P2 简谐运动与单摆

常见参考:人教版选择性必修第一册(SI 单位制) · 本地状态:未读

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一、核心概念

简谐运动:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比、并且总指向平衡位置的回复力(F=-kx)作用下的振动,其位移随时间按正弦或余弦规律变化。

单摆模型的近似条件:把细线长度远大于小球直径、空气阻力可忽略的摆视作单摆。单摆只在小角度(通常摆角 θ≤5°,此时以弧度计有 sinθ≈θ)下才近似为简谐运动;“周期与振幅、质量无关”是这个小角度近似下的结论。

二、公式、条件与单位

简谐运动位移表达式与弹簧振子周期
x=Acos(ωt+φ),T=2πmk

单位与条件:x、A 单位为 m,ω 为圆频率(rad/s),T 为周期(s),m 为振子质量(kg),k 为弹簧劲度系数(N/m)。

单摆周期公式
T=2πlg

适用条件:仅在小角度(sinθ≈θ,弧度制)近似下成立。l 为摆长(悬点到球心的距离,单位 m),g 为当地重力加速度(m/s²)。数值计算时若取 g=9.8m/s²,必须明确标明。

三、常见易错点

做题前先查这几条条件
  • 测量摆长时只量了细线长度,忘记加上摆球半径。
  • 脱离小角度限制,在大摆角情况下仍认为单摆周期与振幅严格无关。
  • 未注明重力加速度取值(如 9.8 m/s² 还是 10 m/s²)就直接给出小数结果。

四、本节自测(先作答,再看解析)

本节自测尚未作答。请先独立计算并选择答案,提交后可核对解析。

一单摆做小角度简谐运动,摆长 l=1.0m,当地重力加速度取 g=9.8m/s²,求该单摆的周期 T。