等效重力加速度单摆:

该类单摆的等效重力加速度g′≠g,但摆长仍为悬点到球心的距离。等效重力加速度g′与单摆所在的空间位置、单摆系统的运动状态和单摆所处的物理环境有关。

(1)公式中的g′由单摆所在的空间位置决定,由g′=G知,g′随地球表面不同位置、不同高度而变化,在不同星球上也不相同,因此应求出单摆所在处的等效值g′代入公式,即g不一定等于9.8m/s2

[例题]有人利用安装在气球载人舱内的单摆来确定气球的高度。已知该单摆在海平面处的周期为T0,当气球停在某一高度时,测得该气球的周期为T。求该气球此时离海平面的高度h。地球半径为R。

解析:根据单摆的周期公式可知:(其中l为摆长,g0和g分别是两地的重力加速度);根据万有引力与重力的关系公式可知:(其中G是引力常量,M是地球的质量)由以上各式解得:

(2)g′由单摆系统的运动状态决定,“等效重力加速度”等于摆球处于平衡位置不振动时,等效摆长“绳子”上拉力对摆球产生的加速度。具体求法:等效重力加速度g′等于摆球相对系统静止在平衡位置时摆线的张力(视重)T与摆球质量m的比值,即g′=

例:某人利用单摆来确定某高山的高度。已知单摆在海面处的周期是T0。而在该高山上,测得该单摆周期为T。求此高山离海平面高度h为多少?(把地球看作质量均匀分布的半径为R的球体)

解析:根据单摆周期公式有:

由万有引力公式得:

联立解得:

第一节  机械振动

考点知识梳理

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