- 单摆
- 共2503题
如图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=π2 m/s2).
①求单摆的摆长l;
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).
正确答案
解:①根据周期公式有
由图象可知单摆周期 T=2s
解得 l=1m
②单摆振动时偏离竖直方向的最大角度
解得 θ≈0.05rad
答:①单摆的摆长 l=1m;
②估算单摆振动时偏离竖直方向的最大角度0.05rad.
解析
解:①根据周期公式有
由图象可知单摆周期 T=2s
解得 l=1m
②单摆振动时偏离竖直方向的最大角度
解得 θ≈0.05rad
答:①单摆的摆长 l=1m;
②估算单摆振动时偏离竖直方向的最大角度0.05rad.
有一单摆,当它的摆长增加2m时,周期变为原来的2倍.求它原来的周期是多少?
正确答案
解:设原来摆长为L,原来的周期为T,
根据单摆的周期公式有:,
2T=,
解得L=m,T=
s.
答:原来的周期为.
解析
解:设原来摆长为L,原来的周期为T,
根据单摆的周期公式有:,
2T=,
解得L=m,T=
s.
答:原来的周期为.
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m1的速度v应满足什么条件?
正确答案
解:把m1的运动分成两个分运动,其一是沿AD方向的匀速运动,其二是沿AB圆弧的运动,实际相当于摆长等于圆弧槽半径的单摆运动,
所以周期:T=2π
小球m1沿AD方向的分运动为匀速直线运动:s=vt
t=nT=2πn(n=1,2,3…)
解得:v=(n=1,2,3…)
答:小球m1的速度v应满足(n=1,2,3…)时,才能使其恰好碰到小球m2.
解析
解:把m1的运动分成两个分运动,其一是沿AD方向的匀速运动,其二是沿AB圆弧的运动,实际相当于摆长等于圆弧槽半径的单摆运动,
所以周期:T=2π
小球m1沿AD方向的分运动为匀速直线运动:s=vt
t=nT=2πn(n=1,2,3…)
解得:v=(n=1,2,3…)
答:小球m1的速度v应满足(n=1,2,3…)时,才能使其恰好碰到小球m2.
在相同时间内单摆甲做了10次全振动,单摆乙做了6次全振动,两个单摆的摆长之差为16cm,试求两摆的摆长各是多大?
正确答案
解:在相同时间内单摆甲做了n1=10次全振动,单摆乙做了n2=6次全振动,知甲乙单摆的周期比为3:5.
根据T=2,则L=
所以=
=
又L2-L1=16cm.
所以L1=9cm,L2=25cm
答:两摆长大小分别为9cm,25cm.
解析
解:在相同时间内单摆甲做了n1=10次全振动,单摆乙做了n2=6次全振动,知甲乙单摆的周期比为3:5.
根据T=2,则L=
所以=
=
又L2-L1=16cm.
所以L1=9cm,L2=25cm
答:两摆长大小分别为9cm,25cm.
两个同学利用假期分别去参观北京大学和南京大学的物理实验室,各自在那里利用先进的DIS系统较准确地探究了“单摆的周期T与摆长L的关系”,他们通过校园网交换实验数据,并由计算机绘制了T2~L图象,如图甲所示.去北大的同学所测实验结果对应的图线是______(选填“A”或“B”).另外,在南大做探究的同学还利用计算机绘制了两种单摆的振动图象(如图乙),由图可知,两单摆摆长之比=______.
正确答案
解:由得,
,知T2~L图象的斜率越大,则重力加速度越小,因为南京当地的重力加速度小于北京,去北大的同学所测实验结果对应的图线的斜率小,应该是B图线.
由振动图线知,两单摆的周期比为,由
知,两单摆摆长之比
=
.
故答案为:B;.
解析
解:由得,
,知T2~L图象的斜率越大,则重力加速度越小,因为南京当地的重力加速度小于北京,去北大的同学所测实验结果对应的图线的斜率小,应该是B图线.
由振动图线知,两单摆的周期比为,由
知,两单摆摆长之比
=
.
故答案为:B;.
在一升降机中有一摆长为l的单摆,若已知当地的重力加速度为g,试求:
(1)当升降机以加速度a竖直向上匀加速运动时,单摆的周期为多大?
(2)当升降机在水平方向上以加速度a做匀加速直线运动时,单摆的周期又为多大?
正确答案
解:(1)单摆在升降机里向上加速时,摆球没有摆动时其受到的拉力由牛顿第二定律得:
F-mg=ma,
其等效加速度为:g′=g+a
所以单摆的周期公式为:;
(2)单摆在水平方加速时,摆球没有摆动时其受到的拉力由牛顿第二定律得:
,
其等效加速度为:g′=
所以由单摆的周期公式为:
答:(1)当升降机以加速度a竖直向上匀加速运动时,单摆的周期为;
(2)当升降机在水平方向上以加速度a做匀加速直线运动时,单摆的周期为.
解析
解:(1)单摆在升降机里向上加速时,摆球没有摆动时其受到的拉力由牛顿第二定律得:
F-mg=ma,
其等效加速度为:g′=g+a
所以单摆的周期公式为:;
(2)单摆在水平方加速时,摆球没有摆动时其受到的拉力由牛顿第二定律得:
,
其等效加速度为:g′=
所以由单摆的周期公式为:
答:(1)当升降机以加速度a竖直向上匀加速运动时,单摆的周期为;
(2)当升降机在水平方向上以加速度a做匀加速直线运动时,单摆的周期为.
机械摆钟可将其钟摆视为单摆,钟摆每摆动一次,将通过内部的齿轮传动装置带动钟面上的秒针(进而带动分针、时针)走一小格.若由于某些外部因素(如g的变化)导致钟摆摆动的周期变长,则将使摆钟在一天内摆动次数变少,于是摆钟变慢了.已知某摆钟在海平面时,走时准确;当把它移到附近高山上时,发现每天慢40s.已知海平面处的地球半径为R0=6380km,试求此高山的海拔高度.
正确答案
解:正确的周期×正确的振动次数=错误的周期×错误的振动次数,则有:
24×3600T0=(24×3600-40)T
根据单摆的周期公式,有:
T0=2π
T=2π
解得:
用M表示地球质量,h表示海拔高度,R0海明面处地球的半径,万有引力约等于物体的重力,则:
g0=
g=
从而有:
解得:h=3.0×103m
答:此高山的海拔高度为3.0×103m.
解析
解:正确的周期×正确的振动次数=错误的周期×错误的振动次数,则有:
24×3600T0=(24×3600-40)T
根据单摆的周期公式,有:
T0=2π
T=2π
解得:
用M表示地球质量,h表示海拔高度,R0海明面处地球的半径,万有引力约等于物体的重力,则:
g0=
g=
从而有:
解得:h=3.0×103m
答:此高山的海拔高度为3.0×103m.
甲、乙两只相同的摆钟同时计时,当甲钟指示45min时,乙钟已指示1h,求甲、乙两种的摆长之比.
正确答案
解:设甲、乙两钟经过的时间为t,周期分别为T甲、T乙,标准钟的周期为T0.
则两钟在t时间内完成全振动次数为:
N甲=,
N乙=
两钟显示的时间为:
t甲=T0,
t乙=T0
所以有:=
=
=
由T=2π得:l甲:l乙=T甲2:T乙2=16:9
答:甲、乙两种的摆长之比为16:9.
解析
解:设甲、乙两钟经过的时间为t,周期分别为T甲、T乙,标准钟的周期为T0.
则两钟在t时间内完成全振动次数为:
N甲=,
N乙=
两钟显示的时间为:
t甲=T0,
t乙=T0
所以有:=
=
=
由T=2π得:l甲:l乙=T甲2:T乙2=16:9
答:甲、乙两种的摆长之比为16:9.
如图,在半径为2.5m的光滑圆环上切下一小段圆弧,放置于竖直平面内,两端点距最低点高度差H为1cm.将小环置于圆弧端点并从静止释放.
(1)求小环运动到最低点所需的最短时间;
(2)求小球在最低点处的加速度.(g=10m/s2)
正确答案
解:(1)将小球的运动等效成单摆运动,则小环运动到最低点所需的最短时间为T,即最低时间为:
t=T=
×2π
=
×
s≈0.785s.
(2)设小环运动到最低点时的速度为v,根据机械能守恒定律得:
mgH=mv2
得:v2=2gH
小环在最低点的加速度为:
a==
=
=0.08m/s2.
答:(1)求小环运动到最低点所需的最短时间为0.785s;
(2)求小球在最低点处的加速度为0.08m/s2.
解析
解:(1)将小球的运动等效成单摆运动,则小环运动到最低点所需的最短时间为T,即最低时间为:
t=T=
×2π
=
×
s≈0.785s.
(2)设小环运动到最低点时的速度为v,根据机械能守恒定律得:
mgH=mv2
得:v2=2gH
小环在最低点的加速度为:
a==
=
=0.08m/s2.
答:(1)求小环运动到最低点所需的最短时间为0.785s;
(2)求小球在最低点处的加速度为0.08m/s2.
如图所示,光滑圆弧形槽固定在地面上,槽的半径为R,圆心为O,小球C到A的距离远小于半径R,有两个可看作质点的小球B、C都由静止开始同时释放(忽略空气阻力的影响),要使C球第一次到达槽的最低点A时恰好与B球相遇,求B球释放时离A的高度H为多少?
正确答案
解:C球做简谐运动,周期
C球从释放到第一次到达A点时间为:
B球做自由落体运动,要使BC两球能相遇,则要求B球下落时间为:tB=tC
B球下落高度:
答:B球释放时离A的高度H为
解析
解:C球做简谐运动,周期
C球从释放到第一次到达A点时间为:
B球做自由落体运动,要使BC两球能相遇,则要求B球下落时间为:tB=tC
B球下落高度:
答:B球释放时离A的高度H为
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