- 简谐运动的回复力和能量
- 共867题
如图所示,一轻质弹簧竖直固定在地面上,自然长度为1m,上面连接一个质量为m1=1kg的物体,平衡时物体离地面0.9m.距物体m1正上方高为0.3m处有一个质量为m2=1kg的物体自由下落后与弹簧上物体m1碰撞立即合为一体,一起在竖直面内做简谐振动.当弹簧压缩量最大时,弹簧长为0.6m.求(g取10m/s2):
(1)碰撞结束瞬间两物体的动能之和是多少?
(2)两物体一起做简谐振动时振幅的大小?
(3)弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能大小?
正确答案
解析
解:
(1)物体m2碰撞前的速度v0==
m/s=
m/s.
设碰撞后两物体的速度为v,则由动量守恒定律得
m2v0=(m1+m2)v
得到v=
所以碰撞结束瞬间两物体的动能之和Ek=
代入解得 Ek=1.5J.
(2)由题开始状态,平衡时物体m1离地面0.9m,则弹簧的劲度系数k==
=100N/m.
碰撞后,当两物体的重力与弹力平衡时,弹簧被压缩的长度x2==0.2m.
两物体一起做简谐振动时振幅的大小A=x0-x2-l3=1m-0.2m-0.6m=0.2m.
(3)弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能大小EP==
=8J.
答:(1)碰撞结束瞬间两物体的动能之和是1.5J.
(2)两物体一起做简谐振动时振幅的大小是0.2m.
(3)弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能大小是8J.
如图所示,小球在B、C之间做简谐运动,O为BC间的中点,B、C间的距离为10cm,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球位移的起点是O,小球经过B或C点时位移最大,最大位移为 5cm.故A错误.
B、C、小球做简谐运动,振幅不变,由图知,振幅为A=5cm.故BC错误.
D、根据对称性和周期性可知,从任意时刻起,一个周期内小球经过的路程都是4倍振幅,即为4A=4×5cm=20cm,故D正确.
故选:D
如图所示,O为弹簧振子平衡位置,将振子拉至A处后放手,振子可沿水平光滑杆在A、B间作简谐振动,则振子( )
正确答案
解析
解:
A、C从B→O,弹簧处于压缩状态,弹力向右,弹簧的压缩量减小,由胡克定律知,回复力不断减小,而回复力与速度方向相同,都向右,故速度不断增大.故A错误.
B、O为弹簧振子平衡位置,速度最大.故B正确.
D、在B处速度为零.故D错误.
故选B
如图所示,质量为m的砝码A放置在质量为M的滑块B上,B与弹簧相连,它们一起在光滑的水平面上作简谐运动,弹簧的劲度系数为k,砝码与滑块之间的动摩擦因数为μ,要使砝码与滑块在振动过程中不发生相对运动,问最大振幅等于多少?(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
正确答案
解析
解:当A和B在振动过程中恰好不发生相对滑动时,AB间静摩擦力达到最大.根据牛顿第二定律得:
以A为研究对象:a=以整体为研究对象:kA=(M+m)a
联立两式得,A==
答:最大振幅等于.
关于回复力的理解,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、回复力是根据力的作用效果来命名的,不是性质力;故A错误;
B、C、回复力是指振动物体所受的总是指向平衡位置的力的合力,不一定是合外力,如单摆小角度摆动过程回复力是重力的切线方向的分力,故B错误,C正确;
D、回复力不一定是弹簧的弹力,如竖直方向的弹簧振子的回复力是弹力和重力的合力,再如单摆小角度摆动过程回复力是重力的切线方向的分力;故D错误;
故选:C.
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