题目
9-14-2一弹簧下端挂以一质量m的物体时,伸长量为9.8times 10^-2 m.使物体上下振动,且规定向下为正方向.当t=0时,物体在平衡位置上方8.0times 10^-2 m处,由静止开始向下运动,可得振幅和初相为() A. 8.0times 10^-2 m 0 B. 8.0times 10^-1 m 0 C. 8.0times 10^-2 m pi D. 8.0times 10^-1 m pi
$$ 9-14-2一弹簧下端挂以一质量m的物体时,伸长量为9.8\times 10^-2\ \ m.使物体上下振动,且规定向下为正方向.当t=0时,物体在平衡位置上方8.0\times 10^-2\ \ m处,由静止开始向下运动,可得振幅和初相为() $$
- A. $$ 8.0\times 10^-2\ \ m 0\ \ $$
- B. $$ 8.0\times 10^-1\ \ m 0\ \ $$
- C. $$ 8.0\times 10^-2\ \ m \pi $$
- D. $$ 8.0\times 10^-1\ \ m \pi $$
题目解答
答案
C
解析
考查要点:本题主要考查简谐振动的振幅和初相的确定,需要结合初始条件建立振动方程。
解题核心思路:
- 振幅由物体初始位移的绝对值决定,因为物体从静止开始运动,此时位移达到最大值。
- 初相由初始时刻的位移和速度确定。由于初始速度为零,振动方程可选择余弦形式,通过初始位移符号确定相位。
破题关键点:
- 平衡位置的确定:弹簧的伸长量对应平衡位置。
- 正方向的规定:向下为正,平衡位置上方为负方向。
- 振动方程形式:根据初始速度为零,选择余弦函数形式更简洁。
振幅的确定
物体从静止开始运动,初始位移为平衡位置上方 $8.0 \times 10^{-2}\ \text{m}$,即最大位移。因此振幅为:
$A = \left| x(0) \right| = 8.0 \times 10^{-2}\ \text{m}$
初相的确定
设振动方程为 $x = A \cos(\omega t + \phi)$,代入初始条件:
- 初始位移:$x(0) = A \cos\phi = -8.0 \times 10^{-2}\ \text{m}$
由于 $A = 8.0 \times 10^{-2}\ \text{m}$,得:
$\cos\phi = -1 \quad \Rightarrow \quad \phi = \pi$ - 初始速度:$v(0) = -A \omega \sin\phi = 0$
由 $\sin\pi = 0$,满足条件。
综上,振幅为 $8.0 \times 10^{-2}\ \text{m}$,初相为 $\pi$。