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    细长轻绳下端栓一小球构成单摆,在悬挂点正下方
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    摆长处有一个能挡住摆线的钉子A,如图所示,现将单摆向左方拉开一个小角度,然后无初速度地释放,对于以后的运动,下列说法正确的是(  )
    A.摆球往返运动一次的周期比无钉子时的单摆周期小
    B.摆球在左、右两侧上升的最大高度一样
    C.摆球在平衡位置左右两侧走过的最大弧长相等
    D.摆球在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的两倍
    魔方格

    本题信息:物理单选题难度一般 来源:未知
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本试题 “细长轻绳下端栓一小球构成单摆,在悬挂点正下方12摆长处有一个能挡住摆线的钉子A,如图所示,现将单摆向左方拉开一个小角度,然后无初速度地释放,对于以后的...” 主要考查您对

单摆的周期

阻尼振动

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  • 单摆的周期
  • 阻尼振动
单摆:

1.定义:用一根不可伸长且没有质量的细线悬挂一质点所组成的装置,叫做单摆,它是实际摆的理想化模型
2.模型条件:
(1)摆线的形变量与摆线长度相比小得多,摆线的质量与摆球质量相比小得多,这时可把摆线看成是不可伸长,且没有质量的细线。
(2)摆球的大小与摆线长度相比小得多,这时可把摆球看成是没有大小只有质量的质点。
(3)忽略空气对它的阻力。某一物理量是否可以略去不计,是相对而言的。为了满足上述条件及尽量减小空气阻力对它的影响,我们组成单摆的摆球应选择质量大而体积小的球,摆线应尽量选择细而轻目弹性小的线
3.平衡位置:摆球静止时所处的位置即最低点
4.简谐运动条件:
5.单摆的周期公式:(可由推导)。
①在振幅很小的条件下,单摆的振动周期跟振幅无关;
②单摆的振动周期跟摆球的质量无关,只与摆长L和当地的重力加速度g有关;
③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离,在某些变形单摆中,摆长L应理解为等效摆长,重力加速度应理解为等效重力加速度(一般情况下,等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值)。

单摆问题中的等效处理方法:

单摆的周期公式是惠更斯从实验中总结出来的。单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力,偏角越大回复力越大,加速度 ()越大。由于摆球的轨迹是圆弧,所以除最高点外,摆球的回复力并不等于合外力。在有些振动系统中l不一定是绳长,g也不一定为9.8m/s2,因此出现了等效摆长和等效重力加速度的问题。
1.等效摆长
摆长是指摆动圆弧的圆心到撰球重心的距离,而不一定为摆绳的长。如图中,摆球可视为质点,各段绳长均为Z,甲、乙摆球做垂直纸面的小角度摆动,丙摆球在纸面内做小角度摆动,O'为垂直纸面的钉子,而且

甲:等效摆长
乙:等效摆长
丙:摆绳摆到竖直位置时,圆弧圆心就由O变为O',摆球振动时,半个周期摆长为l,另半个周期摆长为,则单摆丙的周期为
2.等效重力加速度不一定等于9.8
(1)g由单摆所在的空间位置决定。g随所在地球表面的位置和高度的变化而变化,纬度越低,高度越高,g的值就越小,另外,在不同星球上管也不同。
(2)g还由单摆系统的运动状态决定,如单摆处在向上加速的升降机中,设加速度为a,则摆球处于超重状态,沿圆弧的切向分力变大,则重力加速度的等效值若升降机加速下降,则单摆若在沿轨道运行的卫星内,摆球完全失重,回复力为零,等效值,摆球不摆动,周期无穷大。
(3)一般情况下,值等于摆球相对于加速系统静止在平衡位置时(平衡位置是指回复力为零的位置,而不是合力为零的位置,也可以说成是让摆球不摆时的位置)重力加速度的等效值,等于摆绳所受的张力与摆球质量的比值即
但需注意如果在不引起回复力变化的情况,上述方法并不适用,如摆球带电,再在悬点处固定一带电小球,两球之间的静电力不引起回复力的变化,单摆振动周期并不变。


阻尼振动:

1.概念:阻尼振动亦称减幅振动,是指振动物体克服摩擦和其他阻力做了功,它自己的能量逐渐减小,振幅也随着变小。振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动
2.振动图像:
3.受力及能量:受到阻力作用,即有阻尼。振动物体的能量逐渐减小
4.备注:
(1)简谐运动是一种理想化的模型,物体运动过程中一切阻力都忽略不计,是一种无阻尼振动;阻尼振动是考虑阻力影响的振动,是更为实际的一种运动
(2)物体做阻尼振动时,振幅不断减小,但振动的频率仍由自身结构决定,并不会随振幅的减小而变化


无阻尼振动:

1.概念:无阻尼振动亦称等幅振动,是指振动物体从外界取得能量,恰好补偿了它的能量损耗,这时它的振幅将保持不变,例如时钟上钟摆的振动
2.振动图像:
3.受力及能量:不一定是不受阻力,一般情况是物体从外界获得的能量恰好补充了能量的损失
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