物理原理结合高等数学推导单摆做简谐运动的周期公式

此篇通过高等数学相关数学原理结合物理回复力和简谐运动周期公式相关原理推导出单摆的简谐运动周期公式,能比较清楚的了解该公式的推导过程,加强对单摆做简谐运动周期公式的理解。     

固有周期公式的推导及拓展

本文从两个不同的角度推导出了简谐运动的周期公式T=2πm/k。在研究小角度摆动的单摆时,首先证明了其为简谐运动,找出了比例系数k,推导出单摆的周期公式T=2πl/g。随后对其他情况下斜面上的单摆、处于向上加速系统中的单摆、向下加速系统中的单摆的周期进行了深入的探讨。     

发挥等效法在单摆运动周期问题中的大作用

<正>观察单摆运动周期公式T=2π((L/g)^(1/2))可以发现,物体做简谐运动的周期与单摆的长度L、重力场强g有关联。在物理中经常会遇到一些类似单摆运动的运动,从中找到与单摆运动模型的相同之处,采用等效法能够直接借用单摆周期公式求解周期问题。下面就来探讨单摆、小车、斜面随机组合构成的类单摆模型中的周期问题。一、静止小车内的单摆周期问题在由车与单摆构成的类单摆运动中,最简单的一种情景就是小车处于水平面上,由     

对单摆振动周期公式的讨论

单摆做简谐运动时,周期公式为T=2πL/g,此公式不仅适用于基本单摆装置,也适用于其他较为复杂情况下的简谐运动,此时＂L＂应为等效摆长,＂g＂为等效重力加速度。灵活运用等效摆长和等效重力加速度,能给我们处理问题带来很多方便。     

单摆的周期公式及其特殊应用

根据简谐运动的周期公式,得到单摆的周期公式。在单摆的周期公式中,摆长和重力加速度,在特定条件下具有不同的意义。     

任意加速系统中单摆简谐运动的周期

看了本刊1996年第10期刊载的《单摆简谐运动周期的求解》一文后,笔者认为,关于非惯性系中单摆简谐运动周期问题值得进一步的讨论,其一,文中在求解任意方向加速系统中单摆的周期时所举的例子及所使用的插图属于一种特殊情况.因系统在斜面上作一般加速运动时,摆线在平衡位置时与斜面是不垂直的,故其讨论的结果不具有一般性.其二,任一加速系统中单摆的周期公式应体现出系统加速度的方向和取值的任意性.而且认其周期公式应能得出如:水平加速系统、竖直加速系统等待殊情况的单摆周期,否则不具有普遍性.下面,笔者对此问题作进一步的探讨.     

《单摆》多媒体教学的科学探究

<单摆>是作为简谐运动的又一理想模型来编排的,它典型性强,可向多方面拓展与综合,更重要的是在这一节中蕴含了研究物理的基本思想与方法,从这一意义上来说<单摆>不仅是<机械振动>一章的重点内容,在整个高中物理中也占有显著的位置.这一节共有四个知识点:1.建立单摆的理想模型;2.单摆做简谐运动的条件;3.单摆周期公式;4.单摆的运用.在这其中"单摆做简谐运动的条件及周期公式"既是重点又是难点.教学要达到的目的有两个:第一是让学生通过课堂演示实验,增加感性认识,改变想当然的错误观念;第二是让学生体会研究物理学的基本思想与方法.下面就具体来谈谈对各知识点的剖析与设计.     

单摆简谐振动周期公式的两种推导方法

单摆做简谐振动的周期公式T=2π√l/g,笔者在从事物理教学时发现这个公式是直接给出的,对该公式的推导不作要求,但很多学生对该结论饶有兴趣,但作为教师应该知道该公式的推导过程,只有这样才能对单摆做简谐运动有更清晰全面的理解．笔者试着利用高等数学数学方法从机械能守恒和受力两个角度推导该公式．     

影响单摆周期的因素

在偏角很小时,单摆的运动可视为简谐运动,在此基础上得出单摆运动的周期:T=2π(l/g),从而得出影响单摆周期的因素:当地的重力加速度g,摆长l决定,与运动的振幅及摆球的质量无关.但在涉及到电、磁等复合场中运动时。有些同学出现这样或那样的错误.究其原因,是对单摆的周期公式,尤其是公式的来源不明,盲目硬套公式所致.现说明如下: 1.单摆运动的向心力及回复力     

对“单摆周期公式中的g”的再探讨

贵刊 2 0 0 3年第 6期发表了惠旭光老师题为“单摆周期公式中的 g”一文 ,该文中有这样一段内容 :“单摆是一个理想化的模型 ,它做简谐运动时 ,其周期公式 T=2 π Lg,式中的 g是表示重力加速度 ,这只是一般情况 .而在很多特定情况下单摆周期公式中的 g已超出了重力加速度这样的理解 ,可以理解为 g′——在某中物理条件下 ,摆球在平衡位置保持静止时 ,摆绳的拉力 F与摆球的质量 m的比值 g′= Fm,此时单摆周期公式就变为成了 T=2 π Lg′.”笔者对惠老师这一求单摆周期的思想表示欣赏 ,但对这一思想中求 g′的方法持有异议 .例如 :例 1　如…     

几种“单摆”周期的计算

单摆是一种理想化模型,摆线的质量不计且摆线不可伸长,摆球密度较大而直径比摆线的长小得多.当最大摆角小于5°,回复力F=(mg/l)x时,单摆的运动可视为简谐运动,惠更斯从实验中总结出作简谐运动的单摆周期公式为这里的“l”应是     

有趣的"T=2πR/g=85min"

在理想的情况下,单摆作简谐运动的周期公式为:T=2πL/g,其中L为单摆的摆长,g为重力加速度.此公式运用于某些特殊单摆或运动时,却能得到有趣的结果.请看下面的一组例题.``[例1]假设一个理想单摆的摆长等于地球半径R,试求该单摆在地球表面附近振动时的振动周期T,已知地球半径R=6400 km,重力加速度g=9.8 m/s2.     

摆钟的快慢及其调整

摆钟的摆动可近似看成是单摆做简谐运动,其计时原理遵从单摆的周期公式T=2π(L)/(g) ,有关摆钟的快慢分析及其调节是教学中的难点.下面对其作一分析讨论,供参考.     

有趣的“T=2π（R/g）~（1/2）=85 min”

在理想的情况下,单摆作简谐运动的周期公式为：T=2π（L/g）~（1/2）,其中L为单摆的摆长,g为重力加速度。此公式运用于某些特殊单摆或运动时,却能得到有趣的结果。请看下面的一组例题。     

单摆周期公式中的g

单摆是一个理想化的模型 ,它做简谐运动时其周期公式 T=2π lg,式中 g是指重力加速度 ,这只是一般情况 .而在很多特定情况下单摆周期公式中的 g已超出了重力加速度这样的理解 ,可以理解为 g′——在某种物理条件下 ,摆球在平衡位置保持静止时摆绳的拉力 F与摆球质量 m的比值 g′=F/ m,此时的单摆周期公式就变成了 T=2 π lg′.下面列举几种较典型的情况加以说明 .情景一　如图 1所示 ,在倾角为 α的光滑斜面上　图 1　　　　　　　图 2　　　　　　图 3钉着一个摆长为 L的单摆 ,求其摆动周期 .分析　摆球受力情况如图 2所示 ,摆球受重力 …     

单摆的性质及其应用

一、等时性单摆的小角度摆动时可视为简谐运动,完成每次全振动所用的时间相等,即为单摆的周期.单摆的周期只与摆长和当地的重力加速度有关,与摆球的质量和振幅无关.     

关于单摆周期公式中的摆长与重力加速度的一些讨论

荷兰科学家惠更斯研究了单摆的振动,并提出了单摆定律:单摆做简谐运动的周期与摆长的二次方根成正比,与当地的重力加速度的二次方根成反比。并且确定了如下的单摆周     

无限长单摆的周期是无穷大吗?

无限长单摆的周期是无穷大吗？刘旭华（湖南师大附中长沙市４１０００６）在复习简谐运动时,有个别学生提出：如果单摆的摆长无限长,那么它的周期无限大吗？从教材给出的周期公式Ｔ＝２πｌｇ来看,当ｌ→∞时,确实是Ｔ→∞．我把这个问题交给理科实验班的同学来讨论...     

用三种"等效法"巧解简谐运动的周期

单摆和弹簧振子都是简谐运动的典型实例,是一种理想模型;但实际生活中,简谐运动的类型很多,用等效法求解一般简谐运动的周期比较快捷,现介绍三种等效的方法巧解简谐运动的周期。     

探究单摆周期的变化规律

高中物理人教版选修3-4中第11章第4节关于单摆周期的定义：荷兰物理学家惠更斯曾经详尽地研究过单摆的振动,发现单摆做简谐运动的周期T与摆长l的二次方根成正比,与重力加速度g的二次方根成反比,而与振幅、摆球质量无关,