题目
一弹簧振子,重物的质量为m,弹簧的劲度系数为k,该振子作振幅为A的简谐振动。当重物通过平衡位置且向规定的正方向运动时,开始计时。则其振动方程为[]A. x=Acos(sqrt((k)/(m))t)B. x=Acos(sqrt((k)/(m))t-(pi)/(2))C. x=Acos(sqrt((m)/(k))t-(pi)/(2))D. x=Acos(sqrt((k)/(m))t+(pi)/(2))E. x=Acos(sqrt((m)/(k))t+(pi)/(2))
一弹簧振子,重物的质量为$m$,弹簧的劲度系数为$k$,该振子作振幅为$A$的简谐振动。当重物通过平衡位置且向规定的正方向运动时,开始计时。则其振动方程为[]
A. $x=A\cos(\sqrt{\frac{k}{m}}t)$
B. $x=A\cos(\sqrt{\frac{k}{m}}t-\frac{\pi}{2})$
C. $x=A\cos(\sqrt{\frac{m}{k}}t-\frac{\pi}{2})$
D. $x=A\cos(\sqrt{\frac{k}{m}}t+\frac{\pi}{2})$
E. $x=A\cos(\sqrt{\frac{m}{k}}t+\frac{\pi}{2})$
题目解答
答案
B. $x=A\cos(\sqrt{\frac{k}{m}}t-\frac{\pi}{2})$
解析
步骤 1:确定简谐振动的周期和角频率
简谐振动的周期$T$与弹簧振子的角频率$\omega$有关,它们之间的关系为$T=2\pi/\omega$。对于弹簧振子,角频率$\omega$由弹簧的劲度系数$k$和重物的质量$m$决定,即$\omega=\sqrt{k/m}$。
步骤 2:确定简谐振动的初始条件
题目中提到,当重物通过平衡位置且向规定的正方向运动时,开始计时。这意味着在$t=0$时,重物的位置$x=0$,且速度$v>0$。简谐振动的振动方程可以表示为$x=A\cos(\omega t+\phi)$,其中$A$是振幅,$\phi$是初相位。根据初始条件,当$t=0$时,$x=0$,代入振动方程得到$0=A\cos(\phi)$,因此$\phi=\pm\pi/2$。由于重物向正方向运动,速度$v>0$,所以初相位$\phi=-\pi/2$。
步骤 3:写出简谐振动的振动方程
根据步骤 1 和步骤 2 的结果,简谐振动的振动方程为$x=A\cos(\omega t-\pi/2)$,其中$\omega=\sqrt{k/m}$。因此,振动方程为$x=A\cos(\sqrt{k/m}t-\pi/2)$。
简谐振动的周期$T$与弹簧振子的角频率$\omega$有关,它们之间的关系为$T=2\pi/\omega$。对于弹簧振子,角频率$\omega$由弹簧的劲度系数$k$和重物的质量$m$决定,即$\omega=\sqrt{k/m}$。
步骤 2:确定简谐振动的初始条件
题目中提到,当重物通过平衡位置且向规定的正方向运动时,开始计时。这意味着在$t=0$时,重物的位置$x=0$,且速度$v>0$。简谐振动的振动方程可以表示为$x=A\cos(\omega t+\phi)$,其中$A$是振幅,$\phi$是初相位。根据初始条件,当$t=0$时,$x=0$,代入振动方程得到$0=A\cos(\phi)$,因此$\phi=\pm\pi/2$。由于重物向正方向运动,速度$v>0$,所以初相位$\phi=-\pi/2$。
步骤 3:写出简谐振动的振动方程
根据步骤 1 和步骤 2 的结果,简谐振动的振动方程为$x=A\cos(\omega t-\pi/2)$,其中$\omega=\sqrt{k/m}$。因此,振动方程为$x=A\cos(\sqrt{k/m}t-\pi/2)$。