- 简谐运动的位移和路程
- 共890题
劲度系数k=40N/m的轻弹簧,一端拴在竖直墙上,另一端拴物体A,A的质量mA=0.2kg,在A的上表面放有质量mB=0.1kg的物体B,如图所示,已知水平地面光滑,A和B之间的最大静摩擦力Fm=0.2N,若要使A、B两物体一起做简谐运动,则( )
正确答案
解析
解:设位移为x,对整体受力分析,受重力、支持力和弹簧的弹力,根据牛顿第二定律,有:
kx=(mA+mB)a
对B分析知f=mBa
当物体向右运动,x先减小后增大,即加速度先减小后增大,摩擦力先减小后增大,速度先增大后减小,故ABC错误;
要是B不滑动,f≤Fm
联立解得:x=
m=0.015m
故振幅的最大值是0.015m,D正确.
故选:D.
如图所示是用频闪照相的方法拍到一个弹簧振子的振动情况,甲图是振子静止在平衡位置的照片,乙图是振子被拉伸到左侧距平衡位置20cm处,放手后向右运动1/4周期内的频闪照片,已知频闪的频率为10Hz,则相邻两次闪光的时间间隔△t=______s,振子振动周期为T=______s,该振子3s内通过的路程为______m.
正确答案
0.1
1.2
2
解析
解:频闪的频率为10Hz,则相邻两次闪光的时间间隔△t=0.1s;
图乙是放手后向右运动周期内的频闪照片,3个间隔,是0.4秒,故周期为4×0.3s=1.2s;
3s是10个0.3s,故振子3s内通过的路程为10倍振幅,是200cm,即2m;
故答案为:0.1,1.2,2.
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.求:
(1)t=1.2s末,弹簧的弹性势能
(2)该弹簧振子做简谐运动时其动能的变化频率
(3)1min内,弹簧弹力对弹簧振子做正功的次数.
正确答案
解析
解:(1)在t=0.2s时振子第一次通过平衡位置,则振子振动周期为:T=0.2×4=0.8s,
由题意可知,弹簧振子做简谐运动,根据对称性,从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,此时弹性势能为零,动能为:
EK=,
则振子的机械能为:E=EK+EP=0+0.4J=0.4J;
t=1.2s=1T,则在1.2s末弹簧的弹性势能为最大,动能为零,此时弹簧的弹性势能即为0.4J;
(2)弹簧振子做简谐运动时,一个振动周期内,其动能的变化两次,则动能的变化频率为振子振动频率的2倍,即为:f=2×.
(3)振子向平衡位置运动时,弹簧弹力对振子做正功
所以一个周期内,弹簧弹力对振子做正功次数为n0=2次
1min内弹力做正功的次数:n==
×2=150次
答:(1)t=1.2s末,弹簧的弹性势能为0.4J;
(2)该弹簧振子做简谐运动时其动能的变化频率为2.5Hz
(3)1min内,弹簧弹力对弹簧振子做正功的次数为150次.
频率为0.5Hz的弹簧振子,从最大位移处开始振动后,第3次经过平衡位置的时间为______s.
正确答案
1.5
解析
解:振子的周期T==2s;
由最大位移处开始振动,第3次经过平衡位置时经过了个周期;故时间t=
=
=1.5s;
故答案为:1.5
有一在光滑水平面上的弹簧振子,在B、C之间做简谐振动,测得BC之间距离为20cm,振子在10s内完成5次全振动,则振动的振幅为______,振子在3s内通过路程为______.
正确答案
0.1m
0.6m
解析
解:简谐运动中,振幅是振子与平衡位置的最大距离,故振幅为BC之间距离的一半,即A=0.1m;
振动的周期为:s,一个全振动内通过的路程等于4倍振幅,故3s内路程为6倍振幅,即0.6m;
故答案为:0.1m;0.6m
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