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高中物理
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计算题
1.
(2024高二下·舟山月考)
类比是研究和解决物理问题的常用方法。如图1,对于劲度系数为k的轻质弹簧和质量为m小球组成一维振动系统,我们可以写出任意时刻振子的能量方程为
, 其中x为任意时刻小球偏离平衡位置的位移,v为瞬时速度,v和x满足
关系。振子简谐运动的周期与振子质量的平方根成正比,与振动系统的振动系数的平方根成反比,而与振幅无关,即
。
(1) 如图2,摆长为L、摆球质量为m的单摆在A、B间做小角度的自由摆动。请你类比弹簧振动系统从能量守恒的角度类推出单摆的周期公式(已知重力加速度g;取最低点为零势能面;θ很小时,有
, 弧长
)。
(2) 如图3电路,电容器充满电后,将开关置于线圈一侧时,由电感线圈L和电容C组成的电路称为LC振荡电路,是最简单的振荡电路。理论分析表明,LC振荡电路的周期与电感L、电容C存在一定关系。已知电感线圈的磁场能可表示为
, 电容器储存的能量可表示为
QU。请类比简谐运动,根据上述信息,通过对比状态描述参量,分析推导LC振荡电路(不计能量损失)的周期表达式,并定性画出振荡电路电流i随时间t的变化图像(
时,电容器开始放电,以顺时针为电流的正方向)。
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