位于平衡位置不一定处于平衡状态

《物理教学探讨》中教版 2 0 0 2年第 3期 ,刊有《对单摆平衡位置的一点看法》一文 (以下简称原文章 ) ,针对教材中单摆的“平衡位置”这一提法 ,原文章认为会导致学生以为“单摆小球运动到平衡位置时 ,摆球处于平衡状态” ,从而引起学生对力的平衡认识上的模糊 ,本人不敢苟同 ,特提出观点‘位于平衡位置的摆球不一定处于平衡状态” ,亦即“平衡位置与平衡状态不是同一概念 ,不应混淆” ,以与同行们探讨。首先 ,看教材对单摆的描述 :“摆球静止在O点时 ,悬线竖直下垂 ,摆球所受重力G和悬线的拉力F′彼此平衡 ,O点是单摆的平衡位置 ,拉开摆…     

位于平衡位置不一定处于平衡状态

《物理教学探讨》中教版2002年第3期，刊有《对单摆平衡位置的一点看法》一文(以下简称原文章)，针对教材中单摆的“平衡位置”这一提法，原文章认为会导致学生以为“单摆小球运动到平衡位置时，摆球处于平衡状态”，从而引起学生对力的平衡认识上的模糊，本人不敢苟同，特提出观点‘位于平衡位置的摆球不一定处于平衡状态”，亦即“平衡位置与平衡状态不是同一概念，不应混淆”，以与同行们探讨。     

振幅不变,振动的能量就不变吗?

通过学习高中物理第一册 (必修 )课本关于振动的能量这一节内容 ,我们知道弹簧振子、单摆振动的能量E等于在任意时刻势能和动能的和 ,也等于在最大位移处的势能 Epm(选平衡位置处势能为零 )或在平衡位置处的动能 Ekm,这个能量与振幅 A有关 ,振幅越大 ,振动的能量也越大 .现在的问题是如果改变弹簧振子和单摆小球的质量 ,在振幅不变的情况下 ,振动的能量是否仍然不变 ?下面分别来讨论 .( 1)弹簧振子根据弹簧弹性势能的表达式 Ep=12 kx2 ,式中 k为弹簧的劲度系数 ,x为弹簧的形变量 .当振幅 A一定时 ,弹簧振子振动的能量 E=Epm=12 k A2 ,由…     

在物理教学中外加力对单摆周期的影响分析

在摆角很小（小于5°）,忽略空气阻力对摆球运动影响的情况下,单摆的振动周期只与摆长（l）及摆球所处位置的重力加速度（g）有关,跟振幅（A）、摆球的质量（m）无关。单摆的周期公式为：T=2π√l/g,公式中的“l”应理解为等效摆长,它是指摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离;公式中的“g”应理解为等效重力加速度,实质上就是小球在平衡位置处的等效重力F产生的加速度g,即g=F/m。对于原来只在重力场中做单摆运动的小球来说,如果外加的力不改变小球做单摆运动的回复力大小和方向,那么周期公式中的g不改变,周期T不改变;如果外加的力改变小球做单摆运动的回复力大小和方向,那么周期公式中的g改变,从而使周期T改变。     

2004年高考“振动与波”大扫描

高中物理中“振动与波”问题 ,是中学力学知识中比较抽象、综合性较强的内容之一 ,也是历年高考的热点 ,下面把 2 0 0 4年高考物理中“振动与波”的试题加以归类评析 .一、简谐运动1 .由单摆知识点求解有关问题【例 1】　 (上海物理卷第 10题 )在光滑的水平面上的O点系一长为l的绝缘细线 ,线的另一端系一质量为m、带电量为q的小球 .当沿细线方向加上场强为E的匀强电场后 ,小球处于平衡状态 .现给小球一垂直于细线的初速度v0 ,使小球在水平面上开始运动 .若v0 很小 ,则小球第一次回到平衡位置所需时间为　　　　 .解析 :根据单摆的周期公式…     

单摆摆球平衡位置的判断

单摆是中学物理中的一个重要知识点，而在研究单摆的振动时，其摆球平衡位置的确定又往往起着决定性的作用，也是解题中的难点。在课本上关于平衡位置并没有给出一般性的定义，这给同学们在解答较复杂的单摆问题带来了困难。笔者在多年的教学实践中，对单摆的平衡位置做了一些探讨，按惯性系和非惯性系分述如下。     

单摆振动周期公式研讨

在重力场中的单摆,当摆角不大时(θ<5°),做简谐振动。摆线振动中心平衡位置为重垂线方向,振动周期T=2π(1/g)~(1/2),其中1为摆长,g为重力加速度。g值也可用单摆在平衡位置静止时,摆线张力F_o与摆球质量m之比来确定即:g=F_o/m,称为视重加速度。若使单摆处在非惯性系中,或使单摆处在电磁场中(摆球带电荷),或使单摆浸没在液体中,其振动是否仍是简谐振动?如是简谐振动,振动周期又怎样确定?笔者就以上问题分     

关于单摆振动平衡位置及振动周期的讨论

一般而论 :当单摆在混合场中相对于地做加速运动的系统 (非惯性系 )中振动时 ,其振动平衡位置在悬点与“总合力”G′的连线上 ,而振动周期由“总合力”产生的加速度g′及摆长决定。其中“总合力”指所有场力 (真实力 )与惯性力(非真实力 )的合力 ,讨论如下 :1 若单摆仅在重力场中的静止或匀速直线运动系统振动时 ,如图 1,设摆长为L ,振动位移 (由平衡位置算起 )X ,其振动回复力来源于重力G沿轨迹切向的分力 ,当摆角很小 (θ<5°)时 ,有 :F =- mgLx -kx ①式中 :k =mg L ②此时 ,单摆的振动可看作简谐振动 ,振动平衡位置在悬点竖直下方。…     

非惯性系中单摆的振动周期

计算非惯性系中单摆的振动周期,一般的方法学生不容易接受。如果先求出非惯性系中单摆的平衡位置和平衡状态下的合力,再使“空间转换”,按惯性系列出单摆运动的微分方程,求出周期,效果很好。     

用比较法验证单摆的振动周期

本文介绍用两个单摆作比较实验来研究单摆的振动周期。一、取两单摆,摆长相等 (摆长100厘米)。摆球质量不等。让两摆球偏离平衡位置,使它们的偏角相等。同时开始振动后,可观察到它们总是同步振动。于是可以得出结论,单摆的振动周期与摆球质量无关。二、两摆以不同的偏角开始振动,也可观察到两摆总是同步振动。说明单摆的周期与振幅无关。三、改变摆长,一个摆长还是100厘米,另一个摆长取50厘     

悬点振动单摆平衡位置的稳定性

对于一个质量为m,摆长为l,悬点在竖直方向按y=Acoswt规律振动的单摆,我们分两种情况讨论其平衡位置的稳定性。 1 无阻尼情况在无阻尼情况下,单摆的运动方程为     

单摆模型的迁移(高一、高三)

单摆是理想化模型.在一条不可伸长、忽略质量的细线下端拴一个可视为质点的小球,不考虑空气阻力的影响,在摆角a<5°时,小球的摆动可看作简谐运动,其振动周期为单摆模型稍加变化,就能变成“陌生”的问题.解决它们,还要从单摆模型的实质入手.     

根据力的效果辨析单摆振动的回复力

单摆做简谐运动的首要条件是 :“在摆球离开平衡位置做简谐运动时 ,必然受到指向平衡位置的回复力 .”单摆在全振动过程中 ,由于摆球始终只受重力与悬线拉力的作用 ,因此 ,不少学生认为单摆振动的回复力就是摆球所受的重力与悬线拉力的合力 ,显然这是错误的 .因为回复力是根据力的效果命名的 ,摆球所处的位置不同 ,研究的方法不同 ,回复力的来源的表述也有所不同 .但是 ,体现回复力作用的效果却总是相同的 .为此 ,我们可以依据力产生的效果 ,通过力的合成或分解 ,从中辨析和确定单摆在各种不同位置时的回复力 .一、单摆运动情况的简要分析单…     

单摆演示实验装置的改进

目前,在做单摆演示实验时,许多教师通常是在讲台上用线拴金属小球并悬吊在铁架上做演示实验.由于线长是1 m左右,故演示时教室后面的学生看不清楚,可观度不高;还有,当小球运动时,小球运动的偏角、最高点和平衡位置学生只能凭空想像,没有直观性.怎样用最简单的装置来解决以上问题呢?现笔者就向大家介绍一种改进装置.     

一道物理高考题的实验再现

物理是一门源于生活又高于生活的学科,所以物理试题的命制必须要符合实际,可在课堂、实验室乃至生活中进行还原和再现.2012年上海物理高考题第29题就是这样一个好题. 在"利用单摆测重力加速度"的实验中 (1)某学生尝试用DIS测量周期.如图1,用一磁性小球代替原先的摆球,在单摆下方放置一磁传感器,其轴线恰好位于单摆悬挂点正下方.图中磁传感器的引出端A应接到数据采集器.使单摆做小角度摆动,当磁感应强度测量值最大时,磁性小球位于平衡位置.若测得连续N个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t,则单摆周期的测量值为2t/N-1(地磁场和磁传感器的影响可忽略).     

一种简单实用的自制单摆振动图象演示仪

单摆振动图象演示仪是用来演示单摆的简谐振动图象的,由它可以比较明显的看出单摆的简谐振动曲线及振动的规律(周期、频率、振幅等),因此它作为单摆振动讲解过程中,对学生直观印象的建立是十分必要的。过去使用的单摆振动图象演示仪主要有以下几种形式:1、沙摆;2、利用单摆小球尖端放电的方法;3、用摆锤下边带毛笔的方法;4、在摆球下面放上磁性小黑板的方法;5、用气球或针管喷水的方法等。下面我们首先将这几种常用的演示仪器的优缺点作一分析比较。     

几个值得注意的振动问题

1 作简谐振动的单摆的平衡位置 关于作简谐振动的单摆的平衡位置,有一种意见认为:“单摆的摆球通过最低点时,在竖直方向上的作用力并不平衡,故最低点不能叫做平衡位置,只能叫做最低位置。”为了弄清这个问题,必须强调:(1)单摆作为振动的例子,是指摆球沿圆弧的往复运动,它的向心力只改变摆球的运动方向,而不改变摆球在弧线上运动的快慢。因此,在研究摆球运动的回复力时,不必考虑向心力,只需考虑重力沿圆弧切线方向的分力。而摆球在最低位置时这一切向分力为零,所以从摆动的方面讲这一位置是平衡位置。(2)只有当摆角很小(不超过5°时,单摆的回复力才近似满足F=-k(?)的条件。所以只有当摆角很小时,单摆的运动才可当作简谐振动,而当摆角很小时,圆弧也可近似看成直线了。     

单摆球在横向有心力作用下的稳定条件分析——兼谈2021年上海市高考选择性考试物理卷第17题成立的条件

运用能量最低原理分析了单摆球在横向有心力作用下的稳定平衡条件,发现单摆球在有心引力作用下偏离平衡位置时,只有在单摆球与引力源的距离大于单摆球偏离竖直线的距离的2倍的条件下,单摆球在合力为0处属于稳定平衡,否则无法保持平衡;单摆球在有心斥力作用下偏离平衡位置时,单摆球在合力为0处属于稳定平衡.     

对单摆“平衡位置”的释疑

笔者阅读了刊登在贵刊 2 0 0 2年第 4期的“对单摆平衡位置的质疑”一文后 ,认为要消除学生的这些质疑 ,关键是要对简谐运动平衡位置的概念有一个正确的认识 .现行的人教版高中物理教材中没有对简谐运动“平衡位置”的明确定义 ,但在教材第 59面指出弹簧振子运动时 ,平衡位置处受到的弹力为零 .由此可引导学生得出做简谐运动的质点的平衡位置就是回复力等于零的位置 ,并补充说明 :平衡位置的合力不一定等于零 ,有的等于零 ,如弹簧振子 ,有的不等于零 ,如单摆 ,平衡位置与平衡状态不是同一个概念 ,为今后讲单摆的“平衡位置”埋下伏笔 .讲完…     

促进物理思维训练的好题

1.以下说法其中正确的是().A.在探究单摆的周期与摆长的关系实验中,为减小偶然误差,应测出单摆作n次全振动的时间t,利用T=t/n求出单摆的周期B.如果质点所受的合外力总是指向平衡位置,质点的运动就是简谐运动C.变化的磁场一定会产生变化的电场D.图1振荡电路中的电容器正处于放电状态