③摆球的直径与摆线长度相比小得多
2.单摆的回复力
(1)单摆的回复力是由重力沿圆弧切向的分力F=mgsin θ提供的.
(2)如图2所示,在最大偏角很小的条件下,sin θ≈,其中x为摆球相对平衡位置O点的位移.
图2
单摆的回复力F=-x,令k=,则F=-kx.由此可见,单摆在偏角很小的条件下的振动为简谐运动.
注意:(1)单摆经过平衡位置时,回复力为零,但合外力不为零.
(2)单摆的回复力为小球受到的沿切线方向的合力,而不是小球受到的合外力.
【例1】 对于单摆的振动,以下说法中正确的是( )
A.单摆振动时,摆球受到的向心力大小处处相等
B.单摆运动的回复力就是摆球受到的合力
C.摆球经过平衡位置时所受回复力为零
D.摆球经过平衡位置时所受合外力为零
解析 单摆振动过程中受到重力和细线拉力的作用,把重力沿切向和径向分解,其切向分力提供回复力,细线拉力与重力的径向分力的合力提供向心力,向心力大小为,可见最大偏角处向心力为零,平衡位置处向心力最大,而回复力在最大偏角处最大,平衡位置处为零.故应选C.
答案 C
借题发挥 单摆振动的回复力是重力在切线方向的分力,或者说是摆球所受合外力在切线方向的分力.摆球所受的合外力在摆线方向的分力作为摆球做圆周运动的向心力,所以并不是合外力完全用来提供回复力.因此摆球经过平衡位置时,只是回复力为零,而不是合外力为零(此时合外力提供摆球做圆周运动的向心力).
针对训练 关于单摆,下列说法中正确的是( )