物理好题随想

1. 来源:2019 全国 II 理综

物理好题随想

第一问直接使用单摆周期公式拆成俩单摆合起来即可,难点在第二问。

考虑动能定理,那么在前 \(1/4\) 个周期重力做正功,后 \(1/4\) 个周期重力做负功,二者恰好抵消(初末状态动能都是 \(0\)),那么设右侧摆角为 \(\alpha\),左侧摆角为 \(\beta\),就有

\[mgL(1-\cos \alpha)=\frac{1}{4}mgL(1-\cos \beta) \]

简单消一下,\(4(1 - \cos \alpha) = 1 - \cos \beta\).

关注到有 \(1 - \cos x\) 这个形式的东西不太好对 \(\alpha, \beta\) 做文章,考虑将 \(\cos \alpha\) 代换成 \(1 - 2\sin^2 \frac{\alpha}{2}\)\(\cos \beta\) 同理,就变成 \(4 \sin^2 \frac{\alpha}{2} = \sin^2 \frac{\beta}{2}\). 考虑单摆情形下 \(\alpha\) 极小,有 \(\sin \alpha \sim \tan \alpha \sim \alpha\),有 \(4(a^2/4)=b^2/4\),解得 \(b = 2a\).

由于水平位移 \(L \sin x \sim Lx\),带入得左右水平位移之比 \(=1:2\),故选 A.

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