题目
两个沿x轴作简谐振动的质点,它们的频率ν、振幅A都相同,当第一个质点自平衡位置向负方向运动时,第二个质点在x= - A/2处,也向负方向运动,则两者的相位差为[ ]A. π/2B. 2π/3C. π/6D. 5π/6
两个沿x轴作简谐振动的质点,它们的频率ν、振幅A都相同,当第一个质点自平衡位置向负方向运动时,第二个质点在x= - A/2处,也向负方向运动,则两者的相位差为[ ]
A. π/2
B. 2π/3
C. π/6
D. 5π/6
题目解答
答案
C. π/6
解析
考查要点:本题主要考查简谐振动的相位与相位差的计算,需要结合位移和速度方向确定质点的振动相位。
解题核心思路:
- 确定各质点的振动相位:根据位移和速度方向,利用简谐振动的位移公式和速度公式,求出两质点的相位。
- 计算相位差:将两质点的相位相减,注意取值范围在$[0, 2\pi)$内。
破题关键点:
- 位移与相位的关系:位移$x = A\cos(\omega t + \varphi)$,通过位移值确定$\cos(\omega t + \varphi)$的值。
- 速度方向与相位的关系:速度$v = -A\omega \sin(\omega t + \varphi)$,通过速度方向确定$\sin(\omega t + \varphi)$的符号,进而确定相位的具体象限。
第一质点的相位分析
- 位移:$x_1 = 0$(平衡位置)。
- 速度方向:向负方向运动,说明速度$v_1 < 0$。
- 公式推导:
- 由$x_1 = A\cos(\omega t + \varphi_1) = 0$,得$\cos(\omega t + \varphi_1) = 0$,即$\omega t + \varphi_1 = \frac{\pi}{2} + k\pi$($k$为整数)。
- 速度$v_1 = -A\omega \sin(\omega t + \varphi_1) < 0$,需$\sin(\omega t + \varphi_1) > 0$,故$\omega t + \varphi_1 = \frac{\pi}{2} + 2n\pi$(取主值$\frac{\pi}{2}$)。
- 结论:第一质点的相位为$\varphi_1 = \frac{\pi}{2}$。
第二质点的相位分析
- 位移:$x_2 = -\frac{A}{2}$。
- 速度方向:向负方向运动,说明速度$v_2 < 0$。
- 公式推导:
- 由$x_2 = A\cos(\omega t + \varphi_2) = -\frac{A}{2}$,得$\cos(\omega t + \varphi_2) = -\frac{1}{2}$,即$\omega t + \varphi_2 = \frac{2\pi}{3}$或$\frac{4\pi}{3}$。
- 速度$v_2 = -A\omega \sin(\omega t + \varphi_2) < 0$,需$\sin(\omega t + \varphi_2) > 0$,故$\omega t + \varphi_2 = \frac{2\pi}{3}$。
- 结论:第二质点的相位为$\varphi_2 = \frac{2\pi}{3}$。
相位差计算
- 相位差:$\Delta \varphi = \varphi_2 - \varphi_1 = \frac{2\pi}{3} - \frac{\pi}{2} = \frac{\pi}{6}$。