[题目]某振动质点的 x-t 曲线如图所示,试求:-|||-(1)运动方程;(2)点P对应的相位;(3)到-|||-达P相应位置所需时间。-|||-x m-|||-0.10 P-|||-0.05-|||-o 4.0

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查简谐振动的运动方程建立、相位概念及时间计算。
解题思路:
- 确定振幅:从x-t曲线的最大位移直接读取振幅A。
- 利用平衡位置条件求角频率:当质点处于平衡位置(x=0)时,相位为π(对应答案中的t=4.0秒)。
- 初相确定:通过初始时刻的位置(t=0时x=0.05 m)求初相φ。
- 相位与时间关系:根据给定位置x=0.05 m,解方程求对应相位及时间。
第(1)题:运动方程
确定振幅
从图中最大位移读出振幅:
$A = 0.10 \, \text{m}$
利用平衡位置求角频率
当 $t=4.0 \, \text{s}$ 时,质点处于平衡位置(x=0),代入运动方程:
$0 = 0.1 \sin\left(\omega \cdot 4 + \phi\right)$
此时相位为 $\pi$(对应平衡位置向负方向运动),得:
$\omega \cdot 4 + \phi = \pi$
利用初始位置求初相
当 $t=0$ 时,$x=0.05 \, \text{m}$,代入方程:
$0.05 = 0.1 \sin\phi \implies \sin\phi = 0.5 \implies \phi = \frac{\pi}{6}$
联立求角频率
将 $\phi = \frac{\pi}{6}$ 代入平衡位置条件:
$\omega \cdot 4 + \frac{\pi}{6} = \pi \implies \omega = \frac{5\pi}{24}$
综上,运动方程为:
$x = 0.1 \sin\left(\frac{5\pi}{24} t + \frac{\pi}{6}\right)$
第(2)题:点P对应的相位
当 $x=0.05 \, \text{m}$ 时,代入方程:
$0.05 = 0.1 \sin\left(\frac{5\pi}{24} t + \frac{\pi}{6}\right) \implies \sin\theta = 0.5$
解得相位 $\theta = \frac{\pi}{2}$(取第一象限解,对应质点向正方向运动)。
第(3)题:到达P点所需时间
由 $\frac{5\pi}{24} t + \frac{\pi}{6} = \frac{\pi}{2}$,解得:
$t = \frac{\frac{\pi}{2} - \frac{\pi}{6}}{\frac{5\pi}{24}} = \frac{\frac{\pi}{3}}{\frac{5\pi}{24}} = 1.6 \, \text{s}$