如图所示,两根轻弹簧的原长都是d,劲度系数都为k.由于质量为m的小球受重力作用,使系统处于实线所画的平衡位置,此时弹簧从

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  • 解题思路:选择小球为研究的对象,设小球在平衡位置处下垂的竖直距离为x0,对小球进行受力分析,并结合胡克定律,导出小球的受力与小球在平衡位置处下垂的竖直距离为x0之间的关系公式,若满足:∑F=-2kx,即表示小球做简谐振动.

    设小球在平衡位置处下垂的竖直距离为x0,则此时每根弹簧的总长度为

    x0

    sinφ,若以平衡位置处为原点O,向下方向为x轴正方向,

    如图所示,列出平衡方程(设平衡时每根弹簧弹力大小为F0),

    mg-2F0sinφ=0

    F0=k(

    x0

    sinφ−d),

    从而得mg−2k(

    x0

    sinφ−d)sinφ=0,

    若小球从平衡位置在竖直方向(向下)微小位移x,弹簧与水平方向夹角φ

    有微小改变量△φ,易知合力在竖直方向,∑F=mg−2k(

    x+x0

    sin(φ+△φ)−d)sin(φ+△φ),

    利用提示及所得结果化简得:∑F=-2kx,(负号表明合力方向与位移x的方向相反),所以此系统在竖直方向所作的小幅度振动为简谐振动,其固有的角频率为ω=

    2k

    m.

    答:其固有的角频率是

    2k

    m.

    点评:

    本题考点: 简谐运动.

    考点点评: 该题属于高中物理竞赛类的题目,证明的关键是能够得出小球的受力满足方程:∑F=-2kx.证明的过程基本上是受力分析的过程,中间使用的数学公式略有难度.

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