解题思路:(1)根据振动图象读出甲第一次到达右方最大位移时乙的位移,即可知道乙的位置和运动方向.(2)由图读出周期关系,由单摆周期公式T=2πLg,求解摆长之比.(3)根据万有引力等于重力,列式得到g与高度的关系,结合单摆周期公式求解.
(1)由图知从t=0时刻起,甲第一次到达右方最大位移时,乙的位移为0,则乙正经过平衡位置,此后位移为负值,则知乙将向左运动.
(2)由图知两个单摆的周期相同,由单摆周期公式T=2π
L
g,得甲乙摆长之比为1:1.
(3)根据物体的重力等于万有引力,则有:G[Mm
r2=mg
则得:g=
GM
r2
则得:T=2π
L/g]=2π
Lr2
GM=2πr
L
GM ①
式中M是地球的质量,L是单摆的摆长,r是物体到地心的距离.
由题,当第一个单摆振动N次的时候,第二个单摆振动N-1次.则两个单摆的周期之比为:
T1:T2=(N-1):N ②
由①得:
T1
T2=[R/R+h] ③
联立②③得:[R/R+h]=[N−1/N]
解得:h=[R/N−1]
答:
(1)从t=0时刻起,甲第一次到达右方最大位移时,乙振动到了平衡位置,向左运动.
(2)图中的甲、乙两个单摆的摆长之比是1:1.
(3)乙离地面的高度是[R/N−1].
点评:
本题考点: 波长、频率和波速的关系;横波的图象.
考点点评: 本题是单摆周期公式与万有引力的综合应用,它们之间联系的纽带是重力加速度g.根据重力等于万有引力,得到g=GMr2,常常称为黄金代换式,要会推导.