05-01-20_弹性绳链接小球水平面旋转时间
本期高中物理竞赛试题,我们共同来研究一下简谐振动类型综合题目的解题思路和方法,本期题目在前面某期中,小编将这个题目展示过,但是由于当时小编自身求解过程中出现的问题,导致一种解题思路和方法并没有很好的呈现给同学们,近期小编在一位网友的指点下,将这个题目小编原来的思路重新整理一下,并结合原来的解题思路,最终这个题目小编给出了现在的两种解题思路和方法,在将原来的运动进行不同的分解的情况下,得出了相对完整统一的答案,虽然这个答案与小编的模拟重现的过程相对比,仍旧存在不同的地方,这个问题小编也仔细研究过了,对于题目中模拟重现的展示结果与标准结果有所不同的情况,小编也从数学推理的角度上,给出了相对完整的思路和方法,在下面的具体说明中,小编也将详细说明这个问题。
试题预览
如图1所示,一弹性细绳穿过水平面上光滑小孔,连接一质量为的小球,另一端固定于地面,弹性绳原长为,弹性系数为,现将球拉到处,并给球以初速度,且,求:
(1) 球绕转至处所需时间;(2) 球到达时的速度及之长。
解题步骤
模拟重现
方法分析
在前期的内容中,小编已经将这个题目的一种思路完整的呈现给了同学们,将这个题目如何按照水平和竖直两个方向的简谐振动合成的思路来处理这个题目,同时小编也将这个题目另一种解题思路和方法进行了简单描述,即将这个运动分解为圆周运动和简谐振动,这样的思路虽然在前期的内容中小编有所说明,但是鉴于小编自己解题过程中出现的一个被忽略的问题,也就是题目中给出的圆周运动的运动方式,即匀速圆周运动的过程,没有深入的理解到位,由于这个题目中,小球受到的弹性绳的外力作用始终沿着半径方向,即在圆周运动的任意一个时刻,弹性绳的弹力都没有产生力矩的作用,因此在运动过程中角动量保持守恒,同时运动过程弹簧的两个极值位置处,转动的角速度应该相等,这个位置也是最初小编忽略的位置,也就是在网友的指点下,小编最终将这个方程补足后,解决出了这个题目。
同时从这个题目的两种思路可以看出来,不论是将题目中的运动过程按照哪种思路进行分解,最终得到的答案都是相同的,同时这两种思路的答案始终与模拟重现的步骤不能完整匹配,小编也仔细研究过这个问题,最终小编发现,模拟重现的过程中,弹簧具有原本的原长长度,而题目中的弹性绳,并不包括弹簧的原长,也就是说,小编给出的模拟重现过程中,小球运动的半径,与题目中小球运动的半径并不相同,因此在表现出来的结果稍微有点儿不同,但是小编在模拟过程中也发现这样的一个问题,在不断改变速度大小的情况下,这个模拟出的运动结果却有着不断的变化,这个还是与两种解题思路有着非常大的不同的,具体的细致的原因,小编还在根据模拟重现情况下的条件进行重新计算,届时将会给出完整的说明步骤。
文档获取
小编为同学们提供了本期内容的文字版PDF文档,百度搜索小编的个人博客:物理学堂,下载哦。