题目
一弹簧振子作简谐振动,总能量为E_1,如果简谐振动振幅增加为原来的3倍,重物的质量增为原来的2倍,则它的总能量E_2变为A. 3E_1B. 9E_1C. E_1/9D. E_1/3
一弹簧振子作简谐振动,总能量为$E_1$,如果简谐振动振幅增加为原来的3倍,重物的质量增为原来的2倍,则它的总能量$E_2$变为
A. $3E_1$
B. $9E_1$
C. $E_1/9$
D. $E_1/3$
题目解答
答案
B. $9E_1$
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,最后求出变化后的总能量与原来总能量的关系。
步骤一: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$E$的计算公式为$E = \frac{1}{2}kA^{2}$,其中$k$是弹簧的劲度系数,$A$是简谐振动的振幅。
步骤二:计算原来的总能量$E_1$
设原来弹簧振子的振幅为$A_1$,根据上述公式可得原来的总能量$E_1=\frac{1}{2}kA_{1}A_{1}^{2}$,这里$k_1$为原来弹簧的劲度系数。
步骤三:计算变化后的总能量$E_2$
已知简谐振动振幅增加为原来的$3$倍,即变化后的振幅$A_2 = 3A_1$;重物的质量增为原来的$2$倍,但弹簧的劲度系数$k$只与弹簧本身的性质有关,与重物质量无关,所以变化后弹簧的劲度系数\\(金融)金融”$k_2 = k_1$。
将$A_2 = 3A_1$和$k_2 = k_1$代入总能量公式,可得变化后的总能量$E_2=\frac{1}{2}k_2A_{2}^{2}=\frac{1}{2}k_1(3A_1)^{2}$。
根据幂运算可得$(3A_1)^{2}=3^{2}\times A_{1}^{2}=9A_{1}^{2}$,则$E_2=\frac{1}{2}k_1\times9A_{1}^{2}=9\times\frac{1}{2}k_1A_{1}^{2}}$。
又因为$E_1=\frac{1}{2}k_1A_{1}^{2}$,所以$E_2 = 9E_1$。