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对A球,它做自由落体运动,自h高度下落至O点
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【错解】 对B球,可视为单摆,延用单摆周期公式可求B球到达O点的时间:
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例3 如图6-1所示,光滑圆弧轨道的半径为R,圆弧底部中点为O,两个相同的小球分别在O正上方h处的A点和离O很近的轨道B点,现同时释放两球,使两球正好在O点相碰。问h应为多高?
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的重力势能也不变。但是由于第二次摆的质量增大了(实际上单摆已经变成另一个摆动过程了),势能EP=mgh不变,m大了,h就一定变小了,也就是说,振幅减小了。因此正确答案应选B。
【评析】 本题的分析解答提醒我们,一是考虑要全面,本题中m,v两因素的变化对确定的单摆振动究竟会产生怎样的影响,要进行全面分析;二是分析问题要有充分的理论依据,如本题中决定单摆振动的频率
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单摆的周期与质量无关,与单摆的运动速度也无关。当然,频率也与质量和速度无关,所以不能选C,D。
(2)决定振幅的是外来因素。反映在单摆的运动中,可以从能量去观察,从上面分析我们知道,在平衡位置(即最低点)时的动能EK
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而振幅与质量、速度无关(由上述理由可知)所以振幅不变,应选C。
错解三:认为频率要改变,理由同错解二。而关于振幅的改变与否,除了错解一中所示理由外,即总能量不变,而因为重力势能EP=mgh,EP不变,m变为原来的4倍,h一定变小了,即上摆到最高点的高度下降了,所以振幅要改变,应选D。
【错解原因】 此题主要考查决定单摆频率(周期)和振幅的是什么因素,而题中提供了两个变化因素,即质量和最大速度,到底频率和振幅与这两个因素有没有关系。若有关系,有什么关系,是应该弄清楚的。
而错解二和错解三中都认为频率不变,这是因为为不清楚决定单摆的因素是摆长l和当地重力加速度g,而与摆球质量及运动到最低点的速度无关。
错解二中关于频率不变的判断是正确的,错误出现在后半句的结论上。判断只从能量不变去看,当E总不变时,EP=mgh,m变大了,h一定变小。说明有些同学考虑问题还是不够全面。
【分析解答】 (1)实际上,通过实验我们已经了解到,决定单
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变(指平衡位置动能也就是最大动能),由机械能守恒可知,势能也不变。所以振幅也不变,应选A。
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