题目
当机械波在媒质中传播时,一媒质质元的最小变形量发生在(A是振动振幅)()A媒质质元离开其平衡位置最大位移处B媒质质元离开其平衡位置2A-|||-2处C媒质质元在其平衡位置处D媒质质元离开其平衡位置A/2处
当机械波在媒质中传播时,一媒质质元的最小变形量发生在(A是振动振幅)()
A媒质质元离开其平衡位置最大位移处
B媒质质元离开其平衡位置
处
C媒质质元在其平衡位置处
D媒质质元离开其平衡位置A/2处
题目解答
答案
媒质质元形变量最小时说明此时弹性势能最小,最小为零,根据能量守恒总能量等于
不变当弹性势能为零时动能最大,当媒质质元在平衡位置时速度最大此时动能最大弹性势能最小,质元形变量最小,所以本题选C。
解析
考查要点:本题主要考查机械波传播过程中媒质质元的振动特性,特别是弹性势能与形变的关系,以及简谐运动中的能量转换规律。
解题核心思路:
- 形变量与弹性势能的关系:弹性势能越小,形变越小。
- 简谐运动的能量特点:总能量(动能+弹性势能)守恒,平衡位置处动能最大、弹性势能最小,最大位移处动能为零、弹性势能最大。
- 关键结论:最小形变对应弹性势能最小,即媒质质元处于平衡位置。
弹性势能与形变的关系
弹性势能公式为 $E_p = \frac{1}{2}kx^2$,其中 $x$ 是媒质质元的位移。
- 当 $x = 0$(平衡位置)时,$E_p = 0$,形变最小。
- 当 $x = A$(最大位移)时,$E_p$ 最大,形变最大。
简谐运动的能量转换
- 平衡位置:速度最大,动能 $E_k$ 最大,弹性势能 $E_p = 0$,总能量 $E = E_k + E_p = E_{\text{总}}$。
- 最大位移处:速度为零,动能 $E_k = 0$,弹性势能 $E_p$ 最大,总能量仍为 $E_{\text{总}}$。
结论:媒质质元形变量最小的位置是平衡位置,对应选项 C。