题目内容
(16分)如图(a)所示,一只昆虫水平飞向一个原来静止悬挂着的单摆,并抱住摆球,结果使单摆做简谐运动,其振动图象如图(b)所示,已知摆球的质量是昆虫质量的5倍,求:昆虫飞来时速度的大小。
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解析:
设昆虫的质量是m,则单摆的质量为5m,昆虫飞来时速度为v0,昆虫抱住摆球一起摆动时的初速度为u。
昆虫飞来并抱住摆球,此过程摆球、昆虫水平方向上动量守恒有,
mv0=(5m+m)u ①(3分)
昆虫与摆球以共同速度u摆到最大高度h,机械能守恒,得
6mu2=6mgh ②(3分)
由振动图象及单摆周期公式知![]()
所以
m ③(3分)
画出位置示意图如图所示,由图中可知,根据相似三角形得,
。
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因从图象上可以看出昆虫和摆球一起振动的过程中振幅为10cm,
所以a=10cm.
即
m ④(3分)
由①②式得,v0=6u=6![]()
将④式代入得,
m/s. (4分)
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