类比是研究问题的常用方法。(1)情境1:如图1所示,弹簧振子的平衡位置为O点,在B、C两点之间做简谐运动,小球相对平衡位置的位移x随时间t的变化规律可用方程描述,其中为小球相对平衡位置O时的最大位移,m为小球的质量,k为弹簧的劲度系数。请在图2中画出弹簧的弹力F随位移x变化的示意图,并求出小球从C点到O点的时间。
(2)情境2:假设地球可视为一个质量分布均匀且密度为ρ的球体,地球的半径为R,万有引力常数为G。
a.根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零,利用库仑力与万有引力的表达式的相似性和相关力学知识,在图3中画出质量为m的小球所受万有引力F与小球到球心之间的距离r的图像,并标出时的纵坐标;
b.若通过地球的南北两极之间能够打通一个真空隧道,把一个质量为m的小球从北极的隧道口(地面处)由静止释放后,小球能够在隧道内运动。求小球从隧道口到地心的时间。