- 单摆
- 共2503题
如图所示,用长为L的细线系一小球A做成一单摆,在其悬点O′处另有一小球B,能自由下落,现将A拉开一很小角度,使B停在悬点O′处,同时释放两球,通过计算说明哪个小球先到达A的平衡位置O点?(小球半径可忽略)
正确答案
解:根据单摆的周期公式得:T=,
则小球第一次摆到最低点的时间为:,
根据L=得,小球自由落体运动的时间为:
,
,则t1>t2.可知B球先到达平衡位置O.
答:B球先到达平衡位置O.
解析
解:根据单摆的周期公式得:T=,
则小球第一次摆到最低点的时间为:,
根据L=得,小球自由落体运动的时间为:
,
,则t1>t2.可知B球先到达平衡位置O.
答:B球先到达平衡位置O.
有一单摆,在山脚下测得周期为T1,移到山顶测得周期为T2,设地球半径为R,则山的高度多少?
正确答案
解:设单摆的摆长为L,地球的质量为M,则据万有引力定律可得地面的重力加速度和高度为h时的重力加速度分别为:
g=…①
g′=…②
据单摆的周期公式可知:T1=2π…③
T2=2π…④
联立①②③④解得:h=
答:山的高度为.
解析
解:设单摆的摆长为L,地球的质量为M,则据万有引力定律可得地面的重力加速度和高度为h时的重力加速度分别为:
g=…①
g′=…②
据单摆的周期公式可知:T1=2π…③
T2=2π…④
联立①②③④解得:h=
答:山的高度为.
如图所示,将单摆小球A从静止释放的同时,高出悬点O的另一小球B做自由落体运动,结果它们同时到达跟单摆的平衡位置C等高处.已知摆长为l,偏角θ<5°,求:B球的初位置与单摆悬点之间的高度差h.
正确答案
解:从小球释放到同时到达跟单摆的平衡位置C等高处,A、B经历的时间:tA=tB
小球A做单摆运动,tA=(2n-1) 其中n=1、2、3、…
根据单摆周期公式得:TA=2π
小球B做自由落体运动,
h+l=g
联立求解:h=-l,其中n=1、2、3、…
答:小球B的初位置与单摆悬点之间的高度差h=-l,其中n=1、2、3、….
解析
解:从小球释放到同时到达跟单摆的平衡位置C等高处,A、B经历的时间:tA=tB
小球A做单摆运动,tA=(2n-1) 其中n=1、2、3、…
根据单摆周期公式得:TA=2π
小球B做自由落体运动,
h+l=g
联立求解:h=-l,其中n=1、2、3、…
答:小球B的初位置与单摆悬点之间的高度差h=-l,其中n=1、2、3、….
如图1所示,有一秒摆(周期为2s的单摆),悬点为O,在O点正下方M处有一钉子,从平衡位置向左摆时由于钉子的阻碍改变了摆的长度,从平衡位置向右摆时又变为原摆的长度,其振动图象如图2所示.g取9.86m/s2,求:
(1)秒摆摆长.
(2)用改变后的摆的摆长做成的单摆的周期是多大?摆长是多长?
(3)原题中摆的周期多大?写出此摆的周期表达式(注明各个物理量符号的意义).悬点离钉子的距离多长?
正确答案
解:(1)因为秒摆的周期 T0=2 s,由
得,秒摆摆长 L==1 m.
(2)由振动图象知,改变摆长后用此摆长做成的单摆,半个周期是 0.5 s,因此 T1=2×0.5 s=1 s,则改变后的摆长 l==0.25 m.
(3)由振动图象知,摆的周期T=1.5 s,周期表达式T=+
,其中T为摆的周期,L为秒摆原摆长,l为被钉子阻挡后的摆长.
悬点离钉子的距离为OM=L-l=1 m-0.25 m=0.75 m.
答:
(1)秒摆摆长是1 m.
(2)改变摆长后用此摆长做成的单摆周期是 0.5 s,摆长是0.25 m.
(3)摆的周期是1.5 s,周期表达式T=+
,其中T为摆的周期,L为秒摆原摆长,l为被钉子阻挡后的摆长.悬点离钉子的距离为0.75 m.
解析
解:(1)因为秒摆的周期 T0=2 s,由
得,秒摆摆长 L==1 m.
(2)由振动图象知,改变摆长后用此摆长做成的单摆,半个周期是 0.5 s,因此 T1=2×0.5 s=1 s,则改变后的摆长 l==0.25 m.
(3)由振动图象知,摆的周期T=1.5 s,周期表达式T=+
,其中T为摆的周期,L为秒摆原摆长,l为被钉子阻挡后的摆长.
悬点离钉子的距离为OM=L-l=1 m-0.25 m=0.75 m.
答:
(1)秒摆摆长是1 m.
(2)改变摆长后用此摆长做成的单摆周期是 0.5 s,摆长是0.25 m.
(3)摆的周期是1.5 s,周期表达式T=+
,其中T为摆的周期,L为秒摆原摆长,l为被钉子阻挡后的摆长.悬点离钉子的距离为0.75 m.
如图(a)所示,ABCD为一液体槽,AB、CD面为铜板,BC、AD面及底面为绝缘板,槽中盛满导电液体(设该液体导电时不发生电解).现用质量不计的细铜丝在下端固定一铁球构成一单摆,铜丝的上端固定在O点,下端穿出铁球使得单摆摆动时细铜丝始终与导电液体接触,过O点的竖直线刚好在AD边的垂直平分面上.在铜板AB、CD面上接上图示电源,电源内阻可忽略,电动势E=8V,将电源负极和细铜丝的上端点分别连接到记忆示波器的地和y输入端(记忆示波器的输入电阻可视为无穷大).现将摆球拉离平衡位置使其在垂直于AB、CD面上振动,闭合开关s,就可通过记忆示波器观察摆球的振动情况.图(b)为某段时间内记忆示波器显示的摆球与CD板之间的电压波形;根据这一波形求
(1)单摆的摆长(取π2等于10,g取10m/s2);
(2)设AD边长为4cm,则摆球摆动过程中偏离CD板的最大距离为多大?
正确答案
解:(1)铁球不带电,且导电液体不发生电解,故此单摆受 重力和拉力,则由单摆周期公式:
,
解得:
L==25cm0.25m.
(2)由图象可知O与地之间的最大电压U=6V. 铜板AB和CD间场强:
E==200V/m,
则球与CD间距:
.
答:(1)单摆的摆长为0.25m.
(2)设AD边长为4cm,则摆球摆动过程中偏离CD板的最大距离为0.03m.
解析
解:(1)铁球不带电,且导电液体不发生电解,故此单摆受 重力和拉力,则由单摆周期公式:
,
解得:
L==25cm0.25m.
(2)由图象可知O与地之间的最大电压U=6V. 铜板AB和CD间场强:
E==200V/m,
则球与CD间距:
.
答:(1)单摆的摆长为0.25m.
(2)设AD边长为4cm,则摆球摆动过程中偏离CD板的最大距离为0.03m.
已知单摆摆长为L,悬点正下方处有一个钉子.让摆球做小角度摆动,求其周期T.
正确答案
解:摆长为L的单摆的周期为:
摆长为的单摆的周期为:
故小球完成一次全振动的时间为:
答:单摆的周期T为.
解析
解:摆长为L的单摆的周期为:
摆长为的单摆的周期为:
故小球完成一次全振动的时间为:
答:单摆的周期T为.
细长轻绳下端拴一小球构成单摆,在悬挂点正下方
摆长处有一个能挡住摆线的钉子a,如图所示.现将单摆向左拉开一个小角度,然后无初速度的释放.对于以后的运动,下列说法正确的是:
A.摆球往返运动一次的周期比无钉子时的单摆周期小
B.摆球往左、右两侧上升的最大高度一样
C.摆球往在平衡位置左右两侧走过的最大弧长相等
D.摆球往在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的两倍.
正确答案
解:A、无钉子时,单摆的周期T=,有钉子后,在半个周期内绕悬挂点摆动,半个周期内绕钉子摆动,周期
.故A正确.
B、根据机械能守恒定律,左右两侧上升的高度相同.有钉子子时走过的弧长小于无钉子走过的弧长.摆角不是2倍关系.故A、B正确,C、D错误.
故选AB.
解析
解:A、无钉子时,单摆的周期T=,有钉子后,在半个周期内绕悬挂点摆动,半个周期内绕钉子摆动,周期
.故A正确.
B、根据机械能守恒定律,左右两侧上升的高度相同.有钉子子时走过的弧长小于无钉子走过的弧长.摆角不是2倍关系.故A、B正确,C、D错误.
故选AB.
如图所示,摆长为L的单摆,当摆球由A经平衡位置O向右运动的瞬间,另一小球B以速度v同时通过平衡位置向右运动,B与水平面无摩擦,与竖直墙壁碰撞无能量损失,要使B返回时与A球在最低点再次相遇则O、C间距离x最短为多少?
正确答案
解:A、B相遇一定在O点,B返回O点所用时间为t=,A到达O点时间为t=
,
(n=1、2、3…)
所以=
,T=2π
.
所以x=nπv
(n=1、2、3…)
答:距离x满足x=nπv
(n=1、2、3…),才能使B返回时与A球相遇.
解析
解:A、B相遇一定在O点,B返回O点所用时间为t=,A到达O点时间为t=
,
(n=1、2、3…)
所以=
,T=2π
.
所以x=nπv
(n=1、2、3…)
答:距离x满足x=nπv
(n=1、2、3…),才能使B返回时与A球相遇.
如图所示,一个光滑的圆弧形槽半径为R,圆弧所对的圆心角小于5°,AD的长为s,今有一小球m1,以沿AD方向的初速度v从A点开始运动,要使小球m1可以与固定在D点的小球m2相碰撞,那么(小球的半径忽略不计)
(1)小球m1运动的周期是多少?
(2)小球m1的速度v应满足什么条件?
正确答案
解:(1)圆心角小于5°,小球m在AB方向的分运动可以看做为简谐运动.
所以周期:T=2π
(2)小球m1沿AD方向的分运动为匀速直线运动:s=vt
t=KT=2πK(K=1,2,3…)
解得:v=(K=1,2,3…)
答:(1)小球m1运动的周期是2π;
(2)小球m1的速度v应满足(K=1,2,3…)时,才能使其恰好碰到小球m2.
解析
解:(1)圆心角小于5°,小球m在AB方向的分运动可以看做为简谐运动.
所以周期:T=2π
(2)小球m1沿AD方向的分运动为匀速直线运动:s=vt
t=KT=2πK(K=1,2,3…)
解得:v=(K=1,2,3…)
答:(1)小球m1运动的周期是2π;
(2)小球m1的速度v应满足(K=1,2,3…)时,才能使其恰好碰到小球m2.
有一个摆长为L的单摆,它的摆球质量为m,从与竖直方向成θ的位置无初速开始运动,重力加速度为g,以平衡位置所在的水平面为参考平面,求:
(1)单摆的总机械能;
(2)摆球经过最低点时的速度;
(3)在偏角很小的情况下,从开始运动到摆球第一次经过最低位置需要的时间.
正确答案
解:(1)以平衡位置所在的水平面为参考平面,初位置的动能EK=0,重力势能EP=mgL(1-cosθ).
所以E=EK+EP=mgL(1-cosθ).
故单摆的总机械能为mgL(1-cosθ).
(2)根据机械能守恒定律得,mgL(1-cosθ)=
解得v=
故摆球经过最低点时的速度为.
(3)单摆完成一次全振动的时间T=
则t=.
故从开始运动到摆球第一次经过最低位置需要的时间为.
解析
解:(1)以平衡位置所在的水平面为参考平面,初位置的动能EK=0,重力势能EP=mgL(1-cosθ).
所以E=EK+EP=mgL(1-cosθ).
故单摆的总机械能为mgL(1-cosθ).
(2)根据机械能守恒定律得,mgL(1-cosθ)=
解得v=
故摆球经过最低点时的速度为.
(3)单摆完成一次全振动的时间T=
则t=.
故从开始运动到摆球第一次经过最低位置需要的时间为.
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