质点在做简谐运动时,运动过程中各物理量关于平衡位置对称,即在平衡位置的两侧对称的位置,加速度大小相等、速度大小相等。灵活运用其对称性,对我们解决实际问题有很大帮助。 一、加速度的对称性的应用
例1 如图所示,弹簧下面挂两小球A、B,A、B间用细线连接,质量分别为m■、m■,整个系统处于静止状态,剪断细线后,小球A在ab间做简谐运动,则
A.若m■>m■,则弹簧在b处对小球A表现为拉力
B.若m■>m■,则弹簧在b处对小球A表现为推力
C.若m■m■,则ag,小球A在b点所受的合外力大于重力,弹簧对小球A的弹力方向应竖直向下,表现为推力。故答案为:A、D。
二、速度的对称性
例2 质点在平衡位置O点附近做简谐运动,质点在某时刻振动速度大小为v,经过2s质点的速度的大小再次为v,再经过4s质点的速度的大小第三次为v,则质点做简谐运动的周期为
A.10s B.12s
C.14s D.16s
解与析:设图中m、n为质点振动过程的最大位移处,设质点向右运动到P点振动速度大小为v,经过2s质点的速度的大小再次为v又回到P点所经历的过程为P→n→P,则tPn=tnP=1s。再经过4s质点的速度的大小第三次为v到达P′点,所经历的过程为P→O→P′,P和P′关于O点对称,则有tPO=tOP′=2s,质点做简谐运动的周期T=(1+2)4=12s,故选项B正确。
设质点向左运动到P点振动速度大小为v,经过2s质点的速度的大小再次为v时到达P′点,P′和P关于O点对称,则tPO=tOP′=1s。再经过4s质点的速度的大小第三次为v到达P′点,经历的过程为P′→m→P′,由对称性可知,tP′m=tmP′=2s,质点做简谐运动的周期T=(1+2)4=12s,故还是选项B正确。
(作者单位:河南省鲁山县第一高级中学)