问题 问答题

如图所示,质量为m的小球用长度为L的轻质细绳悬挂于O点,现将它拉至A处,使细绳与竖直方向的夹角为θ(θ<5°),然后无初速释放,不计空气阻力作用,它经过一段时间第一次到达最低点B.

求:(1)所经历的时间t

(2)该过程中重力产生的冲量大小IG

(3)该过程中小球的动量变化△P

(4)该过程中绳的拉力产生的冲量大小IF

答案

(1)由单摆的周期公式可得:

T=2π

L
g
--------------------------------①

由A第一次到B,小球所用时间是四分之一周期,即:t=

1
4
T=
π
2
L
g
------②

(2)由于重力是恒力,由冲量定义可知重力的冲量为:IG=mgt=

1
2
πm
Lg
----------------③

(3)动量的变化等于末动量减去初动量:△P=PB-PA------------------------------

又PA=0--------------------------------⑤

PB=mvB---------------------------------⑥

从A到B的过程中,由机械能守恒定律得:

1
2
m
v2B
=mgL(1-cosθ)--------------⑦

由④⑤⑥⑦,可解得:△P=m

2gL(1-cosθ)
------------------⑧

(1)从A到B的过程中,小球在重力和绳的拉力的冲量作用下,动量的改变量为△P,且方向水平,又因重力的冲量方向向下,所以由矢量的合成法则得:

IF2=△P2+IG2----------------------------⑨

由③⑧⑨式得:IF=m

2gL(1-cosθ)+
π2
4
gL

答:(1)所经历的时间t为

π
2
L
g

(2)该过程中重力产生的冲量大小IG

1
2
πm
Lg

(3)该过程中小球的动量变化△P为m

2gL(1-cosθ)

(4)该过程中绳的拉力产生的冲量大小IF为m

2gL(1-cosθ)+
π2
4
gL

单项选择题
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