- 单摆
- 共2503题
某人从电视屏幕上观察停泊在某星球上的宇宙飞船,看到飞船上摆长为0.5m的单摆在30s内往复摆动15次,该星球表面上的重力加速是多大?
正确答案
解:由题意单摆的周期为:
,
由周期公式可得:
=
.
答:星球表面上的重力加速是5m/s2.
解析
解:由题意单摆的周期为:
,
由周期公式可得:
=
.
答:星球表面上的重力加速是5m/s2.
北京地区的重力加速度取g=9.80m/s2,有一个单摆的摆长为2.45m,计算这个单摆的周期.
正确答案
解:由单摆的周期公式可得:
T=2π可得:
该摆的周期T=2π×=3.14s;
答:这个单摆的周期为3.14s.
解析
解:由单摆的周期公式可得:
T=2π可得:
该摆的周期T=2π×=3.14s;
答:这个单摆的周期为3.14s.
如图所示,光滑圆弧轨道的半径为R,圆弧底部中点为O,两个相同的小球,A球从O点的正上方h处由静止释放,与此同时,B球从离O点很近的轨道上由静止释放,要使两小球正好在O点相碰,则h应为多高?
正确答案
解:对A球,它做自由落体运动,自h高度下落至O点
h=
解得:;
对B球,可视为单摆,运用单摆周期公式可求B球到达O点的时间
t==
=
联立解得:
故:h=
答:高度h应为.
解析
解:对A球,它做自由落体运动,自h高度下落至O点
h=
解得:;
对B球,可视为单摆,运用单摆周期公式可求B球到达O点的时间
t==
=
联立解得:
故:h=
答:高度h应为.
宇航员来到一未知星球表面,利用一个摆长为L为1m的单摆,测得单摆50次全振动的时间为100s,现将一质量为2kg物体在水平面上在一个4N拉力作用下,以6m/s的速度匀速拉动,2s后撤去拉力则:
(1)该星球表面的重力加速度g
(2)物体在水平面上动摩擦因素μ
(3)撤去拉力后物体运动的位移.
正确答案
解:(1)单摆50次全振动的时间为100s,故单摆周期为2s,由单摆周期公式可得该星球的重力加速度:
.
(2)物体在水平面上在一个4N拉力作用下匀速运动,故摩擦力为4N,由此可得:.
(3)撤去拉力后的加速度为:,故撤去后的位移为:
.
答:(1)该星球表面的重力加速度为10m/s2.
(2)物体在水平面上动摩擦因素为0.25.
(3)撤去拉力后物体运动的位移4.5m.
解析
解:(1)单摆50次全振动的时间为100s,故单摆周期为2s,由单摆周期公式可得该星球的重力加速度:
.
(2)物体在水平面上在一个4N拉力作用下匀速运动,故摩擦力为4N,由此可得:.
(3)撤去拉力后的加速度为:,故撤去后的位移为:
.
答:(1)该星球表面的重力加速度为10m/s2.
(2)物体在水平面上动摩擦因素为0.25.
(3)撤去拉力后物体运动的位移4.5m.
如图所示,ACB为光滑弧形槽,弧形槽半径为R,C为弧形槽最低点,R远大于
的弧长.甲球从弧形槽的球心处自由下落,乙球从A点由静止释放,问:
(1)两球第1次到达C点的时间之比.
(2)若在圆弧的最低点C的正上方h处由静止释放小球甲,让其自由下落,同时将乙球从圆弧左侧由静止释放,欲使甲、乙两球在圆弧最低点C处相遇,则甲球下落的高度是多少?
正确答案
解:(1)甲球做自由落体运动R=gt
所以:t1=乙球沿圆弧做简谐运动(由于B→C≪R,可认为摆角θ<5°).此振动与一个摆长为R的单摆振动模型相同,故此等效摆长为R,因此乙球第1次到达C处的时间为:
t2=T=
×2π
,所以t1:t2=
(2)甲球从离弧形槽最低点h高处开始自由下落,到达C点的时间为t甲=由于乙球运动的周期性,所以乙球到达C点的时间为
t乙=+
=
,n=0,1,2,…
由于甲、乙在C点相遇,故t甲=t乙
解得h=π2R n=0,1,2,…
答:(1)两球第1次到达C点的时间之比是
(2)若在圆弧的最低点C的正上方h处由静止释放小球甲,让其自由下落,同时乙球从圆弧左侧由静止释放,欲使甲、乙两球在圆弧最低点C处相遇,则甲球下落的高度π2R n=0,1,2,…
解析
解:(1)甲球做自由落体运动R=gt
所以:t1=乙球沿圆弧做简谐运动(由于B→C≪R,可认为摆角θ<5°).此振动与一个摆长为R的单摆振动模型相同,故此等效摆长为R,因此乙球第1次到达C处的时间为:
t2=T=
×2π
,所以t1:t2=
(2)甲球从离弧形槽最低点h高处开始自由下落,到达C点的时间为t甲=由于乙球运动的周期性,所以乙球到达C点的时间为
t乙=+
=
,n=0,1,2,…
由于甲、乙在C点相遇,故t甲=t乙
解得h=π2R n=0,1,2,…
答:(1)两球第1次到达C点的时间之比是
(2)若在圆弧的最低点C的正上方h处由静止释放小球甲,让其自由下落,同时乙球从圆弧左侧由静止释放,欲使甲、乙两球在圆弧最低点C处相遇,则甲球下落的高度π2R n=0,1,2,…
两名登山运动员要完成测定海拔5000米高度的重力加速度,他们攀到了某这一高山的峰顶,用他们随身携带的安全绳索、量程为5米长的卷尺和腕表,来完成此实验.测量步骤如下
①他们用安全绳的一端系一重石块,别一端固定在山崖上,把石块探出山涯放下约三十米形成一个单摆;
②让单摆摆起来,用腕表测出它摆动100次的时间t1=600S
③将绳索上收4.9米后,重新固定,再一次让单摆摆起来,仍用腕表测出它摆动100次的时间t2=400S.π=3.14;保留3位有效数字
请你帮忙求出此高度的重力加速度.
正确答案
解:设单摆的摆长为L,摆动100次用600s,其振动周期为:
则由周期公式T=2π得到:6=2×3.14
…①
单摆收上4.9米后的摆长为L-4.9,摆动100次用400s,
其振动周期为:
同理可得到:4=2×3.14…②
由①②解得:g=9.66m/s2
答:此高度的重力加速度为9.66m/s2
解析
解:设单摆的摆长为L,摆动100次用600s,其振动周期为:
则由周期公式T=2π得到:6=2×3.14
…①
单摆收上4.9米后的摆长为L-4.9,摆动100次用400s,
其振动周期为:
同理可得到:4=2×3.14…②
由①②解得:g=9.66m/s2
答:此高度的重力加速度为9.66m/s2
某单摆的摆长为l、摆球质量为m,单摆做简谐振动时的周期为T,摆动时最大动能为Ek,如果摆角不变,将摆球质量变成2m,则单摆的最大动能变为______,如果将摆长变再变为2l,摆角变成原来一半时,单摆的周期为______.
正确答案
解:摆角不变,将摆球质量变成2m,单摆摆到最低点的速度不变,根据动能的公式,知最大动能变为原来的2倍,即2Ek;根据单摆的周期公式T=2π
知,摆长变再变为2l,摆角变成原来一半时,周期变为原来的
倍,为
T.
故答案为:2Ek,T.
解析
解:摆角不变,将摆球质量变成2m,单摆摆到最低点的速度不变,根据动能的公式,知最大动能变为原来的2倍,即2Ek;根据单摆的周期公式T=2π
知,摆长变再变为2l,摆角变成原来一半时,周期变为原来的
倍,为
T.
故答案为:2Ek,T.
如图所示,在O点系着一细绳,细绳穿过小球B的通过直径的小球,使B球能一直顺着绳子滑下来.在O点正下方有一直径为R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度释放.假如A球到达平衡位置时正好能够和B球相碰,则:
(1)B球与绳之间的摩擦力与B球重力大小之比是多少?
(2)比值的最小值为多少?
正确答案
解:(1)根据单摆的周期公式得:T=…①
则A球运动到平衡位置的时间为:t=,(n=0,1,2…)…②
B球运动到平衡位置的时间为:,③
根据牛顿第二定律得:a=… ④
由t=t′,
联立解得:=
(n=0,1,2…);
(2)当n=0时,比值最小,即:.
答:(1)B球与绳之间的摩擦力与B球重力大小之比是(n=0,1,2…);
(2)比值的最小值为0.19.
解析
解:(1)根据单摆的周期公式得:T=…①
则A球运动到平衡位置的时间为:t=,(n=0,1,2…)…②
B球运动到平衡位置的时间为:,③
根据牛顿第二定律得:a=… ④
由t=t′,
联立解得:=
(n=0,1,2…);
(2)当n=0时,比值最小,即:.
答:(1)B球与绳之间的摩擦力与B球重力大小之比是(n=0,1,2…);
(2)比值的最小值为0.19.
弹簧振子在平衡位置O左右各4cm范围内振动,求:
(1)振子的振幅是多少?
(2)如果在0.2s内完成了10次全振动,则振动的周期和频率各是多少?
(3)如果振子的振幅增大为原来的3倍,振子振动的周期是多少?
正确答案
解:(1)弹簧振子在平衡位置O左右各4cm范围内振动,故振子的振幅是:A=4cm.
(2)在0.2s内完成了10次全振动,振动的周期为:;
频率为周期倒数:.
(3)弹簧振子的周期与振子的振幅无关,振子的振幅增大为原来的3倍,振子振动的周期仍是T=0.02s.
答:(1)振子的振幅是4cm.
(2)如果在0.2s内完成了10次全振动,则振动的周期为0.02s;频率为50Hz.
(3)如果振子的振幅增大为原来的3倍,振子振动的周期是0.02s.
解析
解:(1)弹簧振子在平衡位置O左右各4cm范围内振动,故振子的振幅是:A=4cm.
(2)在0.2s内完成了10次全振动,振动的周期为:;
频率为周期倒数:.
(3)弹簧振子的周期与振子的振幅无关,振子的振幅增大为原来的3倍,振子振动的周期仍是T=0.02s.
答:(1)振子的振幅是4cm.
(2)如果在0.2s内完成了10次全振动,则振动的周期为0.02s;频率为50Hz.
(3)如果振子的振幅增大为原来的3倍,振子振动的周期是0.02s.
图甲是一个单摆振动的情形,O是它的平衡位置,B、C是摆球所能到达的最远位置.设摆球向右方向运动为正方向.图乙是这个单摆的振动图象.根据图象请回答以下几个问题
(1)单摆的频率多大?
(2)摆球速度首次具有负的最大值的时刻是多少?摆球位置在哪里(用甲图中的B、O、C回答)?
(3)摆球加速度首次具有负的最大值的时刻是多少?摆球位置在哪里(用甲图中的B、O、C回答)?
(4)若当地的重力加速度为10m/s2,试求这个摆的摆长是多少?
正确答案
解:(1)单摆的周期为0.8s,所以f==1.25Hz.
(2)摆球在平衡位置时速度最大,速度首次出现负的最大值的时刻是0.6s时刻,在O位置.
(3)在最大位移处加速度最大,在C位置具有的负的最大加速度,在0.4s时刻.
(4)单摆的周期为0.8s,根据T=2π,则摆长L=
≈0.16m.
答:(1)单摆振动的频率是1.25Hz.
(2)摆球速度首次具有负的最大值的时刻是0.6s时刻,在O位置.
(3)摆球加速度首次具有负的最大值的时刻是0.4s时刻,位置在C.
(4)这个摆的摆长是0.16m.
解析
解:(1)单摆的周期为0.8s,所以f==1.25Hz.
(2)摆球在平衡位置时速度最大,速度首次出现负的最大值的时刻是0.6s时刻,在O位置.
(3)在最大位移处加速度最大,在C位置具有的负的最大加速度,在0.4s时刻.
(4)单摆的周期为0.8s,根据T=2π,则摆长L=
≈0.16m.
答:(1)单摆振动的频率是1.25Hz.
(2)摆球速度首次具有负的最大值的时刻是0.6s时刻,在O位置.
(3)摆球加速度首次具有负的最大值的时刻是0.4s时刻,位置在C.
(4)这个摆的摆长是0.16m.
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