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物理
题目

一个单摆的摆长为l,摆球的质量为m,当其作小角度摆动时,试问在下列情况下的周期各为-|||-多少(设地球上的重力加速度为g):(1)在月球上,已知月球上的重力加速度 _(0)=dfrac (8)(6). (2)在环-|||-绕地球的同步卫星上.(3)在以加速度a上升的升降机中.(4)在以加速度g下降的升降机中.

题目解答

答案

解析

本题考查单摆周期公式的灵活应用,需理解等效重力加速度对周期的影响。关键点在于:

  1. 单摆周期公式:$T=2\pi \sqrt{\dfrac{l}{g}}$,周期与$\sqrt{g}$成反比;
  2. 等效重力加速度:在非惯性系或特殊环境中,需根据实际受力确定等效$g$;
  3. 特殊情况处理:如同步卫星失重($g=0$)、升降机加速度对$g$的叠加。

第(1)题

月球上的重力加速度
月球重力加速度$g_0 = \dfrac{g}{6}$,代入周期公式:
$T' = 2\pi \sqrt{\dfrac{l}{g_0}} = 2\pi \sqrt{\dfrac{6l}{g}} = \sqrt{6}T$
结论:周期增大为$\sqrt{6}$倍。

第(2)题

同步卫星上的单摆
同步卫星处于完全失重状态,等效重力加速度$g=0$,周期公式分母为0,故:
$T' \to \infty$
结论:单摆无法振动,周期无限大。

第(3)题

升降机以加速度$a$上升
升降机向上加速时,等效重力加速度$g' = g + a$,周期公式为:
$T' = 2\pi \sqrt{\dfrac{l}{g+a}} < T$
结论:周期变小。

第(4)题

升降机以加速度$g$下降
升降机向下加速时,等效重力加速度$g' = g - a$。当$a = g$时:
$g' = g - g = 0 \quad \Rightarrow \quad T' \to \infty$
结论:单摆无法振动,周期无限大。

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