【題目】簡諧運動是我們研究過的一種典型運動方式。
(1)一個質(zhì)點做機械振動,如果它的回復(fù)力與偏離平衡位置的位移大小成正比,而且方向與位移方向相反,就能判定它是簡諧運動。如圖所示,將兩個勁度系數(shù)分別為k1和k2的輕質(zhì)彈簧套在光滑的水平桿上,彈簧的兩端固定,中間接一質(zhì)量為m的小球,此時兩彈簧均處于原長。現(xiàn)將小球沿桿拉開一段距離后松開,小球以O為平衡位置往復(fù)運動。請你據(jù)此證明,小球所做的運動是簡諧運動。
(2)以上我們是以回復(fù)力與偏離平衡位置的位移關(guān)系來判斷一個運動是否為簡諧運動。但其實簡諧運動也具有一些其他特征,如簡諧運動質(zhì)點的運動速度v與其偏離平衡位置的位移x之間的關(guān)系就都可以表示為,v2=v02-ax,其中v0為振動質(zhì)點通過平衡位置時的瞬時速度,a為由系統(tǒng)本身和初始條件所決定的不變的常數(shù)。請你證明,如圖中小球的運動也滿足上述關(guān)系,并說明其關(guān)系式中的a與哪些物理量有關(guān)。已知彈簧的彈性勢能可以表達(dá)為kx2,其中k是彈簧的勁度系數(shù),x是彈簧的形變量。
(3)一質(zhì)點沿順時針方向以速度v0做半徑為R的勻速圓周運動,如圖所示。請結(jié)合第(2)問中的信息,分析論證小球在x方向上的分運動是否符合簡諧運動這一特征。
【答案】(1)證明見解析。(2)a等于兩個彈簧的勁度系數(shù)的和,初速度的大小與開始時的振幅有關(guān)。(3)證明見解析。
【解析】
(1)若小球向右偏離的位移為x,選取向右為正方向,由胡克定律可得,小球受到的合外力:F合=(k1+k2)x,由于k1和k2都是常數(shù),所以小球受到的合外力與位移成正比,小球做簡諧振動。
(2)小球運動的過程中的機械能包括小球的動能與彈簧的彈性勢能,小球運動的過程中系統(tǒng)的機械能守恒,設(shè)小球偏離O點的最大位移為A,則通過平衡位置時:
若小球向右偏離的位移為x時的速度為v,則:
即:v2=v02-(k1+k2)x2=v02-ax2
可知其中a等于兩個彈簧的勁度系數(shù)的和,初速度的大小與開始時的振幅有關(guān)。
(3)當(dāng)質(zhì)點水平方向的位移為x時,質(zhì)點速度與x軸之間的夾角設(shè)為θ,將質(zhì)點的速度沿x軸方向與y軸方向分解如圖,則:
vy=v0cosθ
而:cosθ=
根據(jù)合速度與分速度的關(guān)系可知:v02=vx2+vy2
整理可得:vx2=v02-v02=v02-ax2
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【題目】從某一高度相隔1s先后釋放兩個相同的小球,不計空氣的阻力,它們在空中任一時刻( )
A. 間距保持不變,速度之差保持不變
B. 間距越來越大,速度之差越來越大
C. 間距越來越大,速度之差保持不變
D. 間距越來越小,速度之差越來越小
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【題目】一列簡諧橫波沿x軸傳播,周期為T,t=0時刻的波形如圖所示,此時平衡位置位于x=3m處的質(zhì)點正在向上運動,若a、b兩質(zhì)點平衡位置的坐標(biāo)分別為xa=2.5 m,xb=5.5m,則
A. 當(dāng)a質(zhì)點處在波峰時,b質(zhì)點恰在波谷
B. t=T/4時,a質(zhì)點正在向y軸負(fù)方向運動
C. t=3T/4時,b質(zhì)點正在向y軸負(fù)方向運動
D. 在某一時刻,a、b兩質(zhì)點的位移和速度可能相同
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【題目】如圖所示,豎直平面內(nèi)有四分之一圓弧軌道固定在水平桌面上,圓心為O點.一小滑塊自圓弧軌道A處由靜止開始自由滑下,在B點沿水平方向飛出,落到水平地面C點.已知小滑塊的質(zhì)量為m=1.0kg,C點與B點的水平距離為1.0m,B點高度為1.25m,圓弧軌道半徑R=1.0m,取g=10m/s2.求小滑塊:
(1)從B點飛出時的速度大小;
(2)在B點時對圓弧軌道的壓力大。
(3)沿圓弧軌道下滑過程中克服摩擦力所做的功.
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【題目】平板車P的質(zhì)量為M,可看做質(zhì)點的小物塊Q的質(zhì)量為m,位于平板車的左端,系統(tǒng)原來靜止在光滑水平地面上.一不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩長為R,一端懸于Q正上方高為R處,另一端系一質(zhì)量也為m的小球(大小不計).今將小球拉至懸線與豎直位置成60°角,由靜止釋放,小球到達(dá)最低點時與Q發(fā)生彈性碰撞,碰撞時間為t,速度發(fā)生交換。已知Q離開平板車時速度大小是平板車速度的兩倍,Q與P之間的動摩擦因數(shù)為μ,M:m=4:1,重力加速度為g。求:
(1)小物塊到達(dá)最低點與Q碰撞的平均作用力F是多大?
(2)小物塊Q離開平板車時平板車的速度為多大?
(3)平板車P的長度為多少?
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【題目】如圖所示,光滑的軌道固定在豎直平面內(nèi),其O點左邊為水平軌道,O點右邊的曲面軌道高度h=0.45m,左右兩段軌道在O點平滑連接。質(zhì)量m=0.10kg的小滑塊a由靜止開始從曲面軌道的頂端沿軌道下滑,到達(dá)水平段后與處于靜止?fàn)顟B(tài)的質(zhì)量M=0.30kg的小滑塊b發(fā)生碰撞,碰撞后小滑塊a恰好停止運動。取重力加速度g=10m/s2,求
(1)小滑塊a通過O點時的速度大。
(2)碰撞后小滑塊b的速度大小
(3)碰撞過程中小滑塊a、b組成的系統(tǒng)損失的機械能。
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【題目】讓一小球沿邊長為2m的正方形凹槽軌道勻速滾動,每1s移動1m,初始時刻小球位于圖中某邊的中點A.建立如圖所示的坐標(biāo)系,則下列說法正確的是
A.第1s末的位置坐標(biāo)是(2,2),瞬時速度的大小是1m/s
B.第2s末的位置坐標(biāo)是(1,2),前2s內(nèi)的平均速度大小為m/s
C.第4s末的位置坐標(biāo)是(0,1),前4s內(nèi)的平均速率為0.5m/s
D.第4s末的位置坐標(biāo)是(1,0),前4s內(nèi)的平均速度大小為0.5m/s
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【題目】如圖甲所示,水平面上有A、B兩物體,已知A的質(zhì)量為2kg,A以一定的初速度向右運動,與B發(fā)生正碰后粘在一起向右運動,它們位移一時間圖象如圖乙所示,不計A、B兩物體與地面間的摩擦,則
A. A、B碰撞過程中動量守恒,物體B的質(zhì)量為6kg
B. A、B碰撞過程中,兩物體動量的變化相同
C. A、B碰撞過程中,兩物體組成的系統(tǒng)機械能守恒
D. A、B碰撞過程中,兩物體組成的系統(tǒng)機械能不守恒
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【題目】如圖所示,橫截面為等腰直角三角形的玻璃磚置于水平面上,復(fù)合光a、b垂直AB射入玻璃磚后,在屏幕CD上只收集到a光的亮斑,下列說法正確的是( 。
A. 玻璃對a光的折射率小于對b光的折射率
B. a光和b光由玻璃棱鏡進(jìn)入空氣后頻率都變大
C. 在真空中a光的波長比b光的長
D. a光比b光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象
E. 玻璃對b光的折射率一定等于
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