题目
一物体作简谐振动,振动方程为x=Acos(omega t+(1)/(4)pi )。 在t=(T)/(4)(T为周期)时刻,物体的加速度为( )A. -(1)/(2)sqrt (2)Aomega ^2B. (1)/(2)sqrt (2)Aomega ^2C. -(1)/(2)sqrt (3)Aomega ^2D. (1)/(2)sqrt (3)Aomega ^2
一物体作简谐振动,振动方程为$x=Acos(\omega t+\frac {1}{4}\pi )$。 在$t=\frac{T}{4}$(T为周期)时刻,物体的加速度为( )
A. $-\frac {1}{2}\sqrt {2}A\omega ^2$
B. $\frac {1}{2}\sqrt {2}A\omega ^2$
C. $-\frac {1}{2}\sqrt {3}A\omega ^2$
D. $\frac {1}{2}\sqrt {3}A\omega ^2$
题目解答
答案
B. $\frac {1}{2}\sqrt {2}A\omega ^2$
解析
考查要点:本题主要考查简谐振动的运动学方程及其导数的应用,特别是加速度的计算。
解题核心思路:
- 简谐振动的加速度公式:加速度与位移成正比且方向相反,即$a = -\omega^2 x$。
- 代入特定时刻求位移:将$t = \frac{T}{4}$代入振动方程$x = A\cos(\omega t + \frac{\pi}{4})$,计算此时的位移$x$。
- 结合公式求加速度:将位移代入加速度公式即可得到结果。
破题关键点:
- 周期与角频率关系:$\omega = \frac{2\pi}{T}$,用于简化相位计算。
- 三角函数值的准确计算:如$\cos\frac{3\pi}{4} = -\frac{\sqrt{2}}{2}$。
步骤1:计算$t = \frac{T}{4}$时的相位
将$t = \frac{T}{4}$代入振动方程的相位项:
$\omega t + \frac{\pi}{4} = \omega \cdot \frac{T}{4} + \frac{\pi}{4} = \frac{2\pi}{T} \cdot \frac{T}{4} + \frac{\pi}{4} = \frac{\pi}{2} + \frac{\pi}{4} = \frac{3\pi}{4}.$
步骤2:求位移$x$
代入相位$\frac{3\pi}{4}$到振动方程中:
$x = A\cos\left(\frac{3\pi}{4}\right) = A \cdot \left(-\frac{\sqrt{2}}{2}\right) = -\frac{\sqrt{2}}{2}A.$
步骤3:求加速度$a$
根据加速度公式$a = -\omega^2 x$,代入$x$的值:
$a = -\omega^2 \cdot \left(-\frac{\sqrt{2}}{2}A\right) = \frac{\sqrt{2}}{2}A\omega^2.$