题目
弹簧振子的机械能守恒,振动动能和势能是相互转换的,并且振动物体在平衡位置处动能最大势能为0,在最大位移处的势能最大动能为0。动能和势能的变化频率与振动频率相同。 A. 正确B. 错误
弹簧振子的机械能守恒,振动动能和势能是相互转换的,并且振动物体在平衡位置处动能最大势能为0,在最大位移处的势能最大动能为0。动能和势能的变化频率与振动频率相同。
- A. 正确
- B. 错误
题目解答
答案
B
解析
考查要点:本题主要考查弹簧振子机械能守恒过程中动能与势能的转换规律,以及能量变化频率与振动频率的关系。
解题核心思路:
- 机械能守恒:弹簧振子在振动过程中,机械能(动能+势能)保持不变。
- 能量转换特点:平衡位置动能最大、势能为0;最大位移处动能为0、势能最大。
- 能量变化频率:需明确动能和势能的变化周期是否与振动周期一致。
破题关键点:
- 动能和势能的表达式:动能与速度平方成正比,势能与位移平方成正比。
- 简谐运动的平方函数特性:速度和位移的平方函数(如$\cos^2(\omega t)$和$\sin^2(\omega t)$)的频率是振动频率的两倍。
能量变化频率分析
- 振动频率定义:振子完成一次全振动(如从平衡位置出发回到初始位置)所需的时间的倒数。
- 动能与势能的周期性:
- 动能$E_k = \frac{1}{2}mv^2$,当振子速度$v = A\omega \cos(\omega t)$时,$E_k \propto \cos^2(\omega t)$。
- 势能$E_p = \frac{1}{2}kx^2$,当位移$x = A\sin(\omega t)$时,$E_p \propto \sin^2(\omega t)$。
- 平方函数的频率:$\cos^2(\omega t)$和$\sin^2(\omega t)$的周期为$\pi/\omega$,即振动周期的一半。因此,动能和势能的变化频率是振动频率的两倍。
题目结论判断
题目中“动能和势能的变化频率与振动频率相同”的说法错误,正确频率应为振动频率的两倍。因此,答案选B。