将地球上一只标准的摆钟搬到月球,则该摆钟是走快了还是走慢了?在12 h内摆钟和标准的摆钟相差多少时间?(g月=g地/6)

题文

将地球上一只标准的摆钟搬到月球,则该摆钟是走快了还是走慢了?在12 h内摆钟和标准的摆钟相差多少时间?(g_月=g_地/6)

题型：未知 难度：其他题型

答案

摆钟慢了 Δt=(12-2

) h

解析

对于这种题目我们可以用比较周期的大小来判断摆钟走时的快慢,周期小则走时快,周期大则走时慢.
在12 h内两表走时相差多少可以根据下述思路去讨论:
①由周期公式求出完成一次全振动两摆钟的时间差ΔT
②求出12 h内月球上的摆钟振动的次数N
③N·ΔT即为两摆钟相差的时间.
由于月球上的重力加速度是地球上的

,所以月球上的摆钟周期大.故钟将走慢.
所以完成一次全振动的时间差是
ΔT=2π

-2π


在12 h内月球上摆钟振动的次数为N=


12 h内两个摆钟相差的时间为:
Δt=N·ΔT=

·(2π

-2π

)=12(1-

)=12(1-

)=(12-2

) h
当然该题还可以利用比例关系来求解,比例式如下:


=

=

=


上式中t₁、t₂为摆钟的走时数.其中T与g的关系由周期关系决定,T与f为倒数关系,f与t成正比关系由摆钟内部结构决定,摆钟振动次数越多.当然走时数越多(不管标准还是不标准,摆钟振动一次钟面读数相等).设1为标准钟,2为月球上摆钟.由比例式

=

,将g₂=

,t₁="12" h 代入上式可得

=

,故月球上摆钟的走时数(或者称为报时点)t₂=12

 h=2

 h.所以和标准钟相比,摆钟慢了Δt=(12-2

) h.

考点

据考高分专家说，试题“将地球上一只标准的摆钟搬到月球,则该摆钟.....”主要考查你对 [单摆的周期 ]考点的理解。

单摆的周期

单摆：

1.定义：用一根不可伸长且没有质量的细线悬挂一质点所组成的装置，叫做单摆，它是实际摆的理想化模型
2.模型条件：
(1)摆线的形变量与摆线长度相比小得多，摆线的质量与摆球质量相比小得多，这时可把摆线看成是不可伸长，且没有质量的细线。
(2)摆球的大小与摆线长度相比小得多，这时可把摆球看成是没有大小只有质量的质点。
(3)忽略空气对它的阻力。某一物理量是否可以略去不计，是相对而言的。为了满足上述条件及尽量减小空气阻力对它的影响，我们组成单摆的摆球应选择质量大而体积小的球，摆线应尽量选择细而轻目弹性小的线
3.平衡位置：摆球静止时所处的位置即最低点
4.简谐运动条件：

5.单摆的周期公式：（可由，推导）。
①在振幅很小的条件下，单摆的振动周期跟振幅无关；
②单摆的振动周期跟摆球的质量无关，只与摆长L和当地的重力加速度g有关；
③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离，在某些变形单摆中，摆长L应理解为等效摆长，重力加速度应理解为等效重力加速度（一般情况下，等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值）。

单摆问题中的等效处理方法：

单摆的周期公式
5.单摆的周期公式：（可由，推导）。
①在振幅很小的条件下，单摆的振动周期跟振幅无关；
②单摆的振动周期跟摆球的质量无关，只与摆长L和当地的重力加速度g有关；
③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离，在某些变形单摆中，摆长L应理解为等效摆长，重力加速度应理解为等效重力加速度（一般情况下，等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值）。

单摆问题中的等效处理方法：

单摆的周期公式
是惠更斯从实验中总结出来的。单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力，偏角越大回复力越大，加速度 (
)越大。由于摆球的轨迹是圆弧，所以除最高点外，摆球的回复力并不等于合外力。在有些振动系统中l不一定是绳长，g也不一定为9．8m／s²，因此出现了等效摆长和等效重力加速度的问题。
1．等效摆长
摆长是指摆动圆弧的圆心到撰球重心的距离，而不一定为摆绳的长。如图中，摆球可视为质点，各段绳长均为Z，甲、乙摆球做垂直纸面的小角度摆动，丙摆球在纸面内做小角度摆动，O'为垂直纸面的钉子，而且
)越大。由于摆球的轨迹是圆弧，所以除最高点外，摆球的回复力并不等于合外力。在有些振动系统中l不一定是绳长，g也不一定为9．8m／s²，因此出现了等效摆长和等效重力加速度的问题。
1．等效摆长
摆长是指摆动圆弧的圆心到撰球重心的距离，而不一定为摆绳的长。如图中，摆球可视为质点，各段绳长均为Z，甲、乙摆球做垂直纸面的小角度摆动，丙摆球在纸面内做小角度摆动，O'为垂直纸面的钉子，而且


甲：等效摆长

乙：等效摆长
乙：等效摆长

丙：摆绳摆到竖直位置时，圆弧圆心就由O变为O'，摆球振动时，半个周期摆长为l，另半个周期摆长为
，则单摆丙的周期为
2．等效重力加速度不一定等于9．8，则单摆丙的周期为
2．等效重力加速度不一定等于9．8

(1)g由单摆所在的空间位置决定。g随所在地球表面的位置和高度的变化而变化，纬度越低，高度越高，g的值就越小，另外，在不同星球上管也不同。
(2)g还由单摆系统的运动状态决定，如单摆处在向上加速的升降机中，设加速度为a，则摆球处于超重状态，沿圆弧的切向分力变大，则重力加速度的等效值
若升降机加速下降，则单摆若在沿轨道运行的卫星内，摆球完全失重，回复力为零，等效值，摆球不摆动，周期无穷大。
(3)一般情况下，若升降机加速下降，则单摆若在沿轨道运行的卫星内，摆球完全失重，回复力为零，等效值，摆球不摆动，周期无穷大。
(3)一般情况下，
值等于摆球相对于加速系统静止在平衡位置时(平衡位置是指回复力为零的位置，而不是合力为零的位置，也可以说成是让摆球不摆时的位置)重力加速度的等效值，等于摆绳所受的张力与摆球质量的比值即
但需注意如果在不引起回复力变化的情况，上述方法并不适用，如摆球带电，再在悬点处固定一带电小球，两球之间的静电力不引起回复力的变化，单摆振动周期并不变。