题目
一质点作简谐振动,周期为T,当它由平衡位置向x轴正方向运动时,从二分之一最大位移处到最大位移处这段路程所需要的时间为()。A. T/12B. T/8C. T/6D. T/4
一质点作简谐振动,周期为T,当它由平衡位置向x轴正方向运动时,从二分之一最大位移处到最大位移处这段路程所需要的时间为()。
A. T/12
B. T/8
C. T/6
D. T/4
题目解答
答案
C. T/6
解析
本题考查简谐振动的运动学规律,核心在于理解质点在不同位移位置所对应的时间关系。解题的关键点在于:
- 确定振动方程:根据初始条件(从平衡位置向正方向运动),选择合适的相位表达式;
- 相位与时间的对应关系:利用三角函数求解特定位移对应的时间;
- 周期与角频率的关系:通过周期$T$与角频率$\omega$的关系($T = \frac{2\pi}{\omega}$)将时间差转换为周期的分数形式。
步骤1:建立振动方程
质点从平衡位置向正方向运动,初相位$\phi = 0$,振动方程为:
$x = A \sin(\omega t)$
其中$A$为振幅,$\omega = \frac{2\pi}{T}$为角频率。
步骤2:求二分之一最大位移处的时间$t_1$
当$x = \frac{A}{2}$时:
$\sin(\omega t_1) = \frac{1}{2} \implies \omega t_1 = \frac{\pi}{6} \implies t_1 = \frac{\pi}{6\omega}$
步骤3:求最大位移处的时间$t_2$
当$x = A$时:
$\sin(\omega t_2) = 1 \implies \omega t_2 = \frac{\pi}{2} \implies t_2 = \frac{\pi}{2\omega}$
步骤4:计算时间差
$\Delta t = t_2 - t_1 = \frac{\pi}{2\omega} - \frac{\pi}{6\omega} = \frac{\pi}{3\omega}$
步骤5:转换为周期的分数形式
由$\omega = \frac{2\pi}{T}$得:
$\Delta t = \frac{\pi}{3} \cdot \frac{T}{2\pi} = \frac{T}{6}$