题目
9-13 一放置在水平桌面上的弹簧振子,振幅 =2.0times (10)^-2m, 周期 =0.50s. 当 t=0-|||-时:(1)物体在正方向端点;(2)物体在平衡位置,向负方向运动;(3)物体在 =1.0times -|||-^-2m 处,向负方向运动;(4)物体在 =-1.0times (10)^-2m 处,向正方向运动.求以上各种情况-|||-的运动方程.

题目解答
答案

解析
步骤 1:确定运动方程的一般形式
对于一个弹簧振子,其运动方程可以表示为 $x=A\cos(\omega t+\phi)$,其中 $A$ 是振幅,$\omega$ 是角频率,$\phi$ 是初相位,$t$ 是时间。角频率 $\omega$ 与周期 $T$ 的关系为 $\omega = 2\pi/T$。
步骤 2:计算角频率 $\omega$
根据题目给出的周期 $T=0.50s$,可以计算角频率 $\omega$:
$$\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{0.50} = 4\pi \text{ rad/s}$$
步骤 3:确定初相位 $\phi$
根据题目中给出的初始条件,分别确定初相位 $\phi$:
(1) 当 $t=0$ 时,物体在正方向端点,即 $x=A$,此时 $\cos(\phi)=1$,所以 $\phi=0$。
(2) 当 $t=0$ 时,物体在平衡位置,向负方向运动,即 $x=0$,且速度为负,此时 $\cos(\phi)=0$,且 $\sin(\phi)<0$,所以 $\phi=\pi/2$。
(3) 当 $t=0$ 时,物体在 $x=1.0\times {10}^{-2}m$ 处,向负方向运动,即 $x=1.0\times {10}^{-2}m$,且速度为负,此时 $\cos(\phi)=1/2$,且 $\sin(\phi)<0$,所以 $\phi=\pi/3$。
(4) 当 $t=0$ 时,物体在 $x=-1.0\times {10}^{-2}m$ 处,向正方向运动,即 $x=-1.0\times {10}^{-2}m$,且速度为正,此时 $\cos(\phi)=-1/2$,且 $\sin(\phi)>0$,所以 $\phi=4\pi/3$。
对于一个弹簧振子,其运动方程可以表示为 $x=A\cos(\omega t+\phi)$,其中 $A$ 是振幅,$\omega$ 是角频率,$\phi$ 是初相位,$t$ 是时间。角频率 $\omega$ 与周期 $T$ 的关系为 $\omega = 2\pi/T$。
步骤 2:计算角频率 $\omega$
根据题目给出的周期 $T=0.50s$,可以计算角频率 $\omega$:
$$\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{0.50} = 4\pi \text{ rad/s}$$
步骤 3:确定初相位 $\phi$
根据题目中给出的初始条件,分别确定初相位 $\phi$:
(1) 当 $t=0$ 时,物体在正方向端点,即 $x=A$,此时 $\cos(\phi)=1$,所以 $\phi=0$。
(2) 当 $t=0$ 时,物体在平衡位置,向负方向运动,即 $x=0$,且速度为负,此时 $\cos(\phi)=0$,且 $\sin(\phi)<0$,所以 $\phi=\pi/2$。
(3) 当 $t=0$ 时,物体在 $x=1.0\times {10}^{-2}m$ 处,向负方向运动,即 $x=1.0\times {10}^{-2}m$,且速度为负,此时 $\cos(\phi)=1/2$,且 $\sin(\phi)<0$,所以 $\phi=\pi/3$。
(4) 当 $t=0$ 时,物体在 $x=-1.0\times {10}^{-2}m$ 处,向正方向运动,即 $x=-1.0\times {10}^{-2}m$,且速度为正,此时 $\cos(\phi)=-1/2$,且 $\sin(\phi)>0$,所以 $\phi=4\pi/3$。