始终未脱离弹簧。(1)最大振幅A是多大?(2)在这个振幅下弹簧对小球的最大弹力Fm是多大?
解析:该振动的回复力是弹簧弹力和重力的合力。在平衡位置弹力和重力等大反向,合力为零;在平衡位置以下,弹力大于重力,F- mg=ma,越往下弹力越大;在平衡位置以上,弹力小于重力,mg-F=ma,越往上弹力越小。平衡位置和振动的振幅大小无关。因此振幅越大,在最高点处小球所受的弹力越小。极端情况是在最高点处小球刚好未离开弹簧,弹力为零,合力就是重力。这时弹簧恰好为原长。
(1)最大振幅应满足kA=mg, A=
(2)小球在最高点和最低点所受回复力大小相同,所以有:Fm-mg=mg,Fm=2mg
【例4】弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动.B、C相距20 cm.某时刻振子处于B点.经过0.5 s,振子首次到达C点.求:
(1)振动的周期和频率;
(2)振子在5 s内通过的路程及位移大小;
(3)振子在B点的加速度大小跟它距O点4 cm处P点的加速度大小的比值.
解析:(1)设振幅为A,由题意BC=2A=10 cm,所以A=10 cm.振子从B到C所用时间t=0.5s.为周期T的一半,所以T=1.0s;f=1/T=1.0Hz.
(2)振子在1个周期内通过的路程为4A。故在t=5s=5T内通过的路程s=t/T×4A=200cm.5 s内振子振动了5个周期,5s末振子仍处在B点,所以它偏离平衡位置的位移大小为10cm.
(3)振子加速度.a∝x,所以aB:aP=xB:xp=10:4=5:2.
【例5】一弹簧振子做简谐运动.周期为T
A.若t时刻和(t+△t)时刻振子运动速度的大小相等、方向相反,则Δt一定等于T/2的整数倍
D.若t时刻和(t+△t)时刻振子运动位移的大小相等、方向相同,则△t一定等于T的整数倍
C.若△t=T/2,则在t时刻和(t-△t)时刻弹簧的长度一定相等
D.若△t=T,则在t时刻和(t-△t)时刻振子运动的加速度一定相同