题目
一弹簧振子,弹簧的劲度系数为0.32 N/m,重物的质量为0.02 kg,则这个系统的固有频率为_______________,相应的振动周期为_________________________________.
一弹簧振子,弹簧的劲度系数为0.32 N/m,重物的质量为0.02 kg,则这个系统的固有频率为_______________,相应的振动周期为_________________________________.
题目解答
答案
0.64 Hz _ 0.5 π s
解析
考查要点:本题主要考查弹簧振子系统的固有频率和振动周期的计算,需要熟练掌握相关公式及其应用。
解题核心思路:
- 固有频率的公式为 $f = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{k}{m}}$,其中 $k$ 是弹簧的劲度系数,$m$ 是振子质量。
- 振动周期与频率互为倒数,即 $T = \frac{1}{f}$,或直接通过公式 $T = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}$ 计算。
破题关键点:
- 正确代入公式:注意公式中物理量的单位统一($k$ 的单位为 N/m,$m$ 的单位为 kg)。
- 简化计算:通过约分和符号运算简化表达式,避免过早代入数值导致误差。
步骤1:计算固有频率
根据公式:
$f = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{k}{m}}$
代入 $k = 0.32 \, \text{N/m}$ 和 $m = 0.02 \, \text{kg}$:
$f = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{0.32}{0.02}} = \frac{1}{2\pi} \sqrt{16} = \frac{4}{2\pi} = \frac{2}{\pi} \, \text{Hz}$
保留两位有效数字,得 $f \approx 0.64 \, \text{Hz}$。
步骤2:计算振动周期
根据周期与频率的关系:
$T = \frac{1}{f} = \frac{\pi}{2} \, \text{s}$
或直接通过公式:
$T = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}} = 2\pi \sqrt{\frac{0.02}{0.32}} = 2\pi \cdot \frac{1}{4} = \frac{\pi}{2} \, \text{s}$