如图为同一实验室中的两个单摆的振动图象

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  • 解题思路:(1)根据振动图象读出甲第一次到达右方最大位移时乙的位移,即可知道乙的位置和运动方向.(2)由图读出周期关系,由单摆周期公式T=2πLg,求解摆长之比.(3)根据万有引力等于重力,列式得到g与高度的关系,结合单摆周期公式求解.

    (1)由图知从t=0时刻起,甲第一次到达右方最大位移时,乙的位移为0,则乙正经过平衡位置,此后位移为负值,则知乙将向左运动.

    (2)由图知两个单摆的周期相同,由单摆周期公式T=2π

    L

    g,得甲乙摆长之比为1:1.

    (3)根据物体的重力等于万有引力,则有:G[Mm

    r2=mg

    则得:g=

    GM

    r2

    则得:T=2π

    L/g]=2π

    Lr2

    GM=2πr

    L

    GM ①

    式中M是地球的质量,L是单摆的摆长,r是物体到地心的距离.

    由题,当第一个单摆振动N次的时候,第二个单摆振动N-1次.则两个单摆的周期之比为:

    T1:T2=(N-1):N ②

    由①得:

    T1

    T2=[R/R+h] ③

    联立②③得:[R/R+h]=[N−1/N]

    解得:h=[R/N−1]

    答:

    (1)从t=0时刻起,甲第一次到达右方最大位移时,乙振动到了平衡位置,向左运动.

    (2)图中的甲、乙两个单摆的摆长之比是1:1.

    (3)乙离地面的高度是[R/N−1].

    点评:

    本题考点: 波长、频率和波速的关系;横波的图象.

    考点点评: 本题是单摆周期公式与万有引力的综合应用,它们之间联系的纽带是重力加速度g.根据重力等于万有引力,得到g=GMr2,常常称为黄金代换式,要会推导.