将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力.图甲中O点为单摆的固定悬点,现将小摆球(可视为质点)拉至 A 点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的

将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力.图甲中O点为单摆的固定悬点,现将小摆球(可视为质点)拉至 A 点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的A、B、C之间来回摆动,其中B点为运动中的最低位置,∠AOB=∠COB=θ,θ小于5°且是未知量.图乙表示由计算机得到的细线对摆球的拉力大小 F 随时间 t 变化的曲线,且图中t=0时刻为摆球从A点开始运动的时刻.试根据力学规律和题中(包括图中)所给的信息求:(g取10m/s2

(1)单摆的振动周期和摆长;
(2)摆球的质量;
(3)摆球运动过程中的最大速度.
物理人气:612 ℃时间:2020-04-14 09:52:43
优质解答
(1)由图1可知周期 T=0.4π s                         
由 T=2π
L
g

有 L=
gT2
4π2

解得:L=0.4 m                                              
(2)在 B 点拉力最大,Fmax=0.510N,有:
Fmax-mg=m
v2
L
          ①
在 A 和 C 点拉力最小:
Fmin=0.495N
有:
Fmin=mgcosθ            ②
从 A 到 B 的过程中摆球的机械能守恒,有:
mgL(1-cosθ)=
1
2
mv2    ③
由①②③式消去cosθ 和 v2,有:
m=
Fmax+2Fmin
3g

代入数据得:m=0.05 kg                                               
(3)由①式解得:
v=0.283 m/s                      
答:(1)单摆的振动周期为0.4π s,摆长为0.4 m;
(2)摆球的质量为0.05 kg;
(3)摆球运动过程中的最大速度为0.283m/s.
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