一质点按如下规律沿x轴做简谐振动:=0.1cos (8pi t+dfrac (2)(3)pi )(SI)-|||-__。求此振动的周期、振幅、初相、速度最大值和加速度最大值。
一质点按如下规律沿x轴做简谐振动:
。求此振动的周期、振幅、初相、速度最大值和加速度最大值。
题目解答
答案
振动的周期:

振幅:

初相:
在
中令t=0,可得

速度最大值:
对t求一次导
得到

所以

加速度最大值:
对时间t求两次
导得到

所以

解析
考查要点:本题主要考查简谐振动的基本参数(周期、振幅、初相)的识别,以及速度和加速度最大值的计算。
解题核心思路:
- 识别标准形式:将题目给出的振动方程与简谐振动的标准形式 $x = A\cos(\omega t + \phi)$ 对比,直接提取振幅 $A$、角频率 $\omega$ 和初相 $\phi$。
- 周期公式:周期 $T = \frac{2\pi}{\omega}$。
- 速度与加速度的最大值:速度最大值为 $A\omega$,加速度最大值为 $A\omega^2$。
破题关键点:
- 正确提取参数:注意方程中的系数对应标准形式中的参数。
- 导数计算:通过求导得到速度和加速度的表达式,分析其最大值。
1. 周期
根据周期公式 $T = \frac{2\pi}{\omega}$,题目中 $\omega = 8\pi$,代入得:
$T = \frac{2\pi}{8\pi} = 0.25 \, \text{秒}.$
2. 振幅
直接从方程中读出振幅 $A = 0.1$。
3. 初相
当 $t = 0$ 时,相位为 $\frac{2}{3}\pi$,因此初相 $\phi = \frac{2}{3}\pi$。
4. 速度最大值
对位移求导得速度:
$v = \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} = -0.1 \cdot 8\pi \sin(8\pi t + \frac{2}{3}\pi) = -0.8\pi \sin(8\pi t + \frac{2}{3}\pi).$
速度最大值为 $A\omega = 0.1 \cdot 8\pi = 0.8\pi \approx 2.5 \, \text{m/s}$。
5. 加速度最大值
对速度再求导得加速度:
$a = \frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}t} = -0.8\pi \cdot 8\pi \cos(8\pi t + \frac{2}{3}\pi) = -6.4\pi^2 \cos(8\pi t + \frac{2}{3}\pi).$
加速度最大值为 $A\omega^2 = 0.1 \cdot (8\pi)^2 = 6.4\pi^2 \approx 63 \, \text{m/s}^2$。