- 单摆
- 共2503题
天花板上O点悬挂一单摆,绳子长度为0.99l,质量分布均匀的实心小球质量为m,直径为0.02l,O点正下方0.1l处有一钉子P,如图所示,现将单摆向左拉开一个小角度θ,并由静止释放,小球左右摆动过程中,偏角始终都小于5°,重力加速度为g.求:
(1)单摆的振动周期;
(2)小球从左摆到最低点时,绳子对小球的拉力大小.
正确答案
(1)摆长OA的单摆周期:T1=2π,
摆长PB的单摆周T2=2π,
由题意得:l1=l
且l2=0.9l
单摆的振动周期:T=
解得:T=π(1+
)
(2)从静止释放到最低点,由机械能守恒得
mv2=mgl(1-cosθ)
在最低点:T-mg=m
解得:T=mg(3-2cosθ)
答:(1)单摆的振动周期T=π(1+
);
(2)小球从左摆到最低点时,绳子对小球的拉力大小mg(3-2cosθ).
(1)下列说法中正确的是
[ ]
A、水面上的膜在阳光照射下会呈现彩色,这是由于光的干涉造成的色散现象
B、根据麦克斯韦的电磁场理论可知,变化的电场周围一定可以产生稳定的磁场
C、相对论认为,相对于任何参考系,光速都是一样的
D、在测定单摆周期时,为减小实验误差,最好在小球经过最大位移处时开始计时
(2)一列简谐横波沿x轴传播,图甲是t=3s时的波形图,图乙是波上x=2m处质点的振动图线。则该横波的速度为_______________m/s,传播方向为_______________。
(3)半径为的半圆柱形玻璃,横截面如图所示,
为圆心,已知玻璃的折射率为
,当光由玻璃射向空气时,发生全反射的临界角为多大?一束与
平面成
的平行光束射到玻璃的半圆柱面上,经玻璃折射后,有部分光能从
平面上射出。则从
射出的光束的宽度为多少?
正确答案
(1)AC
(2)1,左
(3)由,得C=45°
如图所示,作出两条临界光线①②,显然,射出部分的宽度为
(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中,两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示.测量方法正确的是______(选填“甲”或“乙”).
(2)在探究影响单摆周期的因素时有如下操作,请判断是否恰当(填“是”或“否”).
①在摆球经过最低点时启动秒表计时:______;
②用秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期:______.
(3)某同学利用单摆测定当地重力加速度,发现单摆静止时摆球重心在球心的正下方,他仍将从悬点到球心的距离当作摆长L,通过改变摆线的长度,测得6组L和对应的周期T,画出L-T2图线,然后在图线上选取A、B两个点,坐标如图所示.他采用恰当的数据处理方法,则计算重力加速度的表达式应为g=______.
正确答案
(1)用游标卡尺测量小球的直径,应将小球卡在外爪的刀口上.故乙正确.
(2)当摆球经过最低点(平衡位置)开始计时误差较小,以及用秒表测量大约30次全振动所需的时间,再求出周期,单单测一次全振动所需的时间表示周期误差较大.
(3)根据T=2π,得,L=
T2.则图线的斜率k=
,根据图线得k=
,所以g=
.
故本题答案为:(1)乙(2)①是,②否 (3).
一列简谐横波某时刻的波形如图所示,波沿x轴正方向传播,从此时刻开始计时:
(1)若每间隔最小时间2s波形重复出现,求波速是多大?
(2)若此列波得周期是2s,它是由单摆摆动产生的,则单摆的摆长约为多少?
正确答案
解:(1)
m/s
(2)
m
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
(1)小球在一个周期内两次经过最低点,根据该规律,知T=0.4πs.
根据T=2π,则L=
=0.4m.
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+m
从A到B,滑块机械能守恒,有mgR(1-cosθ)=mv2
联立三式解得:m=0.05kg.
答:摆球的质量为0.05kg.
(3)小球在最低点时速度最大,在最低点有:Fmax=mg+m
代入数据解得:v=0.283m/s.
答:摆动过程中的最大速度为0.283m/s.
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10 m/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
(1)T=0.4πs,L=0.4m
(2)0.05kg
(3)0.283m/s
如图所示,ACB为光滑弧形槽,弧形槽半径为R,R≫.甲球从弧形槽的球心处自由落下,乙球从A点由静止释放(不计空气阻力).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h是多少?
正确答案
(1)甲球做自由落体运动R=g
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
=
•π
,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h是π2R(n=0,1,2,…).
如图所示,在水平地面上有一段光滑圆弧形槽,弧的半径是R,所对圆心角小于10o,现在圆弧的右侧边缘M处放一个小球A,使其由静止下滑,则:
(1)球由A至O的过程中所需时间t为多少?在此过程中能量如何转化?(定性说明)
(2)若在圆弧的最低点O的正上方h处由静止释放小球B,让其自由下落,同时A球从圆弧右侧由静止释放,欲使A、B两球在圆弧最低点O处相遇,则B球下落的高度h是多少?
正确答案
(1)在由A→O的过程中球A的重力势能转化为动能(2)
(1)由单摆周期公式知球A的周期,………… 1分
则…………………………………………1分
在由A→O的过程中球A的重力势能转化为动能 ………… 1分
(2)欲使A、B相遇,则两球运动时间相同,且必须同时到达O点,故由简谐运动的周期性可知两球相遇所经历的时间可以是或
…2分
所以A球运动的时间必为的奇数倍,
即 …………………………………………2分
所以 ………… 1分
(1)实验室中有一种游标卡尺,其游标尺有10格,总长为19mm。游标上每格比主尺上2 mm少0.1mm,故其精度为0.1mm。如图所示,用这种游标卡尺测量小球的直径,则直径为_________mm。
(2)某同学欲测一单摆的周期,如果测得单摆完成30次全振动时秒表的示数如图所示,那么秒表的读数是________s,该单摆的摆动周期是_________s。(保留三位有效数字)
正确答案
分析:(1)游标卡尺的读数.
本题中游标卡尺的精度为0.1mm;游标卡尺读数先读大于1mm的整数部分,再读不足1mm的小数部分.
(2)机械秒表读数
机械表的长针是秒针,转一周是30s.大表上面读秒,小表读30s的整数倍倍数.单摆的摆动周期为完成一次全震动的时间.
解:(1)10分度,精度为0.1mm
大于1mm的整数部分为22mm,由于游标尺上第六个刻线(除零刻线)与主尺刻线对齐,故不足1mm的小数部分为0.6mm,因而读数为22.6mm;
故答案为:22.6.
(2)表的读数方法是:短针读数(t1)+长针读数(t2)
从短针看出时间大于30s而小于60s,因而时间为54.4s
单摆的摆动周期T==1.81s;
故答案为:22.6, 54.4,1.81.
在“用单摆测重力加速度”的实验中:
(1)某同学的操作步骤为:
a.取一根细线,下端系住直径为d的金属小球,上端固定在铁架台上
b.用米尺量得细线长度l
c.在摆线偏离竖直方向5°位置释放小球
d.用秒表记录小球完成n次全振动的总时间t,得到周期T=t/n
e.用公式计算重力加速度
按上述方法得出的重力加速度值与实际值相比____________(选填“偏大”、“相同”或“偏小”)。
(2)已知单摆在任意摆角θ时的周期公式可近似为,式中T0为摆角趋近于0°时的周期,a为常数。为了用图像法验证该关系式,需要测量的物理量有________________________;若某同学在实验中得到了如图所示的图线,则图像中的横轴表示____________。
正确答案
(1)偏小
(2)T′(或t、n)、θ,T′
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