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在光滑水平桌面上有弹簧振子,弹簧的劲度系数为K,开始时振子被拉到O的右侧A处此拉力大小为F

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解决时间 2021-02-02 16:56
在光滑水平桌面上有弹簧振子,弹簧的劲度系数为K,开始时振子被拉到O的右侧A处此拉力大小为F然后轻轻释放振子振子从初速为0的状态开始向左运动,第一次到达平衡位置0处,此时振子速度为V,则这个过程中,平均速度为什么大于V/2?
最佳答案
匀加速运动时,若物体初始静止,过段时间速度为V,则过程中,平均速度为V/2
而该问题中弹簧振子做的是变加速运动,而且是加速度逐渐变小的加速运动。该过程中,平均速度应该小于V/2,而不是大于V/2。
全部回答
根据胡克定律,振子被拉到平衡位置o的右侧a处,此时拉力大小为f,则oa的位移x= f k , 由于经过时间t后第一次到达平衡位置o处,所以这个过程中平均速度 . v = x t = f kt ; 故答案为: f kt .
本题可以用图像来解决,可以近似画出v-t图像,是向上凸起的曲线(以v为y轴,t为x轴),因为振子受到的弹簧的弹力变小(形变量减小),根据牛顿第二定律可知,加速度a也减小,表现在v-t图像中就是图像的斜率逐渐减小(v-t图像中斜率代表加速度)。 而如果是匀变速直线运动的话,应该是一条直线。对于匀变速直线运动来说,平均速度=(v初+v末)/2=v/2.。但是对于题目中弹簧振子的运动,却不是这样了,这时,我们从图像中可以看出,弹簧振子的位移明显要大于匀变速直线运动的位移(图线与时间轴所包围的面积就是位移),所以由平均速度=位移/时间,可知弹簧振子的平均速度要大于匀变速直线运动的v/2
弹簧的劲度系数为K,设振幅:A,振子质量m,最大速度V 周期T=2π√m/K,由A到O平均速度:V平=A/(T/4)=(2/π)A√K/m 振子能量:(1/2)KA^2=(1/2)mV^2→V=A√K/m→V/2=(1/2)A√K/m 2/π>1/2→V平>V/2
弹簧振子周期公式:T=2π(m/k)^(1/2)     弹簧振子弹性势能公式:Ep=1/2KX²
  • A处到平衡位置O,弹性势能转化为动能:                      Ep=1/2KX²=1/2mV²     V=X (K/m)^½
  • A处到平衡位置O,时间为四分之一周期即1/4T,平均速度为:                     V(平)=X/(1/4T)=2X/π (K/m)^½=0.64X (K/m)^½ > V/2
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