- 单摆
- 共2503题
如图所示,一个半径为R的凹槽,该槽是圆柱体侧表面的一部分.MN、PQ为圆表面的母线,在其一端的最低处有一小孔B.现让一小球(球的半径略小于B孔的半径而远小于R)从槽的另一端的边缘点A处(A靠近槽的最低点),以初速度v开始沿平行于MN的方向运动.若MN=PQ=L,不计摩擦,要使小球运动到槽的另一端时,恰能落入B孔中,则小球的初速度是多少?
正确答案
解:小球在MP所在平面内做简谐振动,简谐运动的周期为:,
球是从最大位移处摆到平衡位置的,若要使小球进入B,则其到B的运动时间应该为:
,n=0,1,2,3,4,5…
沿母线方向有:L=v0t,
解得:v0=.n=0,1,2,3,4,5…
答:小球的初速度是v0=.n=0,1,2,3,4,5….
解析
解:小球在MP所在平面内做简谐振动,简谐运动的周期为:,
球是从最大位移处摆到平衡位置的,若要使小球进入B,则其到B的运动时间应该为:
,n=0,1,2,3,4,5…
沿母线方向有:L=v0t,
解得:v0=.n=0,1,2,3,4,5…
答:小球的初速度是v0=.n=0,1,2,3,4,5….
图示为一单摆的振动图象,由图可知此单摆的摆长为______m,振动的
位移随时间变化的关系式是______(π2数值取g).
正确答案
解:由图可知单摆周期为:T=,由
解得:
.
由图可知A=15cm=0.15m,,由单摆位移x的表达式x=Asinωt可得:
.
故答案为:2m,.
解析
解:由图可知单摆周期为:T=,由
解得:
.
由图可知A=15cm=0.15m,,由单摆位移x的表达式x=Asinωt可得:
.
故答案为:2m,.
如图所示,光滑圆弧槽半径为R,O为最低点,顶点Q到O的距离远小于R,甲、乙两小球由静止分别从O的正上方P点和圆弧顶点Q释放,要使两小球在O点相遇,则P到O的距离为多少?
正确答案
解:甲做自由落体下落的高度h,时间为t,则有:
h= gt2
顶点Q到O的距离远小于R,所以球乙做简谐运动,其周期为:
T=2π
若两球能够相遇则在时间上有:
t=T
+T(n=0,1,2,3,4…)
联立得:
h= (n,0,1,2,3,4…)
答:P到O的距离为(n,0,1,2,3,4…).
解析
解:甲做自由落体下落的高度h,时间为t,则有:
h= gt2
顶点Q到O的距离远小于R,所以球乙做简谐运动,其周期为:
T=2π
若两球能够相遇则在时间上有:
t=T
+T(n=0,1,2,3,4…)
联立得:
h= (n,0,1,2,3,4…)
答:P到O的距离为(n,0,1,2,3,4…).
如图所示是单摆振动时摆球位移随时间变化的图象(取重力加速度g=π2m/s2).
(1)求单摆的摆长l=______ m
(2)估算单摆振动时偏离竖直方向的最大角度(单位用弧度表示).______ rad.
正确答案
解:(1)根据图象得出单摆的周期T=2s,根据T=,L=
=1m.
(2)离开平衡位置的最大位移为0.05m,偏离竖直方向的最大角度θ=.
故本题答案为:1,0.05.
解析
解:(1)根据图象得出单摆的周期T=2s,根据T=,L=
=1m.
(2)离开平衡位置的最大位移为0.05m,偏离竖直方向的最大角度θ=.
故本题答案为:1,0.05.
周期为2s的单摆叫做秒摆,秒摆的摆长是多少?把一个地球上的秒摆拿到月球上去,已知月球上的自由落体加速度为1.6m/s2,它在月球上做40次全振动要用多少时间?(g=10m/s2)
正确答案
解:由,当T=2s,g=10m/s2时,摆长约为1m;
依题意可得,这个摆在月球上:
=5s
故做40次全振动的时间为:
t=nT=200s
答:秒摆的摆长是1m,在月球上做40次全振动要用200s时间.
解析
解:由,当T=2s,g=10m/s2时,摆长约为1m;
依题意可得,这个摆在月球上:
=5s
故做40次全振动的时间为:
t=nT=200s
答:秒摆的摆长是1m,在月球上做40次全振动要用200s时间.
在相同的时间t内,单摆甲做了10次全振动,单摆乙做了6次全振动.求:
(1)两个单摆的振动周期之比T1/T2;
(2)两个单摆的摆长之比l1/l2;
(3)若一单摆摆长为24.80厘米,做120次全振动所需时间是120秒,求该地的重力加速度是多大?(保留两位有效数字)
正确答案
解:(1)根据T=,T∝
,故
;
(2)根据单摆周期公式T=2π,T∝
,故
;
(3)做120次全振动所需时间是120秒,故周期T=1s;
根据单摆周期公式T=2π,g=
=
9.8 m/s2;
答:(1)两个单摆的振动周期之比为3:5;
(2)两个单摆的摆长之比为9:25;
(3)该地的重力加速度是9.8 m/s2.
解析
解:(1)根据T=,T∝
,故
;
(2)根据单摆周期公式T=2π,T∝
,故
;
(3)做120次全振动所需时间是120秒,故周期T=1s;
根据单摆周期公式T=2π,g=
=
9.8 m/s2;
答:(1)两个单摆的振动周期之比为3:5;
(2)两个单摆的摆长之比为9:25;
(3)该地的重力加速度是9.8 m/s2.
摆钟在山脚处的摆动周期T1=1s,把它移到山顶上,一昼夜慢20s.设摆长不变,摆钟可看作单摆.已知山脚处离地球中心距离为R=6400km,求山顶离山脚的高度h.
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:
据单摆的周期公式可知在山下,周期T1=2π,
在山顶T=2π,
并且T1-T=△T
由以上解得,m
答:山顶离山脚的高度是1482m.
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:
据单摆的周期公式可知在山下,周期T1=2π,
在山顶T=2π,
并且T1-T=△T
由以上解得,m
答:山顶离山脚的高度是1482m.
如图为一单摆的共振曲线,
(1)共振时的最大振幅多大?则该单摆的摆长约为多少?
(2)作出其振动图线(以单摆在右边最大位移处计时)
(3)并求出它最大加速度和最大速度.
正确答案
解:(1)从共振曲线中可知:最大振幅A=8cm;
单摆周期T==2s;
其中f固=f驱=0.5Hz
单摆的周期公式
解得该单摆的摆长L=1m;
(2)根据最大振幅A=8cm,T=2s,可作振动图线如右图(B)所示;
(3)对于单摆,在摆角很小时(θ<5°)有
所以最大加速度
单摆摆动过程中机械能守恒,由机械能守恒定律有:
所以
而1-cosθm═
所以=0.25m/s;
答:(1)共振时的最大振幅为8cm,该单摆的摆长约为1m;
(2)作出其振动图线如图所示(以单摆在右边最大位移处计时);
(3)它最大加速度为0.8m/s2,最大速度为0.25m/s.
解析
解:(1)从共振曲线中可知:最大振幅A=8cm;
单摆周期T==2s;
其中f固=f驱=0.5Hz
单摆的周期公式
解得该单摆的摆长L=1m;
(2)根据最大振幅A=8cm,T=2s,可作振动图线如右图(B)所示;
(3)对于单摆,在摆角很小时(θ<5°)有
所以最大加速度
单摆摆动过程中机械能守恒,由机械能守恒定律有:
所以
而1-cosθm═
所以=0.25m/s;
答:(1)共振时的最大振幅为8cm,该单摆的摆长约为1m;
(2)作出其振动图线如图所示(以单摆在右边最大位移处计时);
(3)它最大加速度为0.8m/s2,最大速度为0.25m/s.
如图所示是一种记录地震装置的水平摆,摆球固定在边长为1、质量可忽略不计的等边三角形的顶点A上,它的对边BC跟竖直线成不大的夹角a,摆球可绕固定轴BC摆动,求摆球微小摆动时的周期.
正确答案
解:如图所示,过A点作BC垂线,交BC于O点,OA即为等效单摆的摆长,其长度为l′=lsin60°=
.
摆球在平衡位置时,把摆球的重力G分解为与BC平行的分力G1和与BC垂直的分力G2,
则G2=Gsinα,等效重力加速度g,
因而摆球做微小振动的周期 T==
答:摆球微小摆动时的周期为.
解析
解:如图所示,过A点作BC垂线,交BC于O点,OA即为等效单摆的摆长,其长度为l′=lsin60°=
.
摆球在平衡位置时,把摆球的重力G分解为与BC平行的分力G1和与BC垂直的分力G2,
则G2=Gsinα,等效重力加速度g,
因而摆球做微小振动的周期 T==
答:摆球微小摆动时的周期为.
如图所示,有一摆长为L的单摆,当摆球经平衡位置O向右运动的瞬间,一个以速度v匀速运动的小球同时经过O点正下方的A点向右运动,并与竖直墙B碰撞后又以原速率返回,若不计球与墙碰撞的时间,求:B、A间的距离x满足什么条件时,才能使球返回时恰好与摆球同时分别经过A点与O点?
正确答案
解:摆球A做简谐运动,当其与B球发生碰撞后速度改变,但是摆动的周期不变.
而B球做匀速直线运动,再次相遇的条件为B球来回所需要的时间为单摆半周期的整数倍.
B球运动时间t=n•(n=1,2,3…)
又t=,T=
联立解得:x=(n=1,2,3…)
答:B、A间距x满足x=(n=1,2,3…),才能使球返回时恰好与摆球同时分别经过A点与O点.
解析
解:摆球A做简谐运动,当其与B球发生碰撞后速度改变,但是摆动的周期不变.
而B球做匀速直线运动,再次相遇的条件为B球来回所需要的时间为单摆半周期的整数倍.
B球运动时间t=n•(n=1,2,3…)
又t=,T=
联立解得:x=(n=1,2,3…)
答:B、A间距x满足x=(n=1,2,3…),才能使球返回时恰好与摆球同时分别经过A点与O点.
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