简答题

装置如图所示,轻弹簧一端固定,另一端与物体m间用细绳相连,细绳跨于桌边定滑轮M上,m悬于细绳下端.已知弹簧的倔强系数为k=50N·m-1,滑轮的转动惯量J=0.02kg·m2,半径R=0.2m,物体质量为m=1.5kg,取g=10m·s-2.  (1)试求这一系统静止时弹簧的伸长量和绳的张力;  (2)将物体m用手托起0.15m,再突然放手,任物体m下落而整个系统进入振动状态,设绳子长度一定,绳子与滑轮间不打滑,滑轮轴承无摩擦,试证物体m是做简谐振动;  (3)确定物体m的振动周期;  (4)取物体m的平衡位置为原点,OX轴竖直向下,设振物体m相对于平衡位置的位移为x,写出振动方程.

正确答案

(1)在平衡时,绳子的张力等于物体的重力T=G=mg=15(N).
这也是对弹簧的拉力,所以弹簧的伸长为:xo=mg/k=0.3(m).
(2)以物体平衡位置为原点,取向下的方向为正,当物体下落x时,弹簧拉长为xo+x,因此水平绳子的张力为:T1=k(xo+x).设竖直绳子的张力为T2,对定滑轮可列转动方程:T2R–T1R=Jβ,其中β是角加速度,与线加速度的关系是:β=a/R.
对于物体也可列方程:mg-T2=ma.转动方程化为:T2–k(xo+x)=aJ/R2,与物体平动方程相加并利用平衡条件得:a(m+J/R2)=–kx,

答案解析

相似试题
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  • 定滑轮半径为R,转动惯量为J,轻绳绕过滑轮,一端与固定的轻弹簧连接,弹簧的倔强系数为K;另一端挂一质量为m的物体,如图。现将m从平衡位置向下拉一微小距离后放手,试证物体作简谐振动,并求其振动周期。(设绳与滑轮间无滑动,轴的摩擦及空气阻力忽略不计)。

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  • 一个轻质弹簧的倔强系数为k=2.0N·m-1。它的一端固定,另一端通过一条细线绕过定滑轮和一个质量为m1=80g的物体相连,如图所示。定滑轮可看作均匀圆盘,它的半径为r=0.05m,质量为m=100g。先用手托住物体m1,使弹簧处于其自然长度,然后松手。求物体m1下降h=0.5m时的速度多大?忽略滑轮轴上的摩擦,并认为绳在滑轮边上不打滑。

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  • 劲度系数为k的弹簧,一端固定于墙上,另一端与质量为m1的木块A相接,A与质量为m2的木块B用轻绳相连,整个系统放在光滑水平面上,如图所示,然后以不变的力F向右拉m2,使m2自平衡位置由静止开始运动。求木块A、B系统所受合外力为零时的速度,以及此过程中绳的拉力T对m1所做的功,恒力F对m2做的功。

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  • 如图所示,劲度系数为k的弹簧,一端固定于墙上,另一端与一质量为m1的木块A相接,A又与质量为m2的木块B用不可伸长的轻绳相连,整个系统放在光滑水平面上.现在以不变的力F向右拉m2,使m2自平衡位置由静止开始运动,求木块A、B系统所受合外力为零时的速度,以及此过程中绳的拉力了对m1所作的功,恒力F对m2所作的功。

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  • 如图所示,一个质量为1.240kg的木块与一个处于平衡位置的轻弹簧的一端相接触,它们静止地处于光滑的水平桌面上。一个质量为10.0g的子弹沿水平方向飞行并射进木块,受到子弹撞击的木块将弹压缩了2.0cm。如果轻弹簧的劲度系数为2000N·m-1,求子弹撞击木块的速率。

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