高中 | 单摆的周期 题目答案及解析

稿件来源:高途

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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

中国杂技表演历史悠久,专业演员需经过专业训练并做好全面的安全防护。已知杂技演员阿科的质量为$m$,当地重力加速度大小为$g$

阿科用手捏住长绸带的一端连续上下抖动,形成一列从左向右传播的简谐横波。某一时刻的波形如图,绸带上$a$$c$两质点处于波峰位置,$b$质点处于波谷位置$(\qquad)$

["

$a$$b$两质点之间的距离为半个波长

","

$a$$b$两质点振动开始时刻相差半个周期

","

$a$质点完成全振动次数比$c$质点少一次

","

再过一个周期$a$质点运动到$c$质点的位置

"]
[["B"]]

$\rm A$.相邻波峰之间的距离为一个比波长,$\rm A$错误;

$\rm B$.由波形图可知$a$质点在波峰时,$b$质点在波谷,波由左向右传播,所以$b$质点比$a$质点晚振动半个周期,$\rm B$正确;

$\rm C$.波是由左向右传播,故$a$质点比$c$质点早振动一个周期,$\rm C$错误;

$\rm D$.波传播的是振动形式,质点不随波传播,只在自己的平衡位置附近上下振动,$\rm D$错误;

故选:$\rm B$

如图,阿科沿竖直平面内圆弧形滑道$ABC$下滑,$B$为轨道最低点。他在$C$点飞出,$D$为空中飞行的最高点。阿科在$A$$D$两点的速率都为$v$$A$$D$两点高度差为$h$。将阿科视作质点,不计空气阻力。阿科(多选)$(\qquad)$

["

$B$点的速率可能等于$v$

","

$C$点的速率一定大于$v$

","

$A$点到$D$点的机械能变化量为零

","

$A$点到$C$点的机械能减小了$mgh$

"]
[["BD"]]

$\rm AB$.由题意可知阿科沿圆弧轨道从$B$$C$运动时,克服摩擦力做功,克服重力做功,故在$B$点的速度大于$C$点的速度,离开$C$点后做斜抛运动,重力做负功,所以在$C$点的速度大于$D$点的速度,$\rm A$错误;$\rm B$正确;

$\rm CD$.从$A$$C$克服摩擦力做功,机械能减少,从$C$$D$,只受重力,机械能守恒,所以在$C$点的机械能等于在$D$点的机械能,因此从$A$$C$机械能的减少量等于从$A$$D$机械能的减少量,阿科在$A$$D$两点的速率都为$v$,所以从$A$$C$机械能减少了$mgh$$\rm C$错误,$\rm D$正确;

故选:$\rm BD$

如图,阿科身系轻质长绳(绳长远大于运动员身高)从舞台一侧由静止出发小角度摆动到等高的另一侧用时为$t$,悬点$O$固定,摆角为$\theta$。估算绳长$L=$                 ,阿科出发时绳上拉力大小$T=$                 ,阿科的加速度大小$a=$                 

[["$\\dfrac{gt^{2}}{\\pi^{2}}$","$mg\\cos \\theta$","$g\\sin \\theta$"]]

由题意可知小球做单摆运动的周期为$2t$,根据单摆周期公式$T=2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$

代入数据可知

绳长为$L=\dfrac{gt^{2}}{\pi^{2}}$

阿科出发时速度为零,此时阿科受重力和沿绳收缩方向的拉力$F$,正交分解由牛顿第二定律可得$F=mg\cos \theta$

$mg\sin \theta=ma$

出发时加速度大小为$a=g\sin \theta$

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