- 简谐运动的回复力和能量
- 共867题
如图所示,物体m系在两弹簧之间,弹簧的劲度系数分别为k1和k2,且k1=k,k2=2k,两弹簧均处于自然状态,今向右拉动m,然后释放,物体在B、C间振动,O为平衡位置(不计阻力),则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、由于物体在两个弹簧共同的作用下做简谐振动,所以OB与OC都是物体的做简谐振动的振幅.所以OB=OC.故A错误,B正确;
C、D、当物体的位移是x时,物体受到的作用力是:F=F1+F2=-k1x-k2x=-3kx.故C错误,D正确.
故选:BD
如图所示,竖直悬挂的轻弹簧下端系着A、B两球,其质量mA=0.1kg、mB=0.5kg. 静止时弹簧伸长15cm,若剪断A、B间的细线,则A球做简谐运动时的振幅和最大加速度为多少?
正确答案
解析
解:由两球静止时的力平衡条件,得弹簧的劲度系数为:
由kx=(mA+mB)g;
k==40N/m
剪断A、B间细线后,A球静止悬挂时的弹簧的伸长量为xA==0.025m
弹簧下端的这个位置就是A球振动中的平衡位置.
悬挂B球后又剪断细线,相当于用手把A球下拉后又突然释放,刚剪断细线时弹簧比静止悬挂A球多伸长的长度就是振幅,即A=x-xA=15cm-2.5cm=12.5cm
振动中A球的最大加速度为am==50m/s2;
答:最大振幅为12.5cm;最大加速度为50m/s2.
关于弹簧振子做简谐运动时的能量,下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:
ABC、弹簧振子做简谐运动时的能量等于任意时刻振子动能与弹簧弹性势能之和,根据机械能守恒可知总能量等于在平衡位置时振子的动能,也等于在最大位移时弹簧的弹性势能,故ABC正确.
D、振子在振动过程,只有弹力做功,其机械能守恒,故D错误.
故选:ABC.
有一个弹簧振子,某段时间内发现它的速度在减小,则它的加速度______,回复力______,弹簧的弹性势能______.
正确答案
增大
增大
增大
解析
解:弹簧振子做简谐运动时,速度在减小,位移在增大,振子离开平衡位置,则加速度、回复力均在增大.弹簧形变量也在增大,说明弹簧的弹性势能在增大.
故答案为:增大、增大、增大
如图所示,两根完全相同的轻弹簧和一根张紧的细线,将甲、乙两物快束缚在光滑的水平面上,已知甲的质量小于乙的质量,弹簧在弹性限度范围内,剪断细线后,在两物快的运动过程中( )
正确答案
解析
解:A、线未断开前,两根弹簧伸长的长度相同,离开平衡位置的最大距离相同,即振幅一定相同.故A正确;
B、线刚断开时,弹力最大,故加速度最大,由于甲的质量小,故根据牛顿第二定律,其加速度大,故B正确;
C、D、当线断开的瞬间,弹簧的弹性势能相同,到达平衡后,甲乙的最大动能相同,由于甲的质量小于乙的质量,由Ek=mv2知道,甲的最大速度一定大于乙的最大速度.故C错误,D正确;
故选:ABD.
物体A与滑块B一起在光滑水平面上做简谐振动,如图所示,A、B之间无相对滑动,已知轻质弹簧的倔强系数为k,A、B的质量分别为m和M,则A、B(看成一个振子)的回复力由______ 提供,回复力跟位移的比为______,物体A的回复力由______提供,其回复力跟位移的比为______,若A、B之间的最大静摩擦因数为μ,则A、B间无相对滑动的最大振幅为______.
正确答案
弹簧的弹力
F=kx
静摩擦力
解析
解:AB的回复力由弹簧的弹力提供,回复力跟位移的比为:F=kx,
物体A的回复力由静摩擦力提供,AB的加速度为:a=
f=ma=
故其回复力跟位移的比为:x=;
据题知,物体间的最大摩擦力时,其振幅最大,设为A.以整体为研究对象有:
kA=(M+m)a
以m为研究对象,有牛顿第二定律得:μmg=ma
联立解得:A=
故答案为:弹力,静摩擦力,,
.
如图所示,一个弹簧振子在A、B两点之间作简谐运动,某时刻物体正经过C点向上运动,速度大小为vc,已知OC=a,物体的质量为M振动周期为T,则从此时刻开始的半个周期内( )
正确答案
解析
解:A、经过半个周期后,到达平衡位置下方a处,物体的位移向下,为2a,故重力做功为2mga,故A正确;
B、时间为,故重力的冲量为mg•
T,故B正确;
C、合力充当回复力,根据动能定理,合力做功等于动能的增加量,为零,故回复力做功为零,故C正确;
D、根据动量定理,合力冲量等于动量的变化,由于动量的变化为2mvc,故合力的冲量为2mvc,合力充当回复力,故D错误;
故选ABC.
如图所示,一轻质弹簧一端固定,另一端与物体A相连接并使A在光滑水平面上做简谐运动,当A到达最大位移处时,把物块B由静止放置在A上面,此后A、B保持相对静止,共同做简谐运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、因为弹簧的形变量不变,故AB一起运动的振幅不变,故A错误;
B、因整体的质量增大,整体的加速度小于原来的加速度,故物体回到平衡位置时的速度大小比原来小,故B错误;
C、因整体的加速度减小,故周期变长,故C错误;
D、形变量越大,则整体受力越大,则整体的加速度越大,则对B分析可知,B受到合外力增大,而B的合外力由摩擦力提供,即f=ma故A对B的静摩擦力大小与弹簧形变量成正比;故D正确;
故选:D.
如图所示是弹簧振子,0点是振子的平衡位置.在振子从0点运动到C点的过程中,以下哪些物理量是增大的?( )
正确答案
解析
解:振子做简谐运动,O点为弹簧振子的平衡位置,在O点弹性势能为零,动能最大;
在振子从0点运动到C点的过程中,离开平衡位置的位移越来越大,根据F=kx可知,弹力不断增大,故合力增大,加速度增大;由于弹簧的弹力的方向指向平衡位置,与振子运动的方向相反,所以弹力对振子做负功,振子的动能减小,速度减小,振子的加速度不断增大的减速运动;所以振子的位移、回复力、加速度和弹性势能增大,而速度和动能减小.
故选:ACD.
如图所示,一个质量为m=1kg弹簧振子在振动过程中,振子从a到b历时0.2s,振子经a、b两点时速度相同,到达平衡位置O时速度为υ0=5m/s,若它从b再回到a的时间为0.4s,则该振子的振动频率为______Hz,振动能量为______J.
正确答案
1.25
12.5
解析
解:由题,振子从a到b历时0.2s,振子经a、b两点时速度相同,则a、b两点关于平衡位置对称.振子从b再回到a的最短时间为0.4s,则振子b→c→b的时间是0.2s,根据对称性分析得知,振子从a→b→c→d→a的总时间为0.8s,即振子振动的周期为:T=0.8s,频率为:f==1.25Hz.
弹簧振子在到达平衡位置O时速度为:υ0=5m/s,动能为:J,该动能等于振子的振动能量.
故答案为:1.25,12.5
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