题目
一弹簧振子作简谐振动,总能量为E1,如果简谐振动振幅增加为原来的两倍,重物的质量增为原来的四倍,则它的总能量E1变为( )A. E14B. E12C. 2E1D. 4E1
一弹簧振子作简谐振动,总能量为E1,如果简谐振动振幅增加为原来的两倍,重物的质量增为原来的四倍,则它的总能量E1变为( )
A. E14
B. E12
C. 2E1
D. 4E1
题目解答
答案
D. 4E1
解析
考查要点:本题主要考查简谐振动中总能量的决定因素,以及振幅和质量变化对总能量的影响。
解题核心思路:
简谐振动的总能量公式为 $E = \frac{1}{2}kA^2$,其中 $k$ 是弹簧的劲度系数,$A$ 是振幅。总能量仅与振幅和劲度系数有关,与振子的质量无关。因此,当振幅变化时,总能量会按振幅平方的比例变化,而质量的变化不影响总能量。
破题关键点:
- 明确总能量公式中不包含质量项,质量变化不影响总能量。
- 振幅变为原来的两倍时,总能量变为原来的 $2^2 = 4$ 倍。
原总能量:
振子初始总能量为 $E_1 = \frac{1}{2}kA^2$。
变化后的总能量:
- 振幅变为原来的两倍:新振幅 $A' = 2A$。
- 代入总能量公式:
$E' = \frac{1}{2}k(A')^2 = \frac{1}{2}k(2A)^2 = \frac{1}{2}k \cdot 4A^2 = 4 \cdot \frac{1}{2}kA^2 = 4E_1.$ - 质量变化不影响总能量:公式中未出现质量 $m$,因此质量增为原来的四倍对总能量无影响。
结论:总能量变为原来的4倍,即 $E' = 4E_1$。