题目
在弹簧振子的简谐振动中,如果振幅增加一倍,那么系统的总能量会如何变化?A. 不变B. 增加一倍C. 增加四倍D. 减少一半
在弹簧振子的简谐振动中,如果振幅增加一倍,那么系统的总能量会如何变化?
A. 不变
B. 增加一倍
C. 增加四倍
D. 减少一半
题目解答
答案
C. 增加四倍
解析
考查要点:本题主要考查弹簧振子简谐振动中总能量与振幅的关系,需要掌握总能量的公式及其与振幅的依赖关系。
解题核心思路:
总能量公式是关键,即 $E = \frac{1}{2}kA^2$,其中 $A$ 是振幅。总能量与振幅的平方成正比,因此振幅变化时,总能量的变化是平方倍数关系。
破题关键点:
- 明确总能量由最大弹性势能或最大动能决定,二者相等。
- 代入振幅变化后的值,计算总能量的变化倍数。
弹簧振子的总能量 $E$ 在简谐振动中始终保持不变,其公式为:
$E = \frac{1}{2}kA^2$
其中 $k$ 是弹簧的劲度系数,$A$ 是振幅。
振幅增加一倍时,新的振幅为 $2A$,代入公式得:
$E_{\text{新}} = \frac{1}{2}k(2A)^2 = \frac{1}{2}k \cdot 4A^2 = 4 \cdot \frac{1}{2}kA^2 = 4E$
因此,总能量变为原来的 4倍,即 增加四倍。