题目
一质点做简谐振动,振幅为A,在起始时刻质点位移为 ,且向x轴负方向运动,则此简谐振动可用下列哪幅图表示( )。ABCD
一质点做简谐振动,振幅为A,在起始时刻质点位移为
,且向x轴负方向运动,则此简谐振动可用下列哪幅图表示( )。
A

B

C

D

题目解答
答案
由题意,
“振幅为A,在起始时刻质点位移为
,且向x轴负方向运动”
结合矢量旋转法的规定,可知:
此时 x<0,v<0。
故本题答案为:B
解析
本题考查简谐振动的初始条件与振动图像的对应关系。解题核心在于:
- 确定初始时刻的位移和速度方向;
- 结合旋转矢量法或相位分析,判断振动的初始相位;
- 根据相位关系,选择符合初始条件的振动图像。
关键点在于:当位移为负且速度方向为负时,振动处于第三象限(旋转矢量法视角),对应图像在初始时刻向下倾斜。
步骤1:分析初始条件
- 位移:$x(0) = -\dfrac{A}{2}$,说明质点在初始时刻位于平衡位置左侧$\dfrac{A}{2}$处。
- 速度方向:向$x$轴负方向运动,即速度$v < 0$。
步骤2:旋转矢量法分析
用旋转矢量表示简谐振动:
- 矢量长度为振幅$A$,角位置$\theta$对应相位。
- 位移$x = A \sin\theta$,速度$v = A\omega \cos\theta$。
根据初始条件:
- 位移条件:$-A/2 = A \sin\theta \implies \sin\theta = -\dfrac{1}{2}$,解得$\theta = \dfrac{7\pi}{6}$或$\dfrac{11\pi}{6}$。
- 速度条件:$v < 0 \implies \cos\theta < 0$(因$A\omega > 0$)。
结合上述条件,$\cos\theta < 0$时,$\theta$应在第二或第三象限。但$\sin\theta = -\dfrac{1}{2}$对应第三或第四象限。因此,唯一解为$\theta = \dfrac{7\pi}{6}$(第三象限)。
步骤3:判断振动图像
此时振动处于第三象限,对应图像在$t=0$时:
- 位移为$-A/2$;
- 曲线斜率为负(速度向下)。
选项中只有B图满足这两个条件。