- 简谐运动的回复力和能量
- 共867题
如图,质量分别为M、m的物块水平叠放在光滑水平地面上,一劲度系数为K的轻弹簧与M相连,它们以O为平衡位置在B、C间作简谐振动,m与M间动摩擦因数为μ,m与M始终相对静止.
(1)在从O向B运动过程中,摩擦力对m做正功还是负功?
(2)若它们的振幅为A,求m在振动过程中受到的最大静摩擦力多大?
(3)要想两物块不发生相对滑动,振幅A最大为多少?
正确答案
解析
解:(1)在从O向B运动过程中,物体m受重力、支持力和静摩擦力,动能减小,合力做负功;由于重力和支持力不做功,故静摩擦力做负功;
(2)设位移为x,整体的加速度大小为:a=;物体m受重力、支持力和静摩擦力,根据牛顿第二定律,有:f=ma=
,当x取最大值A时,静摩擦力达到最大值,最大值为
;
(3)当物体达到振幅位置时,静摩擦力最大;要想两物块不发生相对滑动,到达最大位移处时静摩擦力达到最大值;
故
解得:A=
答:(1)在从O向B运动过程中,摩擦力对m做负功;
(2)若它们的振幅为A,m在振动过程中受到的最大静摩擦力为;
(3)要想两物块不发生相对滑动,振幅A最大为.
有一个单摆,在竖直平面内做小摆角振动,周期为2s.从单摆向右运动通过平衡位置时开始计时,在t1=1.0s至t2=1.1s的过程中,摆球的( )
正确答案
解析
解:在t=1.0秒至t=1.1秒的过程中,单摆是由平衡位置向左向最大位移处运动,所以速度向左在减小,加速度方向向右在增大.故A正确.
故选A.
水平杆上振动的弹簧振子,如下图所示,在AB范围内做简谐振动,已知AB间的距离为16cm,振子从A开始运动到第二次经过O的时间为3s,不计球与杆的摩擦(取向右为正)求:
(1)弹簧振子的振幅是多少?
(2)弹簧振子在6s内通过的路程是多少?
(3)若从弹簧振子在A处开始计时,弹簧振子在8s时的位移是多少?
(4)若从弹簧振子在A处开始计时,请在图中作出该振子简谐运动的x-t图象.
正确答案
解析
解:(1)小球在AB间振动,则AB间有两个振幅;故振幅:A==8cm;
(2)从O点开始第二次经过O的时间为3s;则由对称性可知,t=T=3;则T=4s;
则6s内小球运动了=
个周期;故路程为:s=
×4A=48cm;
(3)8s小球经过的周期数n==2;则s时小球回到A点;故位移为-8cm;
(4)由以上解答可知,振动周期为4s;振幅为8cm;作出图象如图所示;
答:(1)振幅为8cm;(2)路程为48cm;(3)位移为-8cm;(3)如上图.
一物体做简谐振动,根据物体受回复力和速度的大小的变化及方向可判定物体的运动性质,当物体指向平衡位置运动时,物体做______运动,当物体背离平衡位置运动时,物体做______运动.(填:加速或减速)
正确答案
加速
减速
解析
解:当物体指向平衡位置运动时,合力方向与运动的方向相同,做正功,根据动能定理,动能增加,是加速运动;
当物体远离平衡位置时,合力做负功,根据动能定理,动能减小,是减速运动;
故答案为:加速,减速.
如图所示,物体A置于物体B上,mA=2mB.一轻质弹簧一端固定,另一端与B相连,劲度系数为k.在弹性限度范围内,A和B在光滑水平面上做往复运动(不计空气阻力),并保持相对静止,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、A和B-起在光滑水平面上做往复运动,回复力F=-kx,故都做简谐运动.故A正确;
B、设弹簧的形变量为x,弹簧的劲度系数为k,A、B的质量分别为M和m,根据牛顿第二定律得到整体的加速度为a=,对A:
;故B错误;
C、在简谐运动过程中,B对A的静摩擦力与位移方向相同或相反,B对A的静摩擦力对A做功,同理,A对B的静摩擦力对B也做功.故C错误;
D、若两木块之间的最大静摩擦力为fm,则,则系统的最大振幅为
.故D错误;
故选:A.
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