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高中物理竞赛典型例题精讲——斜面弹簧振子运动方程

时间:2020-10-04 16:28:34

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高中物理竞赛典型例题精讲——斜面弹簧振子运动方程

05-01-05_斜面弹簧振子运动方程

本期高中物理竞赛试题,我们共同来研究一下斜面的弹簧振子振动方程的问题,其实这个问题属于弹簧振子的基础问题,下面的解题过程和最后的结论都是需要同学们熟记的内容之一,在今后的解题过程中,类似于本期题目的结论和过程小编将直接当作已知条件来使用,也就是说本期题目并不是高中物理竞赛试题的难度,而是高中物理竞赛试题的基础知识,相当于给同学们补充一点儿基础的特殊弹簧振子振动方程。

对于本期题目,小编还是希望同学们能够自己先做一下这个题目,用自己的思路完成这个题目的解答后,再看小编给出的解题步骤和答案,并研究一下你的思路与小编给出思路的不同之处,当然并不是与小编给出的答案过程不同就一定是错误的,只要是最终得到的答案相同,解题过程中没有知识性和逻辑性的错误,都是正确答案,此处让同学们自己做一下的主要目的其实也是为了加强记忆,特别是记住此类情况下简谐振动方程和周期的表达式。

试题预览

如图1所示,在倾角为 θ 的光滑斜面上放置一质量为 m 的重物,重物与一轻质弹簧相连,弹簧的另一端固定在斜面上,弹簧的劲度系数为 k ,将重物从其平衡位置 O 点沿斜面拉长距离 l ,然后由静止释放

(1) 试证明释放以后,重物做简谐振动(2) 写出重物的振动周期以及释放时刻为零时刻的振动方程。解题步骤

方法分析

通过上面小编给出的解题步骤,同学们应该不难发现,在最近的几期题目的解题方法上都是很类似的,在解题的主要步骤上,都是先确定振动过程的平衡位置,并根据平衡位置的受力情况,得到相应的平衡位置的形变量,然后再进一步考虑振动过程中,任意位置的受力情况,并根据其相对于平衡位置的位移大小,进一步得到任意点的受力情况,并通过简单的代数过程,就能够得到力与相对于平衡位置位移的关系,通过这个关系就能够说明运动的过程属于简谐振动,并能够通过简谐振动的方程和振动周期类比的得到特殊情况下的运动方程和周期。

当然了,对于本期题目而言,由于其受力方程与弹簧振子的受力方程完全相同,因此其运动过程中振动方程和周期也与弹簧振子的运动方程和周期完全相同,这就简化了题目中后面的解题过程,直接通过类比得到了斜面上弹簧振子的运动方程。

然而,对于本期题目而言,从问题的角度上看,题目中非常明确地给出了运动过程的有效提示,那就是简谐振动,问题的第一问就让证明为简谐振动,这样一来,也就让同学们有了入手的点,很快的就能定位到具体应用的知识点和解决问题的方法,但是如果题目中并没有出现这样明显的提示性的信息的时候,就需要同学们有相应的经验,能够快速判断出,这类运动的类型,从而解决问题,从下一期内容开始,小编将着重找几个没有提示信息的题目,让同学们认识一下,除了有非常明显的弹簧、单摆之类的提示物或提示信息的情况下,哪些情况下的运动仍旧是简谐振动。

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