高中 | 单摆的周期 题目答案及解析

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选修3-4

第十一章 机械振动

11.4 单摆

单摆的周期

如图所示,在$O$点用长为$L$的细绳系着一小球,$O$点正下方$A$点处有一固定的光滑钉子,$AC=\dfrac{1}{4}L$。小球在$B$点由静止释放,运动至右侧最高点$C$点的时间为$t$$AC$与竖直方向夹角足够小,重力加速度为$g$,不计空气阻力,则$t$可能等于$(\qquad)$

["

$3\\pi\\sqrt{\\dfrac{L}{g}}$

","

$\\dfrac{3\\pi}{2}\\sqrt{\\dfrac{L}{g}}$

","

$\\dfrac{15\\pi}{4}\\sqrt{\\dfrac{L}{g}}$

","

$\\dfrac{15\\pi}{8}\\sqrt{\\dfrac{L}{g}}$

"]
[["C"]]

小球摆动过程的摆长为$L$时,其周期为$T_{1}=2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

小球摆长为$\dfrac{L}{g}$时,其周期为$T_{2}=2\pi\sqrt{\dfrac{L}{4g}}=\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

小球在$B$点由静止释放,摆动的周期为$T=\dfrac{1}{2}T_{1}+\dfrac{1}{2}T_{2}=\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}+\dfrac{\pi}{2}\sqrt{\dfrac{L}{g}}=\dfrac{3\pi}{2}\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

小球在$B$点由静止释放,第一次运动至右侧最高点$C$点的时间为$t_{1}=\dfrac{1}{2}T=\dfrac{3\pi}{4}\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

小球在$B$点由静止释放,运动至右侧最高点$C$点的时间为

$t=nT+t_{1}=\dfrac{3\pi n}{2}\sqrt{\dfrac{L}{g}}+\dfrac{3\pi}{4}\sqrt{\dfrac{L}{g}}$ $(n=0,1,2,3,⋯)$

$n=0$$t=\dfrac{3\pi}{4}\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

$n=1$$t=\dfrac{9\pi}{4}\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

$n=2$$t=\dfrac{15\pi}{4}\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

$\rm ABD$错误,$\rm C$正确。

故选:$\rm C$

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