题目
一简谐振动振幅为A,其动能和势能相等的位置为A. x = 0B. x = ±1/2 AC. x = ±√2/2 AD. x = ±A
一简谐振动振幅为A,其动能和势能相等的位置为
A. x = 0
B. x = ±1/2 A
C. x = ±√2/2 A
D. x = ±A
题目解答
答案
C. x = ±√2/2 A
解析
考查要点:本题主要考查简谐振动中动能与势能的关系,以及如何根据能量守恒确定特定位置。
解题核心思路:
在简谐振动中,总能量始终等于动能与势能之和。当动能与势能相等时,总能量被均分为两部分。利用势能公式 $E_p = \frac{1}{2}kx^2$ 和总能量公式 $E = \frac{1}{2}kA^2$,建立方程求解位移 $x$。
破题关键点:
- 能量守恒:总能量 $E = E_k + E_p$,当 $E_k = E_p$ 时,$E = 2E_k = 2E_p$。
- 势能公式:$E_p = \frac{1}{2}kx^2$,代入 $E_p = \frac{1}{2}E$ 后解方程。
步骤1:确定总能量
简谐振动的总能量为:
$E = \frac{1}{2}kA^2$
步骤2:建立动能与势能相等的条件
当动能 $E_k$ 等于势能 $E_p$ 时,总能量被均分:
$E_k = E_p = \frac{1}{2}E$
步骤3:代入势能公式
将 $E_p = \frac{1}{2}kx^2$ 和 $E = \frac{1}{2}kA^2$ 代入,得:
$\frac{1}{2}kx^2 = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2}kA^2$
步骤4:化简方程
消去公共因子 $\frac{1}{2}k$,得到:
$x^2 = \frac{1}{2}A^2$
解得:
$x = \pm \frac{\sqrt{2}}{2}A$