- 简谐运动的回复力和能量
- 共867题
弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动.B、C相距20cm.某时刻振子处于B点,经过0.5s,振子首次到达C点.求:
(1)画出振子一个周期内的振动图象,阐述振子在一个周期内的运动情况;
(2)5内通过的路程及位移大小;
(3)振子在B点的加速度大小跟它距O点4cm处P点的加速度大小的比值.
正确答案
解析
解:(1)B-O过程做a减小的加速运动;O-C过程做a增大的减速运动;C-O过程做a减小的加速运动;O-B过程做a增大的减速运动;
振子一个周期内的振动图象如图所示:
(2)设振幅为A,由题意BC=2A=20 cm,所以A=10 cm.
振子从B到C所用时间t=0.5 s,为周期T的一半,所以T=1.0 s;
振子在1个周期内通过的路程为4A,故在t′=5 s=5T内通过的路程:
s=5×4A=200 cm.
5 s内振子振动了5个周期,5 s末振子仍处在B点,
所以它偏离平衡位置的位移大小为10 cm.
(3)振子加速度a=-x,a∝x.
所以aB:aP=xB:xP=10:4=5:2.
答:(1)B-O过程做a减小的加速运动;O-C过程做a增大的减速运动;C-O过程做a减小的加速运动;O-B过程做a增大的减速运动;振动图象如图所示;
(2)5内通过的路程为200cm,位移大小为10cm;
(3)振子在B点的加速度大小跟它距O点4cm处P点的加速度大小的比值为5:2.
如图所示,在光滑水平面上,用劲度系数分别为k和2k的两根轻弹簧系住一个质量为m的小球.小球静止时,两弹簧均无形变.现用外力使小球向右偏离x0,释放后,此时小球受到的回复力大小______,方向______.(填“向左”或“向右”)
正确答案
解析
解:据题可知,小球静止时,两弹簧均无形变,该位置为平衡位置;当使小球向右偏离x0,小球在水平方向上受右侧弹簧的弹力为2Kx0,方向向左;受左侧弹簧的弹力为kx0,方向向左,所以小球的合力为3kx0,方向向左.
故答案为:3kx0,向左
如图所示,轻弹簧的下端系着A、B两球,mA=100g,mB=500g,系统静止时弹簧伸长x=15cm,未超出弹性限度.若剪断A、B间的细绳,则A在竖直方向做简谐运动,求:
(1)A的振幅多大?
(2)A球的最大加速度多大?(g取10m/s2)
正确答案
解析
解:(1)只挂A球时弹簧伸长量由F=kx
得x1=
挂A、B两物体时有: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
(2)振动中A球的最大加速度为最大加速度为:
amax==
×10m/s2=50m/s2
答:(1)最大振幅为12.5cm;
(2)最大加速度为50m/s2.
一根自由长度为10cm的轻弹簧,下端固定,上端连一个质量为m的物块P.在P上再放一个质量是2m的物块Q.系统静止后,弹簧长度为4cm,如图所示.如果迅速向上移去Q,物块P将在竖直方向做简谐运动.此后,弹簧的最大长度是( )
正确答案
解析
解:轻弹簧自由长度为1Ocm,放两个总质量是3m的物块后长度为4cm,故放一个质量为m的物块的长度为8cm,即平衡位置高度为8cm,振幅为4cm;
根据简谐运动的对称性可知振动后弹簧的最大长度是12cm;
故选:D.
如图所示是一弹簧振子在水平面内作简谐运动的x-t图象,则振动系统在( )
正确答案
解析
解:A、tl和t3时刻位移相同,故弹簧长度相同,弹性势能相同,故A正确;
B、t3和t4时刻弹簧的行变量相同,故弹性势能相同;x-t图象的切线斜率表示速度,故t3和t4时刻具有相同的速度,故B正确;
C、tl和t5时刻位移相反,根据a=-,加速度也相反,故C错误;
D、t2和t3时刻,位移均为正,故D正确;
故选:ABD.
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