某质点按余弦函数规律作简谐振动,它的初相位 phi_(0) = (pi)/(2),那么该质点振动的初始状态为A. x_(0) = -A, v_(0) = 0B. x_(0) = 0, v_(0) C. x_(0) = A, v_(0) = 0D. x_(0) = 0, v_(0) > 0
A. $x_{0} = -A$, $v_{0} = 0$
B. $x_{0} = 0$, $v_{0} < 0$
C. $x_{0} = A$, $v_{0} = 0$
D. $x_{0} = 0$, $v_{0} > 0$
题目解答
答案
解析
本题考查简谐振动的运动学方程以及初相位与初始状态的关系。解题思路是先写出简谐振动的位移和速度表达式,再将初相位代入表达式,从而得到初始时刻的位移和速度,以此判断初始状态。
简谐振动的位移表达式为:
$x = A\cos(\omega t + \phi_{0})$
其中$A$为振幅,$\omega$为角频率,$t$为时间,$\phi_{0}$为初相位。
速度是位移对时间的导数,对位移表达式求导可得速度表达式:
$v = \frac{dx}{dt} = -A\omega\sin(\omega t + \phi_{0})$
已知初相位$\phi_{0} = \frac{\pi}{2}$,求初始状态即$t = 0$时的位移$x_{0}$和速度$v_{0}$。
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计算初始位移$x_{0}$:
将$t = 0$和$\phi_{0} = \frac{\pi}{2}$代入位移表达式$x = A\cos(\omega t + \phi_{0})$中,可得:
$x_{0} = A\cos(\omega\times0 + \frac{\pi}{2}) = A\cos(\frac{\pi}{2})$
根据三角函数特殊值$\cos(\frac{\pi}{2}) = 0$,所以$x_{0} = 0$。 -
计算初始速度$v_{0}$:
将$t = 0$和$\phi_{0} = \frac{\pi}{2}$代入速度表达式$v = -A\omega\sin(\omega t + \phi_{0})$中,可得:
$v_{0} = -A\omega\sin(\omega\times0 + \frac{\pi}{2}) = -A\omega\sin(\frac{\pi}{2})$
根据三角函数特殊值$\sin(\frac{\pi}{2}) = 1$,所以$v_{0} = -A\omega$。
因为振幅$A\gt{}0$,角频率$\omega\gt{}0$,所以$v_{0}\lt{}0$。
综上,该质点振动的初始状态为$x_{0} = 0$,$v_{0} \lt 0$。