题目
一弹簧振子作简谐振动,总能量为E_1,如果振幅增加为原来的两倍,振子的质量增为原来的四倍,则它的总能量E_2变为A. E_1/2B. E_1/4C. 4E_1D. 2E_1
一弹簧振子作简谐振动,总能量为E_1,如果振幅增加为原来的两倍,振子的质量增为原来的四倍,则它的总能量E_2变为
A. E_1/2
B. E_1/4
C. 4E_1
D. 2E_1
题目解答
答案
C. 4E_1
解析
本题考查简谐振动总能量的计算,解题思路是先明确简谐振动总能量的计算公式,再根据题目题目中振幅和质量的变化情况,分别计算出变化前后的总能量,最后得出总能量的变化关系。
步骤一一:明确简谐振动总能量的计算公式
对于弹簧振子的简谐振动,其总能量\\(E = \frac{1}{2}kA^{2}\),其中其中$k$是弹簧的劲度系数,$A$是振幅。
步骤二:计算初始总能量 能量$E_1$
设原来弹簧振子的总能量为$E_1$,根据上述公式可得$E_1=\frac{1}{2}kA_1^{2}}$,其中$A_1$是原来的振幅。
步骤三:计算变化后的总能量$E_2$
已知振幅增加为原来的两倍,即新的振幅$A_2 = 2A_1$;振子的质量增为原来的四倍,但弹簧振子的总能量公式中不涉及质量$m$,所以质量的变化不影响总能量的计算。
将$A_2 = 2A_1$代入总能量公式,可得变化后的总能量$E_2=\frac{1}{2}kA_2^{2}=\frac{1}{2}k(2A_1)^{2}$。
根据幂运算法则$(ab)^n=a^nb^n$,对上式进行化简:
\(2A_1)^{2}=2^{2}\times A_1^{2}=4A_1^{2}
所以$E_2=\frac{1}{2}k\times4A_1^{2}=4\times\frac{1}{2}kA_1^{2}$。
又因为$E_1=\frac{1}{2}kA_1^{2}$,所以$E_2 = 4E_1$。