Механические… — Задание 5 ЕГЭ по физике №00015430
Механические Колебания
№2. Задание 5
ID: 00015430
Груз совершает свободные вертикальные гармонические колебания на пружине жёсткостью $100$ Н/м. На рисунке 1 изображена схема экспериментальной установки, указаны положение равновесия ($0$) и положения максимальных отклонений груза ($A$ — сверху, $B$ — снизу; ось $x$ направлена вниз). На рисунке 2 изображена зависимость проекции скорости $\upsilon_x$ этого груза от времени $t$; на оси времени отмечены значения $0{,}1\pi$ с и $0{,}2\pi$ с, между которыми укладывается один полный период. На основании анализа графика и схемы выберите из приведённого ниже списка все правильные утверждения и укажите их номера.
1) Масса груза равна $2$ кг.
2) В момент времени $t=0$ груз находился в положении $B$.
3) В момент времени $t_1$ кинетическая энергия груза была максимальна.
4) В момент времени $t_2$ потенциальная энергия пружины больше кинетической энергии груза.
5) В момент времени $t_3$ кинетическая энергия груза больше, чем в момент времени $t_1$.

Источник: ФИПИ
Решение
Что видим на рисунке
Рисунок 1: груз на пружине, ось $x$ направлена вниз; сверху крайнее положение $A$, в середине положение равновесия $0$, снизу крайнее положение $B$. Рисунок 2: график проекции скорости $\upsilon_x(t)$ — синусоида, которая стартует из нуля в $t=0$ и сначала уходит вниз (в отрицательную область, штриховая линия в $t_1$ идёт в минимум). На оси времени отмечены $0{,}1\pi$ с и $0{,}2\pi$ с — между ними укладывается ровно один период, поэтому период $T=0{,}2\pi-0{,}1\pi=0{,}1\pi$ с. Моменты $t_1$ и $t_3$ — это минимумы скорости (штриховые линии вниз), $t_2$ — точка пересечения нуля сразу после $t_1$.
Период, частота, масса
$T=0{,}1\pi$ с $\Rightarrow$ $\omega=\dfrac{2\pi}{T}=\dfrac{2\pi}{0{,}1\pi}=20$ рад/с. Для пружинного маятника $\omega=\sqrt{k/m}$, отсюда $m=\dfrac{k}{\omega^2}=\dfrac{100}{20^2}=0{,}25$ кг.
1) Масса груза равна 2 кг — НЕВЕРНО
Получили $m=0{,}25$ кг, а не $2$ кг.
2) В момент $t=0$ груз в положении B — ВЕРНО
В $t=0$ скорость равна нулю — значит груз в крайней точке. Сразу после $t=0$ скорость становится отрицательной ($\upsilon_x\lt 0$, движение в сторону $-x$, то есть вверх, к $A$). Чтобы поехать вверх из крайней точки, груз должен быть в нижней — это $B$.
3) В момент $t_1$ кинетическая энергия максимальна — ВЕРНО
$t_1$ — минимум графика, то есть скорость по модулю максимальна. Кинетическая энергия $E_к=\tfrac12 m\upsilon^2$ максимальна, когда модуль скорости максимален.
4) В момент $t_2$ потенциальная энергия пружины больше кинетической — ВЕРНО
$t_2$ — точка, где скорость равна нулю (график пересекает ось). Значит $E_к=0$, а вся энергия запасена в пружине: $E_{пот}\gt E_к$.
5) В момент $t_3$ кинетическая энергия больше, чем в $t_1$ — НЕВЕРНО
$t_3$ — тоже минимум скорости (такая же по модулю максимальная скорость, как в $t_1$). Значит $E_к(t_3)=E_к(t_1)$, а не больше.
Ответ
Видеоразбор
Другие задания по теме «Механические Колебания» (8)
- Задание 5 №00042969 — t, с 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 x, мм…
- Задание 5 №00028689 — Небольшой груз массой 50 г подвешен на невесомой нерастяжимой нити длиной 60…
- Задание 5 №00028688 — Небольшой груз массой 0,1 кг подвешен на невесомой нерастяжимой нити длиной 40…
- Задание 5 №00025407 — Небольшой груз, покоящийся на гладком горизонтальном столе, соединён пружиной…
- Задание 5 №00025406 — В таблице представлены данные о положении шарика, прикреплённого к пружине и…
- Задание 5 №00025404 — Небольшой груз, покоящийся на гладком горизонтальном столе, соединён…
- Задание 5 №00025400 — На рисунке приведены зависимости координат x двух грузов 1 и 2 от времени t в…
- Задание 5 №00025389 — Небольшой груз, покоящийся на гладком горизонтальном столе, соединён пружиной…