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1. 将力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力.图甲中O点为单摆的固定悬点,现将小摆球(可视为质点)拉至A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的A、B、C之间来回摆动,其中B点为运动中的最低位置,∠AOB=∠COB=θ,θ小于10°且是未知量.图乙表示由计算机得到的细线对摆球的拉力F的大小随时间t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.试根据力学规律和题中(包括图中)所给的信息.求:摆球的振动周期和摆长.(g取10 m/s
2
)
【考点】
单摆及其回复力与周期;
【答案】
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解答题
容易
基础巩固
能力提升
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拓展培优
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1. 如图所示为一单摆,已知单摆中摆线的长度为L=97.95cm,摆球直径为d=1.50cm,摆球完成n=30次全振动所需时间为t=60.0s,取
, 求当地重力加速度的大小。(保留3位有效数字)
解答题
容易
1. 正在修建的房顶上固定的一根不可伸长的细线垂到三楼窗沿下,某同学应用单摆原理测量窗的上沿到房顶的高度,先将线的下端系上一个小球,发现当小球静止时,细线恰好与窗子上沿接触且保持竖直,他打开窗子,让小球在垂直于墙的竖直平面内摆动,如图所示,从小球第1次通过图中的B点开始计时,第21次通过B点时用30s;球在最低点B时,球心到窗上沿的距离为1m,当地重力加速度g取
;
(1)
小球第1次从左向右经过B点开始计时,则第2次经过B点时,时间间隔是多少?
(2)
根据以上数据求房顶到窗上沿的高度。
解答题
普通
2. 某同学自己制作了一套玩具,利用剖开的半径为
的圆管作为轨道,固定在水平面内,如图所示,弧
, ad长为3.6m,在d处挖一小洞。游戏时,用弹簧枪将一小球(比洞略小)沿ad方向射出,通过控制弹出时的速度大小,可使小球落入洞中,a、b、c、d在同一水平面上,不计小球和管道面间的摩擦,小球可视为质点,重力加速度g取
,
取3。若使小球能够进入洞中,求:
(1)小球弹出时的最大速率;
(2)小球从a点发射时可能的速率。
解答题
普通
3. 长度为L的轻杆和固定在杆自由端上的小铅球组成一个单摆,小铅球的质量为m。现在杆上再套一颗同质量的珍珠,它可以沿着过距轻杆上端
处的水平线自由地滑动,如图所示,求这种异型摆微小振动时的周期。忽略空气阻力和一切摩擦。
解答题
普通
1. 某同学在探究单摆运动中,图a是用力传感器对单摆运动过程进行测量的装置图,图b是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F-t图像,根据图b的信息,π
2
≈g,下列说法正确的是( )
A.
用米尺量得细线长度L,即摆长为L
B.
摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力充当单摆的回复力
C.
从t=0时刻开始摆球第一次摆到最低点的时刻为0.5s
D.
由图可计算出单摆的摆长为0.64m
多选题
普通
2. 图1所示为辽宁抚顺地标性建筑——“生命之环”,一位学生欲运用所学物理知识估测其高度。测量的原理示意图如图2所示,他找来一个光滑小球,将其由“环”内壁上的P点(靠近最低点)由静止释放,则小球沿环内壁往返运动。某时刻小球到达P点时利用手机的秒表计时功能开始计时,此后小球第n次回到P点时停止计时,所测得时间为t。已知当地的重力加速度为g,由此可知生命之环的高度约为( )
A.
B.
C.
D.
单选题
普通
3. 如图所示,在地球上同一个地区创设不同的条件进行单摆实验。图甲装置置于真空中,悬点处固定一带正电的小球,绝缘细线下端连接另一带正电小球,周期记为
;图乙中,单摆的悬点在一向下加速的电梯顶端,周期记为
;图丙中的摆球带正电,在如图所示的匀强磁场中进行摆动,周期记为
;图丁中的摆球带正电,在如图所示的匀强电场中进行摆动,周期记为
。若四个单摆的摆长一样长,则周期关系正确的是( )
A.
B.
C.
D.
单选题
普通
1. 人类一直以来对月球充满了好奇和向往,各国也加快了对月球的探索。2024年5月3日“嫦娥六号”探测器由长征五号遥八运载火箭在我国文昌航天发射场发射,“嫦娥六号”探测器在月球着陆,并在月球表面采样成功。假设“嫦娥六号”探测器在月球表面做了一个单摆实验,测得单摆的摆长为
, 周期为
。某学校高二(1)班观看了这个场景,想根据单摆实验测出地球表面的重力加速度,某同学在实验室做了一个单摆实验,用刻度尺测得单摆的摆长为
, 周期为
, 不考虑地球和月球的自转。已知月球半径为
, 引力常量为
。求:
(1)
月球表面重力加速度和地球表面的重力加速度大小之比;
(2)
月球的平均密度。
解答题
普通
2. 如图甲是一个单摆振动的情形,O是它的平衡位置,B、C是摆球所能到达的最远位置,设摆球向右运动为正方向,图乙是这个单摆的振动图像,根据图像:
(1)
写出摆球相对平衡位置的位移随时间的变化关系式;
(2)
若取当地的重力加速度为
, 取
, 求单摆的摆长。
解答题
普通
3. 如图所示,长为L
2
= 1.5 m的水平传送带左右两端与水平轨道平滑连接,传送带以v
0
= 4.0 m/s的速度逆时针匀速转动;左侧粗糙轨道RQ的长为L
1
= 3.25 m,左端R点固定有弹性挡板;右侧光滑轨道PN的长为L
3
= 3.5 m,其右端与半径大于100 m的光滑圆弧轨道的一小段相切(N点为圆弧轨道的最低点)。现将一可视为质点的小物块从圆弧轨道上某位置由静止释放,物块向左运动至挡板处与挡板发生弹性碰撞后向右刚好能运动到P点。已知小物块与传送带以及左侧轨道的滑动摩擦因数均为μ = 0.1,重力加速度g取10 m/s
2
, π
2
= 10,不计物块与挡板的碰撞时间。
(1)
求物块第一次到达Q点时的速度大小;
(2)
为满足上述运动,求物块从圆弧轨道上释放高度的范围;
(3)
当物块从圆弧轨道上高度为0.8 m的位置由静止释放后,发现该物块在圆弧轨道上运动的时间与从N点运动至第二次到达P点的时间相等,求圆弧轨道的半径。
解答题
困难