题目内容

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=α,α小于10°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时刻为滑块从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10 m/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.

(1)T=0.4π s  l=0.4 m  (2)m=0.05 kg  (3)vmax=0.283 m/s

解析:(1)由题图可知T=0.4π s,由T=2π得:l==0.4 m.

(2)在B点拉力的最大值为Fmax=0.510 N,Fmax-mg=;在A、C两点Fmin=0.495 N,Fmin=mgcosα.由A到B机械能守恒,即mgl(1-cosα)=mv2,解得m=0.05 kg.

(3)vmax=0.283 m/s.

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