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 > 简谐运动的定义和描述 > 简谐运动的回复力
题型:解答题 难度:0.65 引用次数:629 题号:5158647
如图所示,质量为M、倾角为α的斜面体(斜面光滑且足够长)放在粗糙的水平地面上,底部与地面的动摩擦因数为μ,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。压缩弹簧使其长度为时将物块由静止开始释放,且物块在以后的运动中,斜面体始终处于静止状态。重力加速度为g
(1)求物块处于平衡位置时弹簧的长度;
(2)选物块的平衡位置为坐标原点,沿斜面向下为正方向建立坐标轴,用x表示物块相对于平衡位置的位移,证明物块做简谐运动;
(3)求弹簧的最大伸长量。
【知识点】 简谐运动的回复力

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【推荐1】单摆是我们研究简谐振动中常用的模型,已知某单摆的小球质量为,摆长为,当地重力加速度为,尝试回答下述问题:
(1)在角很小时,(其中为小球位移),由此写出单摆回复力与位移的关系式,并说明为何单摆可视为简谐振动。
(2)简谐运动的周期公式为(其中是力与位移的比例系数),结合上一问推导出单摆的周期公式。
(3)一位同学测量多组数据后画出周期平方摆长()的图像见乙图,若该直线的斜率为,写出该同学所测重力加速度的表达式(包含)。
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【推荐2】如图所示,装有砂粒的试管竖直浮于水面上静止。将试管竖直提起少许后由静止释放,可以观察到试管上下振动。试判断这种振动是否为简谐运动,表述论证的思路。
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【推荐3】物理学中,力与运动关系密切,而力的空间累积效果——做功,又是能量转化的量度。因此我们研究某些运动时,可以先分析研究对象的受力特点,进而分析其能量问题。已知重力加速度为g,且在下列情境中,均不计空气阻力。
(1)劲度系数为k的轻质弹簧上端固定,下端连一可视为质点的小物块,若以小物块的平衡位置为坐标原点O,以竖直向下为正方向建立坐标轴,如图所示,用x表示小物块由平衡位置向下发生的位移。
a.求小物块的合力Fx的关系式,并据此证明小物块的运动是简谐运动;
b.系统的总势能为重力势能与弹性势能之和。请你结合小物块的受力特点和求解变力功的基本方法,以平衡位置为系统总势能的零势能参考点,推导小物块振动位移为x时系统总势能的表达式。
(2)若已知此简谐运动的振幅为A,求小物块在振动位移为时的动能(用Ak表示)
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