ

θ较小时,sinθ≈θ=

(x为A点的位移)

F=,方向F与x相反

∴F=-  做简谐振动

(2)单摆的长度:l=L+D

其周期为:T=

所以:重力加速度:g=

地球上标准钟秒针转一周用时60s,则在月球上,s

故答案为:,147

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简答题

如图所示,两个完全相同的弹性小球A和B分别挂在l和的细线上,重心在同一水平面且小球恰好相互接触,把第一个小球A向右拉开一个不大的距离后由静止释放,经过多长时间两球发生第12次碰撞(两球碰撞时交换速度)?

正确答案

解:球A运动的周期TA=2π

球B运动的周期TB=2π

则该振动系统的周期

T=TA+TB=(TA+TB)=

在每个周期T内两球会发生两次碰撞,球A从最大位移处由静止开始释放后,经6T=9π,发生12次碰撞,且第12次碰撞后A球又回到最大位置处所用时间为t′=

所以从释放A到发生第12次碰撞所用时间为

t=6T-t′=9π-=

答:经过两球发生第12次碰撞.

解析

解:球A运动的周期TA=2π

球B运动的周期TB=2π

则该振动系统的周期

T=TA+TB=(TA+TB)=

在每个周期T内两球会发生两次碰撞,球A从最大位移处由静止开始释放后,经6T=9π,发生12次碰撞,且第12次碰撞后A球又回到最大位置处所用时间为t′=

所以从释放A到发生第12次碰撞所用时间为

t=6T-t′=9π-=

答:经过两球发生第12次碰撞.

下一知识点 : 探究单摆的周期与摆长的关系
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