组卷网 > 高中物理综合库 > 力学 > 机械振动与机械波 > 机械振动 > 简谐运动 > 简谐运动的弹簧振子模型 > 弹簧振子运动时能量的转化
题型:解答题 难度:0.4 引用次数:2021 题号:15430810
类比是研究问题的常用方法。
(1)情境1:如图1所示,弹簧振子的平衡位置为O点,在BC两点之间做简谐运动,小球相对平衡位置的位移x随时间t的变化规律可用方程描述,其中xm为小球相对平衡位置O时的最大位移,m为小球的质量,k为弹簧的劲度系数。请在图2中画出弹簧的弹力F随位移x变化的示意图,并借助F-x图像证明弹簧的弹性势能
(2)情境2:如图3所示,把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关连成电路。先把开关置于电源一侧,为电容器充电,稍后再把开关置于线圈一侧,组成LC振荡电路,同时发现电容器极板上电荷量q随时间t的变化规律与情境1中小球位移x随时间t的变化规律类似。已知电源的电动势为E,电容器的电容为C,线圈的自感系数为L
a、类比情境1,证明电容器的电场能
b、类比情境1和情境2,完成下表。
情境1情境2
小球的位移
线圈的磁场能
i为线圈中电流的瞬时值)

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解答题 | 较难 (0.4)
【推荐1】弹簧振子的运动是简谐运动的典型代表。如图所示,一竖直光滑的管内有一劲度系数为的轻弹簧,弹簧下端固定于地面,上端与一质量为的小球A相连,小球A静止时所在位置为。另一质量也为的小球B从距A球为点由静止开始下落,与A球发生碰撞(时间极短)后黏连在一起,开始向下做简谐运动。小球AB第一次到达最低点(图中未标出)所用的时间为。两球均可视为质点,在运动过程中,弹簧的形变在弹性限度内,当其形变量为时,弹性势能为。已知,重力加速度为。求:
(1)B与A碰撞后瞬间一起向下运动的速度;
(2)小球AB一起做简谐运动的振幅。
   
2023-08-16更新 | 641次组卷
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【推荐2】简谐运动是我们研究过的一种典型运动形式。
(1)如图1所示,将两个劲度系数分别为k1k2的轻质弹簧套在光滑的水平杆上,弹簧的两端固定,中间接一质量为m的小球,此时两弹簧均处于原长。现将小球沿杆拉开一段距离后松开,小球以O为平衡位置往复运动。请你结合回复力的知识证明,小球所做的运动是简谐运动。
(2)做简谐运动的质点,其运动速度v与其偏离平衡位置的位移x之间的关系可以表示为,其中v0为振动质点通过平衡位置时的瞬时速度,c为由系统本身和初始条件所决定的不变的常数。将图1中质量为m的小球视为质点,两个轻质弹簧的劲度系数分别为k1k2,小球通过平衡位置O时的速度大小为v0。设小球振动位移为x时的速度为v,请你应用能量的知识证明小球的运动满足的关系,并说明常数c与哪些物理量有关。
(提示:弹簧的弹性势能可以表达为,其中k是弹簧的劲度系数,x是弹簧的形变量)
(3)如图2所示,一质点以大小为v0的线速度绕O点做匀速圆周运动,半径为R0,请根据运动学知识以并结合第(2)问中的信息分析证明:做匀速圆周运动的质点在圆的直径上的分运动是简谐运动。

   

2023-06-13更新 | 949次组卷
解答题 | 较难 (0.4)
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【推荐3】机械能包括动能、重力势能和弹性势能,如图所示的实验装置中,力传感器一端固定在固定铁架台的横梁上,另一端与轻弹簧相连,轻弹簧下端悬挂重物,把重物向下拉开适当距离由静止释放,使其在竖直方向上下运动,弹簧不超过弹性限度,不计空气阻力。实验测得的弹力大小随时间变化规律如图所示,最大拉力为Fm,最小拉力为0,周期为2T。已知重力加速度g
(1)求重物的质量m
(2)以运动过程的最低点为重力势能零点,定性作出重力势能随时间变化的图线;
(3)定性作出重物的动能随时间变化的图线;

2020-07-01更新 | 1137次组卷
共计 平均难度:一般