A、 dfrac (pi )(6) B、 dfrac (2pi )(3) C、 dfrac (4pi )(3) D、 dfrac (pi )(3)-|||-2、一简谐振动曲线如图所示,则该振动的初相为 ()-|||-A、 dfrac (pi )(6) B、 dfrac (2pi )(3) C、 -dfrac (2pi )(3) D、 -dfrac (pi )(6)-|||-x-|||-4-|||-o-|||-2 is-|||--2
题目解答
答案
解析
本题考查简谐振动的振动方程,核心在于根据振动曲线确定初相位。解题关键点:
- 确定振幅:由振动曲线的最大位移直接得出振幅$A=4$;
- 代入初始条件:利用$t=0$时$x=-2$,建立方程求解初相$\varphi$的可能值;
- 验证周期与相位一致性:通过$t=2$时$x=0$的条件,结合周期估算,排除不符合的解。
步骤1:确定振幅与初始方程
振动方程为$x = A\cos(\omega t + \varphi)$,由图可知振幅$A=4$。当$t=0$时,$x=-2$,代入得:
$-2 = 4\cos\varphi \implies \cos\varphi = -\frac{1}{2}$
解得$\varphi = \frac{2\pi}{3} + 2k\pi$或$\varphi = -\frac{2\pi}{3} + 2k\pi$($k$为整数)。
步骤2:利用$t=2$时$x=0$求$\omega$
当$t=2$时,$x=0$,代入方程得:
$0 = 4\cos(2\omega + \varphi) \implies \cos(2\omega + \varphi) = 0$
即:
$2\omega + \varphi = \frac{\pi}{2} + n\pi \quad (n \text{为整数})$
步骤3:结合周期排除矛盾解
-
若$\varphi = \frac{2\pi}{3}$,代入得:
$2\omega + \frac{2\pi}{3} = \frac{\pi}{2} + n\pi \implies \omega = -\frac{\pi}{12} + \frac{n\pi}{2}$
此时周期$T = \frac{2\pi}{\omega}$为负值,矛盾,舍去。 -
若$\varphi = -\frac{2\pi}{3}$,代入得:
$2\omega - \frac{2\pi}{3} = \frac{\pi}{2} + n\pi \implies \omega = \frac{7\pi}{12} + \frac{n\pi}{2}$
取$n=0$,得$\omega = \frac{7\pi}{12}$,周期$T = \frac{24}{7} \approx 3.428$秒,与图中周期估算一致。
综上,初相$\varphi = -\frac{2\pi}{3}$,对应选项C。