- 简谐运动
- 共2256题
(9分)劲度系数为k的轻弹簧上端固定一只质量为m的小球,向下压小球后从静止释放,小球开始做简谐运动。该过程小球的最大加速度是2.8g(g为重力加速度)。求:
⑴简谐运动的振幅大小A;
⑵当小球运动到最低点时,小球对弹簧弹力F的大小和方向;
⑶若弹簧原长为L,则振动过程中弹簧的最大长度L′是多少?
正确答案
⑴2.8mg/k⑵3.8mg,竖直向下⑶L+1.8mg/k
.
试题分析:(1)竖直弹簧振子的回复力大小F=kx=ma,位移最大时加速度最大,因此kA=ma
将a=2.8g代入可得A=2.8mg/k
(2)当小球运动到最低点时有:kx1-mg=mam,因此kx1=3.8mg,由牛顿第三定律知道小球对弹簧弹力F的大小为3.8mg,方向竖直向下
(3)小球位于平衡位置时弹簧压缩量为mg/k,由于振幅为2.8mg/k,可以判断小球位于最高点时,弹簧处于伸长状态,其伸长量x2=A-x0,最大长度L′=L+x2= L+1.8mg/k
一个小球和轻质弹簧组成的系统按x1=5 sincm的规律振动.
(1)求该振动的周期、频率、振幅和初相.
(2)另一简谐运动的表达式为x2=5 sincm,求它们的相位差.
正确答案
(1)s,4 Hz,5 cm,
(2)π
(1)已知ω=8π,由ω=得,T=
s,f=
=4 Hz.A=5 cm,φ1=
.
(2)由Δφ=φ2-φ1得,Δφ=π-
=π.
一简谐波在某时刻的波动图象如图(a)所示,经0.1s后变成图(b),如果波的传播方向沿x轴正方向。
(1) 求该波的波长?
(2) 求该波的波速?
(3) 求该波的频率?
正确答案
(1)=12m(2)
(n=0、1、2、3
)
(3) (n=0、1、2、3
)
略
[物理——选修3-4](15分)
小题1:(5分)一列沿x轴传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.3s时刻的波形如图中虚线所示,其中正确的是
小题2:如图所示,空气中有一折射率为的玻璃柱体,其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB。一束平行于横截面,以45°入射角照射到OA上,OB不透光。若只考虑首次入射到圆弧AB上的光,则AB上有光透出部份的弧长是多少?请画出光路图。
正确答案
小题1:D
小题2:
由题述不能确定波的传播方向,选项A错误;若波向右传播,由3T/4+nT=0.3解得波的周期可能为s;若波向左传播,由T/4+nT=0.3解得波的周期可能为
s;0.4s;选项BC错误;由波形图可知,波长为1.2m。在T=
s中n取2,可得T=2/15s,波的传播速度v=λ/T=9.0m/s,选项D正确。
设折射角为r, 得:r=30°
临界角为 得C=45°
右边界光线的出射点为D点,左边界光线的出射点为C点。CD圆弧的长度即为有光透出的部份的弧长。
光滑水平面上的弹簧振子,质量为50g,若在弹簧振子被拉到最大位移处释放时开始计时,在t=0.2s时振子第一次通过平衡位置,此时速度为4m/s,则在t=1.2s时,弹簧的弹性势能为多大?该弹簧振子做简揩运动时其动能的变化频率是多大?
正确答案
0.4J 2.5Hz
振子的周期为: (2分)
在t=1.2s时,振子在最大位移处,其弹性势能等于平衡位置时的动能。
其弹性势能为: (3分)
动能变化的周期为振动周期的一半。
其变化频率为: (2分)
如图所示,一质量为M的塑料球形容器,在A处与水平面接触.它的内部有一直立的轻弹簧,弹簧下端固定于容器内的底部,上端系一带正电、质量为m的小球,小球在竖直方向振动,当加一向上的匀强电场后,弹簧正好在原长时,小球恰好有最大速度.在振动过程中球形容器对桌面的最小压力为零,求小球振动的最大加速度和容器对桌面的最大压力.
正确答案
; 2Mg
:因为弹簧正好在原长时小球恰好速度最大,所以有qE= mg,小球在最高点时容器对桌面的压力最小,则kx=Mg,此时小球受力如答图所示,所受合力为F=mg+kx=qE,
由以上三式得小球的加速度。
显然,在最低点容器对桌面的压力最大,由振动的对称性可知小球在最低点和最高点有相同的加速度,所以kx-mg十qE= ma.解以上式子得kx=Mg,所以容器对桌面的
压力FN=Mg+kx= 2Mg.
(9分)(1)如图所示为水波的衍射现象,S为波源,d为挡板上的小孔宽度,相邻弧线间距为一个波长,其中符合事实的是 ▲
(2)图甲是利用沙摆演示简谐运动图象的装置。当盛沙的漏斗下面的薄木板被水平匀速拉出时,做简谐运动的漏斗漏出的沙在板上形成的曲线显示出沙摆的振动位移随时间的变化关系,已知木板被水平拉动的速度为,图乙所示的一段木板的长度为
,重力加速度为
,漏沙时不计沙摆的重心变化。则这次实验沙摆的振动周期
▲ ,摆长
▲ 。
正确答案
(1)BC (2)
(每空3分)
略
甲、乙两个做简谐运动的弹簧振子,在甲振动20次的时间里,乙振动了40次,则甲、乙振动周期之比为___________________;若甲的振幅增大而乙的不变,则甲、乙振动频率之比为______________.
正确答案
2∶1 1∶2
由于甲振动20次的时间里,乙振动了40次,所以甲的振动周期是乙振动周期的2倍,所以甲、乙振动周期之比为2∶1,甲、乙振动频率之比为1∶2.
一个做简谐振动的质点,它的振幅是4 cm,频率是2.5 Hz,若从平衡位置开始计时,则经过2 s,质点完成了______________次全振动,质点运动的位移是______________,通过的路程是______________.
正确答案
5 0 0.8
由于频率是2.5 Hz,所以周期为0.4 s,质点经过2 s完成了5次全振动,一次全振动质点通过的路程为4A,所以5次全振动质点通过的路程为5×4A="20A=80" cm="0.8" m.质点经过5次全振动应回到原来位置,即位移为零.
如图11-3-12所示,一质量为M的无底木箱放在水平地面上,一轻质弹簧一端悬于木箱的上边,另一端挂着用细线连接在一起的两物体A和B,ma=mb=m.剪断A、B间的细线后,A正好做简谐运动.则当A运动到最高点时,木箱对地面的压力为多大?
图11-3-12
正确答案
Mg
未剪断细线前,弹簧弹力F1=2mg,剪断细线后瞬间A物体受力为向上的弹力F1=2mg和向下的重力mg,故其加速度a1=(F1-mg)/m=g,方向向上.
由简谐运动的对称性知,当A物体做简谐运动运动到最高点时,加速度a2=g、方向向下,此时弹簧弹力为零,则木箱对地面压力FN=Mg.
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