题目
1.一弹簧振子作简谐振动,振幅为 A,周期为 T,其运动方程用余弦函数表示.若 t = 0时,(1) 振子在负的最大位移处,则初相为 ______________________;(2) 振子在平衡位置向正方向运动,则初相为 ________________;(3) 振子在位移为 A/2 处,且向负方向运动,则初相为 ______.
1.一弹簧振子作简谐振动,振幅为 A,周期为 T,其运动方程用余弦函数表示.若 t = 0
时,(1) 振子在负的最大位移处,则初相为 ______________________;(2) 振子在平衡位置向正方
向运动,则初相为 ________________;(3) 振子在位移为 A/2 处,且向负方向运动,则初相为 __
____.
题目解答
答案
1.π 、- π/2 、π/3 .
解析
本题考查简谐振动的运动方程及初相的确定。解题核心在于:
- 运动方程形式:题目要求用余弦函数表示,故方程为 $x(t) = A \cos(\omega t + \varphi)$;
- 初相确定:根据初始时刻的位置和速度方向,联立方程求解 $\varphi$;
- 关键点:利用余弦函数的特性判断相位,结合速度方向确定符号。
第(1)题
条件:$t=0$ 时,振子在负的最大位移处($x=-A$)。
- 代入方程:$-A = A \cos \varphi \implies \cos \varphi = -1$;
- 解得:$\varphi = \pi$(余弦函数在 $\pi$ 处取 $-1$)。
第(2)题
条件:$t=0$ 时,振子在平衡位置($x=0$)且向正方向运动。
- 位置条件:$0 = A \cos \varphi \implies \cos \varphi = 0 \implies \varphi = \frac{\pi}{2} \text{ 或 } \frac{3\pi}{2}$;
- 速度方向:速度 $v(0) = -A\omega \sin \varphi > 0 \implies \sin \varphi < 0$;
- 解得:$\varphi = -\frac{\pi}{2}$(等价于 $\frac{3\pi}{2}$,但取更简形式)。
第(3)题
条件:$t=0$ 时,振子在 $x=\frac{A}{2}$ 处且向负方向运动。
- 位置条件:$\frac{A}{2} = A \cos \varphi \implies \cos \varphi = \frac{1}{2} \implies \varphi = \frac{\pi}{3} \text{ 或 } \frac{5\pi}{3}$;
- 速度方向:速度 $v(0) = -A\omega \sin \varphi < 0 \implies \sin \varphi > 0$;
- 解得:$\varphi = \frac{\pi}{3}$($\frac{5\pi}{3}$ 时 $\sin \varphi < 0$,不符合)。