物理好题随想

1. 来源:2019 全国 II 理综

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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 (eta),就有

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

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

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