AP物理1:周期和频率

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例子问题

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例子问题1:周期和频率

大量的旅行是在一个圆圈里吗.如果它在向心力的作用下质量的周期是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

知道物体的向心力和圆的半径,我们可以计算出它的速度:

根据速度重新排列:

我们可以用这个来求质量的周期:

重新排列周期,我们得到:

例子问题1:周期和频率

一只落地式大座钟的内部锈迹斑斑,每天都要慢1500秒。时钟上分针的周期是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

一个普通的时钟分针每转一圈就记录60秒。我们需要确定每次旋转的新周期。

一个正常的时钟每天记录以下的秒数:

每天减少1500秒,我们现在有:

所讨论的指针每分钟完成一次旋转,所以我们将每天以分钟为单位深入这个新时间:

现在将我们的两个值分开,以获得每次旋转的秒数:

例子问题1:周期和频率

假设你有一个长度的字符串用一个质量球附在末端。你要在垂直的圆周上旋转这个球。能让弦一直处于张力状态的球的最小频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

首先,我们需要确定我们到底要解什么。弦在所有点都有张力意味着什么?这意味着在圆上的某一点,张力等于零;这样重力和向心力就会相等。

展开这些力表达式并简化:

向心加速度的表达式为:

我们知道(绳子的长度)和,但我们需要开发一个速度的表达式:

将其代回到向心加速度方程中,得到:

重新排列频率:

我们知道所有这些值,我们可以解出:

问题111:圆周运动和旋转运动

宇航员在太空中有一个质量球附在一根绳子末端的.球在水平圆周上旋转。如果绳子在力的作用下断裂,球可以旋转的最小周期是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

因为人在太空中,在这个问题中我们唯一需要担心的力是向心力,它是由弹簧的张力产生的。因此,我们被问到,周期给我们的向心力是

我们需要一个速度的表达式:

把它代回原来的表达式:

重新排列我们得到:

我们知道所有这些值,我们可以解出:

问题1111:Ap物理1

时钟上秒针的一般频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

普通频率是每秒的周期数。因为秒针每60秒转一圈,所以正确答案是.你也可以把普通频率看成角速度除以

例子问题1:周期和频率

圆柱体:有质量的实心圆柱和半径静止在斜坡顶端的角度是.然后球体被释放。当周期为时,球沿斜率向下移动了多远.忽略空气阻力和摩擦力。

可能的答案:

正确答案:

解释

我们可以从能量守恒出发来解决这个问题:

这个表述告诉我们,圆柱体最初是静止的,所以我们可以消去初始动能。如果我们假设圆柱体到达周期为0.2s时的高度为0,我们可以消去最终势能。因此,我们得到:

展开这些项,并确保我们有动能的线性和旋转分量,我们得到式(1):

在我们继续之前,我们知道我们要计算一些东西可以用来确定圆柱体的周期。我们知道周期是圆柱体完成一个完整旋转所需要的时间。从实际出发,我们可以用圆柱的周长和线速度来确定周期:

利用变量,我们得到如下公式:

重新排列最终速度,得到式(2):

现在我们知道周期取决于最终线速度。我们会回到这个方程。现在我们可以回到式(1),开始用表达式代替从左向右移动的未知变量。我们不知道的第一个变量是初始高度。但是,我们可以用圆柱移动的距离和斜率的角度:

根据初始高度重新排列,得到式(3):

继续,下一个未知项是最终速度。我们可以将已经推导出的式(2)代入:

继续,下一个未知项是转动惯量。用圆柱体的表达式得到式(4):

继续,最后一个未知项是终转速。我们可以用这个和线速度的关系:

代入式(2)得到式(5)

我们现在可以将公式2、3、4、5代入公式(1):

从方程两边消去质量并展开每一项:

结合右边的项:

按长度重新排列:

检查你的单位,确保你在继续前进之前只有秒!

我们知道每个变量的值,所以是时候开始了:

例子问题1:周期和频率

两辆汽车在一条完美的圆形赛道上并排比赛。内层车厢是从轨道的中心开始。外层车厢是从轨道中心开始。两辆汽车正以最快速度行驶

内车跑完一圈需要多长时间?

可能的答案:

正确答案:

解释

内车圈的计算距离:

转换

使用距离公式:

例8:周期和频率

两辆汽车在一条完美的圆形赛道上并排比赛。内层车厢是从轨道的中心开始。外层车厢是从轨道中心开始。两辆汽车正以最快速度行驶

外面那辆车跑完一圈需要多长时间?

可能的答案:

正确答案:

解释

内车时间:

内车圈的计算距离:

转换

使用距离公式:

外车圈距计算:

转换

使用距离公式:

问题9:周期和频率

大轮子汽车:有大轮子的汽车半径的轮子正在旅行.将车轮视为质量密度均匀的圆盘,计算其中一个车轮的角频率。

可能的答案:

这些都不是

正确答案:

解释

例子问题10:周期和频率

大轮子汽车:有大轮子的汽车半径的轮子正在旅行.将车轮视为质量密度均匀的圆盘,计算其中一个车轮的角周期。

可能的答案:

这些都不是

正确答案:

解释

首先,求出角频率:

角周期是角频率的倒数:

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