簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有如下特點(diǎn):
①簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體受到回復(fù)力的作用,回復(fù)力F
回的大小與物體偏離平衡位置的位移x成正比,回復(fù)力的方向與物體偏離平衡位置的位移方向相反,即:F
回=-kx,其中k為振動(dòng)系數(shù),其值由振動(dòng)系統(tǒng)決定;
②簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種周期性運(yùn)動(dòng),其周期與振動(dòng)物體的質(zhì)量的平方根成正比,與振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)系數(shù)的平方根成反比,而與振幅無關(guān),即:
。
(1)如圖甲,擺長(zhǎng)為L(zhǎng)、擺球質(zhì)量為m的單擺在AB間做小角度的自由擺動(dòng),當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。
a.當(dāng)擺球運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí),擺角為θ,畫出擺球受力的示意圖,并寫出此時(shí)刻擺球受到的回復(fù)力F
回大小;
b.請(qǐng)結(jié)合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),證明單擺在小角度擺動(dòng)時(shí)周期為
。
(提示:用弧度制表示角度,當(dāng)角θ很小時(shí),sinθ≈θ,θ角對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)與它所對(duì)的弦長(zhǎng)也近似相等)
(2)類比法、等效法等都是研究和學(xué)習(xí)物理過程中常用的重要方法。長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕質(zhì)絕緣細(xì)線下端系著一個(gè)帶電量為+q,質(zhì)量為m的小球。將該裝置處于場(chǎng)強(qiáng)大小為E的豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,如圖乙所示;將細(xì)線上端懸點(diǎn)處固定另一個(gè)帶正電小球,如圖丙所示。帶電小球在乙、丙圖中均做小角度的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)分析求出帶電小球在乙、丙兩圖中振動(dòng)的周期。