- 单摆
- 共2503题
如图是两个单摆的振动图象.
(1)a、b两个单摆的摆长之比是多少?
(2)以向右为摆球偏离平衡位置的位移的正方向,从t=0起,a第一次到达左方最大位移时,b振动到了什么位置?向什么方向运动?
正确答案
解:(1)由题图知:a、b两个单摆的周期分别为0.4s和0.6s,故:
根据单摆的周期公式T=2,有:
(2)由题图知,当a第一次到达左方最大位移时,t=0.3s;
此时b的位移为零,即振动到了平衡位置;由于x-t图象的切线斜率表示速度,由于斜率为负,故正向左方运动;
答:(1)a、b两个单摆的摆长之比是4:9;
(2)以向右为摆球偏离平衡位置的位移的正方向,从t=0起,a第一次到达左方最大位移时,b振动到了平衡位置,且正向左运动.
解析
解:(1)由题图知:a、b两个单摆的周期分别为0.4s和0.6s,故:
根据单摆的周期公式T=2,有:
(2)由题图知,当a第一次到达左方最大位移时,t=0.3s;
此时b的位移为零,即振动到了平衡位置;由于x-t图象的切线斜率表示速度,由于斜率为负,故正向左方运动;
答:(1)a、b两个单摆的摆长之比是4:9;
(2)以向右为摆球偏离平衡位置的位移的正方向,从t=0起,a第一次到达左方最大位移时,b振动到了平衡位置,且正向左运动.
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.图甲中O点为单摆的固定悬点,现将质量m=0.05㎏的小摆球(可视为质点)拉至A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的A、C之间来回摆动,其中B点为运动中的最低位置.∠AOB=∠COB=θ(θ小于10°且是未知量).由计算机得到的细线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线如图乙所示,且图中t=0时刻为摆球从A点开始运动的时刻.试根据力学规律和题中所给的信息,(g取10m/s2=0.89),求:
(1)单摆的振动周期和摆长.
(2)摆球运动到平衡位置时的速度
(3)图乙中细线拉力最小值为多少?
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=1.256s
由单摆的周期公式T=2π,得:
L==
=0.4m
(2)在最低点B,根据牛顿第二定律,有:
Fmax-mg=m
代入数据得:
v=0.282m/s
(3)由A到B过程机械能守恒,有:
mgL(1-cosθ)=mv2
在A、C两点拉力最小,有:
Fmin=mgcosθ
联立解得:
Fmin=0.485N
答:(1)单摆的振动周期为1.256s;摆长为0.4m;
(2)摆球运动到平衡位置时的速度大小为0.282m/s;
(3)乙中细线拉力最小值为0.485N.
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=1.256s
由单摆的周期公式T=2π,得:
L==
=0.4m
(2)在最低点B,根据牛顿第二定律,有:
Fmax-mg=m
代入数据得:
v=0.282m/s
(3)由A到B过程机械能守恒,有:
mgL(1-cosθ)=mv2
在A、C两点拉力最小,有:
Fmin=mgcosθ
联立解得:
Fmin=0.485N
答:(1)单摆的振动周期为1.256s;摆长为0.4m;
(2)摆球运动到平衡位置时的速度大小为0.282m/s;
(3)乙中细线拉力最小值为0.485N.
某登山运动员在一次登山的宿营地,用随身携带的单摆做了一个实验:该单摆在海平面摆动1001次的时间内,在宿营地只摆了1000次,求此次宿营地的海拔 (取海平面处g=9.8m/s2,地球半径R=6400km)
正确答案
解:设山峰的海拔为H.设山上的重力加速度为g‘.
由万有引力公式得=mg'.
=mg.
又因为在山顶标准计时装置记录到单摆摆动1000次的时间,再到海平面上测得同一单摆同一时间摆动1001次,
所以1000×=1001×
联立上面的几个式子,得
H=6400m
所测山峰的海拔高度为6400米.
答:营地的高度为6400m.
解析
解:设山峰的海拔为H.设山上的重力加速度为g‘.
由万有引力公式得=mg'.
=mg.
又因为在山顶标准计时装置记录到单摆摆动1000次的时间,再到海平面上测得同一单摆同一时间摆动1001次,
所以1000×=1001×
联立上面的几个式子,得
H=6400m
所测山峰的海拔高度为6400米.
答:营地的高度为6400m.
如图所示,一光滑小球在一圆弧形曲面内做振幅A=1cm的振动,今测得1min内完成振动30次(计算时取g=10m/s2,π2=10)
(1)求此凹面的半径;
(2)若从小球过B点开始计时,取向右为正方向,试在图(b)中作出一个周期的振动图象.
正确答案
解:(1)1min内完成振动30次,故周期为:T=;
根据T=2π,有:R=
=
=1m
(2)小球做简谐运动,振幅为1cm,在图(b)中作出一个周期的振动图象,如图所示:
答:(1)凹面的半径为1m;
(2)若从小球过B点开始计时,取向右为正方向,作出一个周期的振动图象,如图所示.
解析
解:(1)1min内完成振动30次,故周期为:T=;
根据T=2π,有:R=
=
=1m
(2)小球做简谐运动,振幅为1cm,在图(b)中作出一个周期的振动图象,如图所示:
答:(1)凹面的半径为1m;
(2)若从小球过B点开始计时,取向右为正方向,作出一个周期的振动图象,如图所示.
房顶正在修葺,房顶上固定的一根细线垂到三楼窗沿下,某同学为了测量窗的上沿到房顶的高度,将线的下端系了一个小球,发现当小球静止时,细线恰好与窗子上沿接触且保持竖直,然后打开窗子,让小球在垂直于窗子的竖直平面内摆动,如图9所示.
①为了测小球的周期,他用手表测量,在小球达到屋外的最高点时数1,同时开始计时,随后每次到达屋外最高点依次数2、3、4、…数到n时,记下时间为t,于是得出周期为T=t/n;②他用尺子测出了小球静止时小球球心到窗上沿的距离L,则:
(l)在①中正确的做法应该是______
A.计数位置应在小球运动的最低点,若第一次至第n次同向经过最低点时间为考,则T=t/n
B.计数位置应在最高点,若第一次至第n 次到达最高点时间为t,则T=t/(n-l)
C.计数位置应在小球运动的最低点,若第一次至第n次同向经过最低点时间为t,则T=t/(n-l)
D.计数位置应在小球运动的最低点,若第一次至第n次同向经过最低点时间为t,则T=2t/(n-1 )
(2)用周期T及在最低点球心到窗上沿的距离L,及当地重力加速度g,表示房顶到窗上沿的高度h=______.
正确答案
解:(1)单摆在摆角较小时(小于5°)可看成简谐运动;在最低点速度最大,一般从此时开始计时误差最小;计数开始时,一般都是从0开始,该同学从1开始计数,计数结束时,摆球完成的全振动的次数:N=n-1,则,故正确的做法是C.
(2)小摆(L)的周期:
大摆的周期:
联立以上各式,解得:
故答案为:(l) C (2)
解析
解:(1)单摆在摆角较小时(小于5°)可看成简谐运动;在最低点速度最大,一般从此时开始计时误差最小;计数开始时,一般都是从0开始,该同学从1开始计数,计数结束时,摆球完成的全振动的次数:N=n-1,则,故正确的做法是C.
(2)小摆(L)的周期:
大摆的周期:
联立以上各式,解得:
故答案为:(l) C (2)
如图所示,当单摆摆球经过平衡位置O向右做简谐运动的瞬间,一个以速度v做匀速运动的小球,同时经过O正下方A点在水平面上向右运动,与竖直墙壁B碰撞后以原速率返回,求B、A间距满足什么条件,才能使小球恰好返回A点时摆球也经过平衡位置O?设球与墙壁碰撞时间不计,摆长为L.
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=2π
联立解得:
(n=1,2,3…)
答:B、A间距为(n=1,2,3…)时,才能使小球恰好返回A点时摆球也经过平衡位置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=2π
联立解得:
(n=1,2,3…)
答:B、A间距为(n=1,2,3…)时,才能使小球恰好返回A点时摆球也经过平衡位置O
如图甲所示,固定的光滑半球形容器内壁装有压力传感器,小滑块(可视为质点)沿容器内壁在竖直平面内来回滑动,滑块到达的最高点A、B与半球容器的中心点O的连线与竖直方向的夹角相等,且均小于10°,图乙表示滑块对容器压力F随时间t的变化图象,重力加速度g取10m/s2,则滑块运动的周期为______s;容器的半径为______m;滑块的质量为______kg;图乙中t=0时刻,滑块位于______点.(选填“最高点”、“最低点”、“介于最高与最低之间”)
正确答案
解:由于滑块的周期为压力传感器周期的2倍,所以T=.
据单摆的振动周期可得:T=2
代入数据解得:R=0.1m.
滑块在最高点A,有Fmin=mgcosθ=0.495N…①
在最低点B,有Fmax=+mg=0.510N…②
从A到B,滑块机械能守恒,有mgR(1-cosθ)=…③
联立①②③解得:m=0.05kg.
图乙中t=0时刻,滑块对轨道的压力最小,所以应在最高点.
故答案为:;0.1;0.05;最高.
解析
解:由于滑块的周期为压力传感器周期的2倍,所以T=.
据单摆的振动周期可得:T=2
代入数据解得:R=0.1m.
滑块在最高点A,有Fmin=mgcosθ=0.495N…①
在最低点B,有Fmax=+mg=0.510N…②
从A到B,滑块机械能守恒,有mgR(1-cosθ)=…③
联立①②③解得:m=0.05kg.
图乙中t=0时刻,滑块对轨道的压力最小,所以应在最高点.
故答案为:;0.1;0.05;最高.
升降机里有一个单摆,原始周期为T.求当升降机以加速度a向上加速运动,向下加速运动,匀速运动时单摆的周期.
正确答案
解:设单摆摆长为L,当升降机以加速度a向上加速运动时,等效重力加速度为:g‘=g+a,
单摆周期为:.
当升降机以加速度a向下加速运动时,等效重力加速度为:g'=g-a,
单摆周期为:.
当升降机匀速运动时,等效重力加速度为:g'=g,单摆周期为:T1=T.
答:当升降机以加速度a向上加速运动时周期为,向下加速运动时周期为
,匀速运动时周期为T.
解析
解:设单摆摆长为L,当升降机以加速度a向上加速运动时,等效重力加速度为:g‘=g+a,
单摆周期为:.
当升降机以加速度a向下加速运动时,等效重力加速度为:g'=g-a,
单摆周期为:.
当升降机匀速运动时,等效重力加速度为:g'=g,单摆周期为:T1=T.
答:当升降机以加速度a向上加速运动时周期为,向下加速运动时周期为
,匀速运动时周期为T.
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.图甲中O点为单摆的固定悬点,现将小摆球(可视为质点拉至A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的A、B、C之间来回摆动,其中B点为运动中的最低位置,∠AOB=∠COB=α;α小于10°且是未知量.图乙表示由计算机得到的细线对摆球的拉力大小F随时间t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.试根据力学规律和题中(包括图中)所给的信息求:(g取10m/s2)
(1)单摆的振动周期和摆长;
(2)摆球的质量;
正确答案
解:(1)从F-t图线可知,单摆的周期T=0.4πs.
根据单摆的周期公式T=得,
L=.
答:单摆的周期为0.4πs,摆长为0.4m.
(2)在最高点A,有Fmin=mgcosθ=0.495N
在最低点B,有Fmax=+mg
从A到B,滑块机械能守恒,有mgR(1-cosθ)=
联立三式解得:m=0.05kg.
答:摆球的质量为0.05kg.
解析
解:(1)从F-t图线可知,单摆的周期T=0.4πs.
根据单摆的周期公式T=得,
L=.
答:单摆的周期为0.4πs,摆长为0.4m.
(2)在最高点A,有Fmin=mgcosθ=0.495N
在最低点B,有Fmax=+mg
从A到B,滑块机械能守恒,有mgR(1-cosθ)=
联立三式解得:m=0.05kg.
答:摆球的质量为0.05kg.
由密度为ρ的金属小球组成的单摆,在空气中振动周期为T0S,若把小球完全浸入水中成为水下单摆,则振动周期变为多大?(不计空气和水的阻力)
正确答案
解:小球在水中等效重力加速度为:,
在空气中的周期为:,
在水中的周期为:T=,
联立解得:T=.
答:振动的周期为.
解析
解:小球在水中等效重力加速度为:,
在空气中的周期为:,
在水中的周期为:T=,
联立解得:T=.
答:振动的周期为.
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