- 单摆
- 共2503题
如图所示,单摆的摆长为L,当单摆摆球经过平衡位置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正下方A点在光滑水平面上向右运动,与竖直墙壁碰撞后以原速度返回,求B、A间距x满足什么条件,才能使小球返回A点时,摆球恰好经过平衡位置O?(球与墙碰撞时间不计)
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…),才能使小球返回A点时,摆球恰好经过平衡位置O.
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…),才能使小球返回A点时,摆球恰好经过平衡位置O.
如图所示为一单摆的共振曲线,根据曲线可求得此单摆摆长为______,若该单摆的摆长变短,则此共振曲线振幅A最大值对应的横坐标f的值将______(选填“增大”、“减小”或“不变”)(取g=π2).
正确答案
解:由图可以看出,当驱动力的频率为f=0.5Hz时,振幅最大,发生共振,所以此单摆的固有频率为0.5Hz,固有周期为:T=2s.
由单摆的周期公式有:
=
=1m
若该单摆的摆长变短,单摆的固有周期将减小,固有频率将增大,所以此共振曲线振幅A最大值对应的横坐标f的值将增大.
故答案为:1m,增大
解析
解:由图可以看出,当驱动力的频率为f=0.5Hz时,振幅最大,发生共振,所以此单摆的固有频率为0.5Hz,固有周期为:T=2s.
由单摆的周期公式有:
=
=1m
若该单摆的摆长变短,单摆的固有周期将减小,固有频率将增大,所以此共振曲线振幅A最大值对应的横坐标f的值将增大.
故答案为:1m,增大
南水北调应急供水工程关键项目PCCP(预应力钢筋混凝土管)管道工程已在部分标段安装成功.两名参加社会活动的中学生想了解一些有关南水北调工程的信息,但到达工地时工程已竣工.在待清理的废弃物中,一块从PCCP管道内壁脱落下来的圆弧形物体(如图所示)引起了他们的注意.二人决定利用随身携带的玻璃球和手表,通过对圆弧形物体的测量来确定PCCP管道的直径.在测量过程中有以下步骤:
(1)反复调整脱落物体各边的高度,将玻璃球放在物体上时,玻璃球能静止在最低点.
(2)上玻璃球从物体的某一位置由静止释放,并用手表从玻璃球经过______(填“最高点”或“最低点”)开始计时.
(3)若当地的重力加速度为g,玻璃球完成n次全振动的时间为t,则PCCP管的直径表达式为______;已知g=π2,玻璃球在1分钟内完成20次全振动,则管径d=______m.
正确答案
解:由简谐运动的周期公式T=2π,可求出小球运动轨迹对应的圆弧半径;因此,玻璃球从物体的某一位置由静止释放,并用手表从玻璃球经过最低点开始计时,读出n个周期对应的时间t,从而算出小球运动的周期为:
T=
则PCCP管的直径表达式为:
d=2R=2×
所以直径为:
d=
代入数据可求出,直径为:d=4.5m;
故答案为:(2)最低点;(3)d=,4.5.
解析
解:由简谐运动的周期公式T=2π,可求出小球运动轨迹对应的圆弧半径;因此,玻璃球从物体的某一位置由静止释放,并用手表从玻璃球经过最低点开始计时,读出n个周期对应的时间t,从而算出小球运动的周期为:
T=
则PCCP管的直径表达式为:
d=2R=2×
所以直径为:
d=
代入数据可求出,直径为:d=4.5m;
故答案为:(2)最低点;(3)d=,4.5.
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:
(1)A球第一次到达平衡位置C点用的时间
(2)B球的初位置与单摆悬点之间的高度差h.
正确答案
解:(1)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
所以tA=
(2)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:(1)A球第一次到达平衡位置C点用的时间
(2)B球的初位置与单摆悬点之间的高度差-l,其中n=1、2、3、….
解析
解:(1)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
所以tA=
(2)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:(1)A球第一次到达平衡位置C点用的时间
(2)B球的初位置与单摆悬点之间的高度差-l,其中n=1、2、3、….
一个单摆做简谐运动的周期为2s,试计算出此单摆的摆长?(取g=π2 ).
正确答案
解:由周期公式可得:
=
=1m
答:单摆的摆长为1m
解析
解:由周期公式可得:
=
=1m
答:单摆的摆长为1m
如图所示,现把小球A由平衡位置O拉到其悬线与竖直方向成α角(α=5°,cosα=0.9875)轻轻释放,A球下摆时与静止在平衡位置的O点处的B球发生正碰,碰撞后两球速率相等,且等于碰前A球速率的1/3,碰撞后A球被弹回,B球向右在光滑水平轨道上运动,后又滑上倾角为30°足够长的光滑斜轨道.(已知摆长L=1m,g=10m/s2,π2≈g)
(1)碰前的瞬间A球的速率多大?
(2)水平光滑轨道的长度x应满足什么条件才能使小球B从斜面上返回后正好与小球A在平衡位置O 处迎面相碰?
正确答案
解;(1)碰撞前,对于A球,根据动能定理,得mgL(1-cosα)=
代入数据=
m/s=0.5m/s
(2)B与A要在O点要迎面碰撞,要经历的时间为t=nT+T(n=0,1,2,3,…)
T=2
即t=(2n+1)(n=0,1,2,3,…)①
B碰撞后回到A点的时间为t=②
联立①②解得x=m(n=0,1,2,3,…)
答:(1)碰前的瞬间A球的速率为0.5m/s.
(2)水平光滑轨道的长度x应满足x=m(n=0,1,2,3,…)才能使小球B从斜面上返回后正好与小球A在平衡位置O 处迎面相碰.
解析
解;(1)碰撞前,对于A球,根据动能定理,得mgL(1-cosα)=
代入数据=
m/s=0.5m/s
(2)B与A要在O点要迎面碰撞,要经历的时间为t=nT+T(n=0,1,2,3,…)
T=2
即t=(2n+1)(n=0,1,2,3,…)①
B碰撞后回到A点的时间为t=②
联立①②解得x=m(n=0,1,2,3,…)
答:(1)碰前的瞬间A球的速率为0.5m/s.
(2)水平光滑轨道的长度x应满足x=m(n=0,1,2,3,…)才能使小球B从斜面上返回后正好与小球A在平衡位置O 处迎面相碰.
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=π2m/s2).
①求单摆的摆长l;
②估算单摆振动时最大速度v.(你可能用到的公式:1-cosθ=2sin2)
正确答案
解:①根据周期公式有:
由图象可知单摆周期为:T=2s
解得:L=1m
②由机械能守恒定律:
1-cosθ=2sin2
又因为θ很小,sin≈
解得:V=0.111m/s
答:①求单摆的摆长lm;
②估算单摆振动时最大速度0.111m/s
解析
解:①根据周期公式有:
由图象可知单摆周期为:T=2s
解得:L=1m
②由机械能守恒定律:
1-cosθ=2sin2
又因为θ很小,sin≈
解得:V=0.111m/s
答:①求单摆的摆长lm;
②估算单摆振动时最大速度0.111m/s
(2015春•内蒙古校级月考)如图所示,在O点悬有一细绳,细绳穿过小球B的通过直径的小孔,使B球能顺着绳子滑下来.在O点正下方有一半径为R=1m的光滑弧形轨道,圆心位置恰好在O点,弧形轨道的最低点为O′,在接近O′处有另一小球A,令A、B两球同时开始无初速释放.(取π2=10,g=10m/s2)求:
①若细线光滑,试计算B小球和A小球第一次到O′时间?
②若要A球第一次到达平衡位置时正好能够和B球相碰,则B球与绳之间的摩擦力与B球重力大小之比是多少?
正确答案
解:
①A做单摆运动,到O′时间为,由单摆周期公式可得:
=0.5s;
B做自由落体运动:
,
解得:
.
②若要A球第一次到达平衡位置时正好能够和B球相碰,则B球与绳之间必由摩擦力,由此可得:
;
解得:
.
对小球B,由牛顿第二定律:
mg-f=ma;
解得:
.
答:①若细线光滑,B小球和A小球第一次到O′时间分别为:和0.5s
②若要A球第一次到达平衡位置时正好能够和B球相碰,则B球与绳之间的摩擦力与B球重力大小之比是1:5.
解析
解:
①A做单摆运动,到O′时间为,由单摆周期公式可得:
=0.5s;
B做自由落体运动:
,
解得:
.
②若要A球第一次到达平衡位置时正好能够和B球相碰,则B球与绳之间必由摩擦力,由此可得:
;
解得:
.
对小球B,由牛顿第二定律:
mg-f=ma;
解得:
.
答:①若细线光滑,B小球和A小球第一次到O′时间分别为:和0.5s
②若要A球第一次到达平衡位置时正好能够和B球相碰,则B球与绳之间的摩擦力与B球重力大小之比是1:5.
周期是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50次全振动要用多少时间?
正确答案
解:根据单摆的周期公式T=2π,解秒摆的摆长为:
L=≈1.0m
将秒摆拿到月球上去,周期为:
T′=2≈5.0s
它在月球上做50次全振动时间为:
t=50T′=50×5=250s
答:它在月球上做50次全振动要用250s时间.
解析
解:根据单摆的周期公式T=2π,解秒摆的摆长为:
L=≈1.0m
将秒摆拿到月球上去,周期为:
T′=2≈5.0s
它在月球上做50次全振动时间为:
t=50T′=50×5=250s
答:它在月球上做50次全振动要用250s时间.
将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力,如图所示,(甲)图中O点为单摆的悬点,现将小球(可视为质点)拉到A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球在竖直平面内的ABC之间来回摆动,其中B点为运动中最低位置,∠AOB=∠COB=α,α小于10°且是未知量.图(乙)表示由计算机得到细线对摆球的拉力大小F随时间变化的曲线,且图中t=0时刻为摆球从A点开始运动的时刻,根据力学规律和题中信息(g取10m/s2)求:
(1)单摆的周期和摆长;
(2)摆球的质量;
(3)摆动过程中的最大速度.
正确答案
解:(1)摆球受力分析如图,小球在一个周期内两次经过最低点,根据该规律,知:
T=0.4πs.
由单摆的周期公式T=2π,得:
L==
=0.4m.
(2)(3)在最高点A,有:
Fmin=mgcosα=0.495N
在最低点B,有:
Fmax=mg+m
从A到B,滑块机械能守恒,有:
mgL(1-cosα)=mv2
联立三式并代入数据得:
m=0.05kg
v=0.283m/s
答:(1)单摆的振动周期为0.4πs,摆长为0.4m;
(2)摆球的质量为0.05kg;
(3)摆动过程中的速度为0.283m/s
解析
解:(1)摆球受力分析如图,小球在一个周期内两次经过最低点,根据该规律,知:
T=0.4πs.
由单摆的周期公式T=2π,得:
L==
=0.4m.
(2)(3)在最高点A,有:
Fmin=mgcosα=0.495N
在最低点B,有:
Fmax=mg+m
从A到B,滑块机械能守恒,有:
mgL(1-cosα)=mv2
联立三式并代入数据得:
m=0.05kg
v=0.283m/s
答:(1)单摆的振动周期为0.4πs,摆长为0.4m;
(2)摆球的质量为0.05kg;
(3)摆动过程中的速度为0.283m/s
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