- 简谐运动的周期、频率和圆频率
- 共909题
如图所示,现在用外力F压缩B并保持其静止,不计摩擦和空气阻力,设弹簧的劲度系数为k,在距离地面高H处的地方,把小球A以初速度v0=10m/s水平抛出,与此同时把球B由静止释放,已知球B在水平面上作周期为T的简谐运动,当A落地时,B恰好将弹簧压缩成最短,重力加速度g 取10m/s2,求:
(1)物体B振动时的振幅;
(2)H的高度;
(3)物体A落地时的速度.
正确答案
解析
解:(1)对物体B:设此时弹簧伸长即振幅A,则F=kA,
得振幅 A=
(2)物体B将弹簧压缩成最短经历时间为:t=nT(n=1、2…)
得H==
(n=1、2…)
(3)物体A落地时,
vx=v0
vy=gt=ngT (n=1,2…)
速度v为:
v==
(n=1,2…)
答:(1)物体B振动时的振幅为;
(2)H的高度为(n=1,2…);
(3)物体A落地时的速度为(n=1,2…).
劲度为k的轻弹簧上端固定一只质量为m的小球,向下压小球后释放,使小球开始作简谐运动.该过程弹簧对水平面的最大压力是1.6mg.求:
(1)小球作简谐运动的振幅A是多大?
(2)当小球运动到最高点时,小球对弹簧的弹力大小和方向如何?
正确答案
解析
解:(1)小球做简谐运动的平衡位置处,设弹簧压缩量为x0,由回复力为零可得:
kx0=mg…①
选小球和弹簧整体为研究对象,由弹簧对水平面的最大压力是1.6mg可知小球处于超重状态,设向上的加速度为a,故由牛顿第二定律得:
1.6mg-mg=ma…②
故有:a=0.6g…③
设此时弹簧压缩量为x1,则有:k(x1-x0)=ma…④
而由简谐运动情景得:A=x1-x0…⑤
故:A=…⑥
(2)设在最高点时小球对弹簧有压力,由简谐运动的对称性可得:
mg-F=ma…⑦
联立③⑥⑦可得:F=0.4mg,小球对弹簧产生拉力,方向向上.
答:(1)小球作简谐运动的振幅A是
(2)当小球运动到最高点时,小球对弹簧的弹力大小为0.4mg和方向向上
做简谐运动的物体经过A点时,加速度的大小是2m/s2,方向指向B;当它经过B点时,加速度大小是3m/s2,方向指向A点.若A、B之间的距离为10cm,则A到平衡位置的距离为______cm.
正确答案
4
解析
解:A、B、两点加速度方向相反,故二者位于平衡位置的两侧;
根据a=-即加速度大小与弹簧的形变量成正比.
由题=
,则
=
…①
又:XA+XB=10cm…②
联立得:XA=4cm
故答案为:4.
弹簧振子以O点为平衡位置,在B、C两点间做简谐运动,在t=0时刻,振子从O、B间的P点以速度V向B点运动;在t=0.20s时,振子速度第一次变为-V;在t=0.50s时,振子速度第二次变为-V.
(1)求弹簧振子振动周期T.
(2)若B、C之间的距离为25cm,求振子在4.00s内通过的路程.
正确答案
解析
解:(1)根据已知条件分析得到周期T=()×4=1.0s,
(2)若B、C之间的距离为25cm,则A=12.5cm
所以x=4A=200cm
答:(1)弹簧振子振动周期T为1s;(2)振子在4.00s内通过的路程为200cm.
质点以O为平衡位置做简谐运动,它离开平衡位置向最大位移处运动的过程中,经0.15s第一次通过A点,再经0.1s第二次通过A点,再经______s第三次通过A点,此质点振动的周期等于______s,频率等于______Hz.
正确答案
0.7
0.8
1.25
解析
解:由题意可知,第二次到达A点时,来回是对称的,故单程的时间为0.05s;则由平衡位置到最大位置所用的时间:
t=0.15+0.05=0.2s;
则周期:
T=4×0.2=0.8s;
第三次经过A点时,用时:
t3=+2×0.15=0.7s;
频率:
f=
故答案为:0.7,0.8,1.25.
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