单摆,是理想化的力学模型之一.当单摆的最大摆角在0到10°区间时,单摆的运动非常接近简谐运动.某一单摆,其振动过程中最大偏角θ=5°,摆球经过平衡位置时,摆球的速度大小为0

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 单摆的周期/2022-11-22 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

单摆,是理想化的力学模型之一.当单摆的最大摆角在0到10°区间时,单摆的运动非常接近简谐运动.某一单摆,其振动过程中最大偏角θ=5°,摆球经过平衡位置时,摆球的速度大小为0.2m/s,摆球的平衡位置距地面高为h=0.8m.(已知sin5°=0.087,cos5°=0.996,g取10m/s2)求:
(1)此单摆的运动周期;
(2)若摆球经过平衡位置时细绳恰巧断裂,摆球的落地速度.

◎ 答案

(1)设摆球质量为m,摆长为L,由机械能守恒定律得mgL(1-cos5°)=
1
2
mv2

代入数据得:L=
v2
2g(1-cos50)
=0.5m

由单摆的周期公式T=2π

L
g

代入解得T=2π

0.5
10
s=

5
5
πs=1.4s

(2)摆球经过平衡位置时细绳断裂后,做平抛运动.
小球在竖直方向上做自由落体运动,所以落地时竖直方向的速度v=

2gh
=

2×10×0.2
m/s=2m/s

根据勾股定理,摆球的落地速度v=

v20
+
v2⊥
=

0.22+22
m/s=2.01m/s

设方向与水平夹角为θ,tanθ=
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