1、先写出小物体未落入盘子时的振动方程:x=Acos(wt-π/2+2kπ)(k是整数)。现在小物体落入盘子,计时方式发生变化,于是振动方程写为x=A’cos(w‘t+δ).现在考虑,小物体落入盘中时是有初速度的,故此时盘子仍要下移。即当t=-δ/w'>0时盘子达到最大位移。而且可知,δ的绝对值一定是第一象限角。再对振动方程求导,有v=-w‘A’sin(w‘t+δ),t=0代入,有v0=-w‘A’sinδ明显δ为第四象限角。只有选项D满足,故选之。(本题用旋转向量的方法只须画图就可以解决。)
2、请楼主补充物体质量是多少。在不完全知道题目时,有以下分析。三等分后的弹簧倔强系数为3k,取两根并联后倔强系数为6k。于是,设物体质量为2m,于是根据弹簧振动的相关方程有
f=w/(2π),w=sqrt(6k/2m)=sqrt(3k/m),f=1/[2π*sqrt(3k/m)].(注sqrt是表示根号)
3、直接用公式T=2π*sqrt(J/mgh)h表示质心到转轴的距离,明显h=l/2,所以T=2π*sqrt(2l/3g)
另解:杆离开垂直方向角度为δθ,重力力矩为M=-mgL/2sinδθ=-mgL/2δθ,由转动定理M=Jβ=Jd²(δθ)/dt²=-mgL/2δθ.于是w²=mgL/(2J)=3g/2L,T=2π/w
(2)弹簧分为3根,每根的劲度系数为3K,取两根并联后,整体的劲度系数为k1=3k/2,故系统的简谐振动周期:T=2π√(m/k1)=2π√(2m/3k),频率为:f=1/T=.......
(3)复摆的周期:T=2π√(I/mgb)
式中:I--表示细杆对悬点的转动惯量
b---表示细杆质心距悬点的距离