本试题 “做简谐振动的单摆摆长不变,若摆球质量增加为原来的4倍,摆球经过平衡位置时速度减小为原来的1/2,则单摆振动的( ) A.频率、振幅都不变 B.频率、振幅都改...” 主要考查您对简谐运动的振幅
简谐运动的周期、频率和角频率
单摆的周期
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周期T和频率f:
1.意义:表示振动快慢的物理量,周期越短,频率越高,振动越快
2.定义:
完成一次全振动所需要的时间,用T表示
单位时间内完成全振动的次数,用f表示
3.关系:Tf=1
4.决定因素:周期与频率由振动系统本身决定,与振幅无关
5.角频率ω:ω=2πf。
应用简谐运动的对称性及周期性的解题方法:
如图所示,物体在A与B间运动,O点为平衡位置,C和D两点关于O点对称,则有:
1.时间的对称性
2.速度的对称性
(1)物体连续两次经过同一点(如D点)的速度大小相等,方向相反。
(2)物体经过关于D点对称的两点(如C与D两点)的速度大小相等,方向可能相同,也可能相反。
3.周期性简谐运动是一种周而复始的周期性的运动,按其周期性可作如下判断:
(1)若则两时刻振动物体在同一位置,运动情况相同。
(2)若则两时刻,描述运动的物理量均大小相等,方向相反。
(3)若或,则当时刻物体在最大位移处时,时刻物体到达平衡位置;当t1时刻物体在平衡位置时,t2时刻物体到达最大位移处;若t1时刻物体在其他位置,t2时刻物体到达何处就要视具体情况而定。
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。
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