题目
[题目]有一弹簧振子沿x轴运动,平衡位置在-|||-x=0 处,周期为T,振幅为 _(0)t=0 时,振子过 =dfrac (A)(2)-|||-处向x轴负方向运动,其运动方程可表示为 ()-|||-A. =Acos dfrac (pi )(2)t-|||-B. =dfrac (A)(2)cos dfrac (pi )(2)t-|||-C. =-Asin (dfrac (2pi )(T)t+dfrac (pi )(3))-|||-D. =Acos (dfrac (2pi )(T)t+dfrac (pi )(3))
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查简谐运动的运动方程表达式,涉及振幅、周期、初相位的确定,以及初始条件的应用。
解题核心思路:
- 确定角频率:根据周期$T$,角频率$\omega = \dfrac{2\pi}{T}$,排除不符合的选项。
- 验证振幅:运动方程的振幅应与题目中的$A$一致,排除振幅不符的选项。
- 代入初始条件:将$t=0$时$x=\dfrac{A}{2}$代入选项,结合速度方向判断初相位。
破题关键点:
- 排除法:通过振幅和角频率快速排除错误选项。
- 速度方向判断:通过导数确定速度方向,验证初相位的合理性。
选项筛选
-
振幅与角频率:
- 选项B的振幅为$\dfrac{A}{2}$,与题目中振幅$A$不符,排除。
- 选项A的角频率为$\dfrac{x}{2}$,未体现周期$T$,排除。
- 选项C和D的角频率均为$\dfrac{2\pi}{T}$,符合$\omega = \dfrac{2\pi}{T}$,保留。
-
初始位置验证:
- 选项D:当$t=0$时,
$x = A\cos\left(\dfrac{2\pi}{T} \cdot 0 + \dfrac{\pi}{3}\right) = A\cos\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = A \cdot \dfrac{1}{2} = \dfrac{A}{2},$
符合初始位置。 - 选项C:当$t=0$时,
$x = -A\sin\left(\dfrac{2\pi}{T} \cdot 0 + \dfrac{\pi}{3}\right) = -A\sin\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = -A \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2},$
与初始位置$\dfrac{A}{2}$不符,排除。
- 选项D:当$t=0$时,
-
速度方向验证:
- 选项D的速度为:
$v = \dfrac{dx}{dt} = -A \cdot \dfrac{2\pi}{T} \sin\left(\dfrac{2\pi}{T}t + \dfrac{\pi}{3}\right).$
当$t=0$时,
$v = -A \cdot \dfrac{2\pi}{T} \sin\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = -A \cdot \dfrac{2\pi}{T} \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2} < 0,$
说明振子向$x$轴负方向运动,符合题意。
- 选项D的速度为: