针对训练 如图2所示,轻弹簧的一端固定在地面上,另一端与木块B相连,木块A放在木块B上.两木块的质量均为m.竖直向下的力F作用在A上,A、B均静止.将力F瞬间撤去后,A、B共同运动到最高点时,B对A的支持力多大?
图2
答案 mg-F/2
解析 撤去力F后,A、B将共同沿竖直方向做简谐运动.撤去力F的瞬间,A、B整体受到回复力的大小为F,方向竖直向上;A、B处在振动过程中位移的大小等于振幅.由牛顿第二定律可得,此时A受到的回复力大小为F/2,方向竖直向上.由回复力的对称性可知,在最高点时A(位移的大小也等于振幅,与撤去外力F时的位置对称)受到的回复力F回的大小也为F/2,方向竖直向下.又因为A受到的回复力是其重力与B对它的支持力N的合力,所以在最高点处,对A有F回=mg-N,得N=mg-F回=mg-F/2.
三、单摆周期公式的应用
单摆的周期公式T=2π 是在当单摆的最大偏角小于5°,单摆的振动是简谐运动的条件下才适用的,单摆的周期与振幅无关,与质量也无关,只与摆长和重力加速度有关.另外由公式的变形式g=还可以测重力加速度.
例3 一个摆长为l1的单摆,在地面上做简谐运动,周期为T1,已知地球质量为M1,半径为R1.另一摆长为l2的单摆,在质量为M2,半径为R2的星球表面做简谐运动,周期为T2.若T1=2T2,l1=4l2,M1=4M2,则地球半径与星球半径之比R1∶R2为( )
A.2∶1 B.2∶3
C.1∶2 D.3∶2
解析 在地球表面单摆的周期T1=2π .①
在星球表面单摆的周期T2=2π .②
又因为=g,③
G=g′④
由①②③④联立得= ··=.