简谐运动是一种理想化运动模型,是最简单、最基本的机械振动,具有如下特点:
①简谐运动的物体受到回复力的作用,回复力的

大小与物体偏离平衡位置的位移

成正比,回复力方向与物体偏离平衡的位移方向相反,即:

,其中

为振动系数,其值由振动系统决定;
②简谐运动是一种周期性运动,其周期与振动物体的质量的平方根成正比,与振动系统的振动系数的平方根成反比,而与振幅无关,即:

.
如图所示,摆长为

、摆球质量为

的单摆在

间做小角度的自由摆动,当地重力加速度为

.试论证分析如下问题:

(

)当摆球运动到

点时,摆角为

,画出摆球受力的示意图,并写出此时刻摆球受到的回复力

大小.
(

)请结合简谐运动的特点,证明单摆在小角度摆动周期为

.
(提示:用弧度制表示角度,当角

很小时,

,

角对应的弧长与它所对的弦长也近似相等)