Question

一個單擺，如果擺球的質(zhì)量增加為原來的4倍，擺球經(jīng)過平衡位置時的速度減為原來的，則單擺的

A．頻率不變，振幅不變	B．頻率不變，振幅改變
C．頻率改變，振幅不變	D．頻率改變，振幅改變

Answer 1

B

【錯解分析】錯解：錯解一：因為單擺的周期（頻率）是由擺長l和當(dāng)?shù)刂亓�加速度g決定的，所以頻率是不變的，而從動能公式上看：，質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼?倍，速度變?yōu)樵瓉淼?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824152127459338.png" style="vertical-align:middle;" />，結(jié)果動能不變，既然動能不變（指平衡位置動能也就是最大動能），由機械能守恒可知，勢能也不變。所以振幅也不變，應(yīng)選A。
錯解二：認(rèn)為速度減為原來的，即運動得慢了，所以頻率要變，而振幅與質(zhì)量、速度無關(guān)（由上述理由可知）所以振幅不變，應(yīng)選C。
錯解三：認(rèn)為頻率要改變，理由同錯解二。而關(guān)于振幅的改變與否，除了錯解一中所示理由外，即總能量不變，而因為重力勢能E_P=mgh，E_P不變，m變?yōu)樵瓉淼?倍，h一定變小了，即上擺到最高點的高度下降了，所以振幅要改變，應(yīng)選D。
此題主要考查決定單擺頻率（周期）和振幅的是什么因素，而題中提供了兩個變化因素，即質(zhì)量和最大速度，到底頻率和振幅與這兩個因素有沒有關(guān)系。若有關(guān)系，有什么關(guān)系，是應(yīng)該弄清楚的。
而錯解二和錯解三中都認(rèn)為頻率不變，這是因為為不清楚決定單擺的因素是擺長l和當(dāng)?shù)刂亓�加速度g，而與擺球質(zhì)量及運動到最低點的速度無關(guān)。
錯解二中關(guān)于頻率不變的判斷是正確的，錯誤出現(xiàn)在后半句的結(jié)論上。判斷只從能量不變?nèi)タ矗��?dāng)E_總不變時，E_P=mgh，m變大了，h一定變小。說明有些同學(xué)考慮問題還是不夠全面。
【正解】（1）實際上，通過實驗我們已經(jīng)了解到，決定單擺周期的是擺長及當(dāng)?shù)刂亓�加速度，并進(jìn)一步找到周期公式：，單擺的周期與質(zhì)量無關(guān)，與單擺的運動速度也無關(guān)。當(dāng)然，頻率也與質(zhì)量和速度無關(guān)，所以不能選C，D。
（2）決定振幅的是外來因素。反映在單擺的運動中，可以從能量去觀察，從上面分析我們知道，在平衡位置（即最低點）時的動能。當(dāng)m增為原來的4倍，速度減為原來的時，動能不變，最高點的重力勢能也不變。但是由于第二次擺的質(zhì)量增大了（實際上單擺已經(jīng)變成另一個擺動過程了），勢能E_P=mgh不變，m大了，h就一定變小了，也就是說，振幅減小了。因此正確答案應(yīng)選B。
【點評】本題的分析解答提醒我們，一是考慮要全面，本題中m，v兩因素的變化對確定的單擺振動究竟會產(chǎn)生怎樣的影響，要進(jìn)行全面分析；二是分析問題要有充分的理論依據(jù)，如本題中決定單擺振動的頻率的印度應(yīng)由周期公式為依據(jù)，而不能以速度判斷振動的快慢。振幅應(yīng)從為依據(jù)。