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
的
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。
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(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。
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更新时间:2023-08-16 22:28:58
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解答题
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较难
(0.4)
名校
【推荐1】某同学甲设想沿地球直径建设一条隧道,封闭后抽成真空,就可以用运输仓在几乎不消耗能量的情况下把物体从地球的一侧运到另一侧。若地球可看作质量分布均匀的球体,表面重力加速度为g,半径为R,隧道大小远小于地球半径,如图甲所示。运输仓从地球表面隧道口A处由静止释放,C为隧道中的一点,且C到地心O的距离为
。已知:质量为m的物体做简谐运动的回复力为
,其周期为
;均匀球壳对其内部物体引力为0.求:
(1)运输仓经过C点时的加速度大小a;
(2)运输仓经过C点时的速率
及从A第一次到达C所需的时间
;
(3)考虑到未来地球表面环境可能会恶化,为了解决人类生存问题,同学乙设想以AC为直径挖出一个球形空腔(如图乙所示),建立一个超级地下城。将一物体从A由静止释放,求物体运动到C的速率
及所需的时间
各为多少?
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(1)运输仓经过C点时的加速度大小a;
(2)运输仓经过C点时的速率
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(3)考虑到未来地球表面环境可能会恶化,为了解决人类生存问题,同学乙设想以AC为直径挖出一个球形空腔(如图乙所示),建立一个超级地下城。将一物体从A由静止释放,求物体运动到C的速率
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较难
(0.4)
【推荐2】如图所示,质量为M、倾角为
的斜面体(斜面光滑且足够长)放在粗糙的电梯轿厢中,底部与电梯地面的动摩擦因数为
,斜面顶端与劲度系数为k、自然长度为L的轻质弹簧相连,弹簧的另一端连接着质量为m的物块。已知重力加速度为g,物块在运动的过程中,弹簧始终在弹性限度内,斜面体始终与电梯轿厢保持相对静止状态。
(1)若电梯静止,求物块处于平衡位置时弹簧的伸长量;
(2)若电梯匀速上升,压缩弹簧使其长度为
时将物块由静止开始释放,求弹簧的最大伸长量;
(3)若初始时电梯静止,物体处于平衡位置。此后电梯以
的加速度匀加速上升足够长时间,求:
①当电梯刚开始匀加速上升瞬间,斜面对物块的支持力大小;
②假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为使斜面体始终处于静止状态,动摩擦因数
应满足的条件。
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1100379a4385b9ce064847bc21760adc.png)
(1)若电梯静止,求物块处于平衡位置时弹簧的伸长量;
(2)若电梯匀速上升,压缩弹簧使其长度为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e06b57c8e4d8f067df4eb02560b30115.png)
(3)若初始时电梯静止,物体处于平衡位置。此后电梯以
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/63c67ad6fe6a2b75b50133b43c304068.png)
①当电梯刚开始匀加速上升瞬间,斜面对物块的支持力大小;
②假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为使斜面体始终处于静止状态,动摩擦因数
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较难
(0.4)
【推荐3】弹簧振子
弹簧振子是一种典型的振动,它的这种振动可以称为简谐运动。简谐运动是最简单、最基本的振动。一切复杂的周期运性振动都可以看作不同的简谐运动的合成。请根据简谐运动的相关规律回答以下问题:
1.根据图中各图像可以判断出物体可能做简谐运动的是( )
2.一个弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动,其中有两个时刻弹簧振子的弹力大小相等,但方向相反,则这两个时刻振子的( )
3.如图所示是某弹簧振子做简谐运动的图像,该振子
内通过的路程为__________
,该振子的振动方程(质点偏离平衡位置的位移与时间的关系)为_________________________ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/11/20/1442db22-1f2c-4d41-bbe3-4af51a4252fd.png?resizew=178)
4.如图甲所示,轻弹簧上端固定,下端系一质量为
的小球,小球静止时弹簧伸长量为
。现使小球在竖直方向上做简谐运动,从小球在最低点释放时开始计时,小球相对平衡位置的位移
随时间
变化的规律如图乙所示,重力加速度
取
。下列说法正确的是( )
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/11/20/05ace910-adf8-46ea-a0d2-703509d09bba.png?resizew=226)
5.如图所示,一质点做简谐运动,
点为平衡位置,质点先后以相同的速度依次通过
、
两点,历时
,质点通过
点后再经过
又第2次通过
点,在这
内质点通过的总路程为
,则质点的振幅为__________
,质点从第2次通过
点到第3次通过
点需时间__________
。
弹簧振子是一种典型的振动,它的这种振动可以称为简谐运动。简谐运动是最简单、最基本的振动。一切复杂的周期运性振动都可以看作不同的简谐运动的合成。请根据简谐运动的相关规律回答以下问题:
1.根据图中各图像可以判断出物体可能做简谐运动的是( )
![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
①弹簧振子的振动图象 | ②地震曲线 | ③用传感器和计算机描绘的滑块的![]() | ④心电图 |
A.①② | B.③④ | C.①③ | D.②④ |
A.速度一定大小相等,方向相反 |
B.加速度一定大小相等,方向相反 |
C.位移一定大小相等,但方向不一定相反 |
D.以上三项都不一定大小相等方向相反 |
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/62669f9901673584e4cc75f9a22312b5.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9efa9fbcfb9595e2f031aa691db4564b.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/11/20/1442db22-1f2c-4d41-bbe3-4af51a4252fd.png?resizew=178)
4.如图甲所示,轻弹簧上端固定,下端系一质量为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/5791b88f5448708771f5c2d265c3c197.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/cdb26c5cdef6f16f4b39cd091041b439.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d053b14c8588eee2acbbe44fc37a6886.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/36a1b09c653185842513e24ebba60bb3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/276509f01529d982ab21e479a4619268.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/799edf593e3ba2b2372a83d9782be3a2.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/11/20/05ace910-adf8-46ea-a0d2-703509d09bba.png?resizew=226)
A.弹簧的劲度系数为![]() |
B.此题选取竖直向上为正方向 |
C.小球运动到最高点时弹簧弹力为0 |
D.![]() ![]() |
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1dde8112e8eb968fd042418dd632759e.png)
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较难
(0.4)
名校
解题方法
【推荐1】如图所示,一劲度系数为k的轻弹簧的上端固定,下端与小球相连接,小球的质量为m,小球静止于O点.现将小球拉到O点下方距离为A的位置,由静止释放,此后运动过程中始终未超过弹簧的弹性限度.规定平衡位置处为重力势能和弹簧弹性势能的零点.以平衡位置O为坐标原点建立如图所示的竖直向下的一维坐标系Ox.忽略空气阻力的影响.
(1)从运动与相互作用观点出发,解决以下问题:
a.求小球处于平衡状态时弹簧相对原长的伸长量s;
b.证明小球做简谐运动;
(2)从教科书中我们明白了由v﹣t图象求直线运动位移的思想和方法;从机械能的学习,我们理解了重力做功的特点并进而引入重力势能,由此可以得到重力做功与重力势能变化量之间的关系.图象法和比较法是研究物理问题的重要方法,请你借鉴此方法,从功与能量的观点出发,解决以下问题:
a.小球运动过程中,小球相对平衡位置的位移为x时,证明系统具有的重力势能
和弹性势能
的总和Ep的表达式为
;
b.求小球在振动过程中,运动到平衡位置O点下方距离为
时的动能Ek.并根据小球运动过程中速度v与相对平衡位置的位移x的关系式,画出小球运动的全过程中速度随振动位移变化的v﹣x图象.
(1)从运动与相互作用观点出发,解决以下问题:
a.求小球处于平衡状态时弹簧相对原长的伸长量s;
b.证明小球做简谐运动;
(2)从教科书中我们明白了由v﹣t图象求直线运动位移的思想和方法;从机械能的学习,我们理解了重力做功的特点并进而引入重力势能,由此可以得到重力做功与重力势能变化量之间的关系.图象法和比较法是研究物理问题的重要方法,请你借鉴此方法,从功与能量的观点出发,解决以下问题:
a.小球运动过程中,小球相对平衡位置的位移为x时,证明系统具有的重力势能
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b.求小球在振动过程中,运动到平衡位置O点下方距离为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1d88c7cea23a2889664b3207f6f7b116.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/6/5/2218927456362496/2223426253176832/STEM/c77602a1-5198-409a-a7d0-57ecbd2c4172.png?resizew=63)
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解答题
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较难
(0.4)
名校
【推荐2】如图所示,倾角为30°的光滑斜面固定在水平地面上,劲度系数为k的轻弹簧一端固定在斜面底端,另一端与小球A栓接。一开始球A用细线跨过光滑的定滑轮连接球B,球A静止在O点,A、B两球质量均为m。现用外力缓慢压球A至弹簧原长后释放,在球A运动至最高点时细线断裂,弹簧振子振动周期
,重力加速度为g,求:
(1)细线断裂时的张力T。
(2)从细线断后开始计时,求小球A第一次返回O点所用的时间及到达O点时的速度大小。
(3)若在线断时,小球B距离地面的高度为h,恰好此时在小球B正上方4h处静止释放一个小球C,质量为
,已知两球在空中发生碰撞,小球C被反弹,从碰撞点算小球C上升的最大高度为h,所有碰撞均为弹性碰撞,求n的值。
(4)若在线断瞬间,于小球B顶部紧挨球B静止释放一个小球D,质量为
,(不计释放时球B球D之间的相互作用),让B、D两球一起从地面高h处下落,并撞击地面。发现小球D反弹高度超过h,所有碰撞均为弹性碰撞,试求此情况下,小球D反弹的高度。
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(1)细线断裂时的张力T。
(2)从细线断后开始计时,求小球A第一次返回O点所用的时间及到达O点时的速度大小。
(3)若在线断时,小球B距离地面的高度为h,恰好此时在小球B正上方4h处静止释放一个小球C,质量为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/6fe9626eb7ca7bb8147eaf7ed66b115d.png)
(4)若在线断瞬间,于小球B顶部紧挨球B静止释放一个小球D,质量为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/76058a23db1e02787bbeab9ee57fc7fc.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/6/7/2bda6ef1-a4ea-440e-b470-d557847153d5.png?resizew=261)
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|
较难
(0.4)
名校
【推荐3】如图所示,倾角为θ、长度有限的光滑斜面固定在水平面上,一根劲度系数为k的轻质弹簧下端固定于斜面底部,上端压一个质量为m的小物块a,a与弹簧间不拴接,开始时a处于静止状态。现有另一个质量为2m的小物块b从斜面上距离a为l处由静止释放,与a发生正碰后立即粘在一起成为组合体c(两物块均可视为质点)。已知弹簧的弹性势能与其形变量x的关系为
,重力加速度为g,弹簧始终未超出弹性限度(已知所有简谐运动都满足
,其中x表示简谐运动的位移,A表示简谐运动的振幅)。求:
(1)物块b与a碰后粘为组合体c的过程中损失的机械能;
(2)弹簧的最大压缩量;
(3)为保证组合体c能够做完整的简谐运动,物块b释放时与a的最大距离。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7bdb8126d7c8480b83e411d7ca2b38f9.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/151d31a1fba998a6236414aabaa73324.png)
(1)物块b与a碰后粘为组合体c的过程中损失的机械能;
(2)弹簧的最大压缩量;
(3)为保证组合体c能够做完整的简谐运动,物块b释放时与a的最大距离。
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较难
(0.4)
名校
【推荐1】如图所示,一条带有圆轨道的长轨道水平固定,圆轨道竖直底端分别与两侧的直轨道相切,半径R=0.5m.物块A以某一速度滑入圆轨道,滑过最高点Q,再沿圆轨道滑出后,与直轨道上P处静止的物块B发生弹性碰撞,P点左侧轨道光滑,右侧轨道呈粗糙段、光滑段交替排列,每段长度都为L=0.1m,物块与各粗糙段间的动摩擦因数都为μ=0.5,A、B的质量均为m=1kg(重力加速度g取10m/s2;A、B视为质点,碰撞时间极短,有阴影的地方代表粗糙段),碰后B最终停止在第100个粗糙段的末端.求:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/1/5/2112065093017600/2113575787257856/STEM/bb433e21-cfef-4723-8087-3cbc4bb25e9b.png?resizew=426)
(1)A刚滑入圆轨道时的速度大小v0;
(2)A滑过Q点时受到的弹力大小F;
(3)碰后B滑至第n个(n<100)光滑段上的速度vn与n的关系式.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/1/5/2112065093017600/2113575787257856/STEM/bb433e21-cfef-4723-8087-3cbc4bb25e9b.png?resizew=426)
(1)A刚滑入圆轨道时的速度大小v0;
(2)A滑过Q点时受到的弹力大小F;
(3)碰后B滑至第n个(n<100)光滑段上的速度vn与n的关系式.
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(0.4)
名校
【推荐2】如图所示:质量为M=0.8kg的小车有半径R=1m的1/4光滑圆轨道BC和长为0.5m的水平轨道AB,小车静止于光滑的水平面上,质量为m=0.2kg的小物块(可看成质点)以水平向右的初速度v0在A点滑上小车.已知物块与小车的水平面间的动摩擦因数为
=0.5,g=10m/s2.求:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2017/6/1/1699660103991296/1748322980700160/STEM/bc1867e5-f460-48c0-bad0-1394172a1e9d.png)
(l)若小车固定,物块刚好滑到小车上的C点,则物块的初速度v0多大?
(2)若小车自由,物块仍以v0滑上小车,物块相对水平面AB所能到达的最大高度是多少?
(3)在(2)的情况下,分析说明,物块最终能否停在小车上,若能确定位置,若不能,求出两者分离时的速度.(取
)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1100379a4385b9ce064847bc21760adc.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2017/6/1/1699660103991296/1748322980700160/STEM/bc1867e5-f460-48c0-bad0-1394172a1e9d.png)
(l)若小车固定,物块刚好滑到小车上的C点,则物块的初速度v0多大?
(2)若小车自由,物块仍以v0滑上小车,物块相对水平面AB所能到达的最大高度是多少?
(3)在(2)的情况下,分析说明,物块最终能否停在小车上,若能确定位置,若不能,求出两者分离时的速度.(取
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较难
(0.4)
【推荐3】如图所示,传送带与水平方向成
角,顺时针匀速转动的速度大小为
,传送带长
,光滑水平面上有一块木板,其上表面粗糙,且与传送带底端B以及右侧固定半圆形轨道槽的最低点C等高,槽的半径
。质量为
的物块(可视为质点)由某高度水平抛出,初速度
,自A端无碰撞地滑上传送带,在底端B滑上紧靠传送带上表面的静止木板,木板质量为
,不考虑物块冲上木板时碰撞带来的机械能损失,物块滑至木板右端时,木板恰好撞上半圆槽,木板瞬间停止运动,物块进入槽内且恰好能经过最高点D。已知物块与传送带间的动摩擦因数为
,物块与木板间的动摩擦因数为
。取重力加速度
,
,
,求:
(1)物块刚冲上传送带时速度和加速度的大小;
(2)物块从抛出至运动到B点经历的时间;
(3)木板的长度L。
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(1)物块刚冲上传送带时速度和加速度的大小;
(2)物块从抛出至运动到B点经历的时间;
(3)木板的长度L。
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