题目
已知简谐振动的位移方程 x=0.02cos(3t),则 t=(pi)/(6)(s) 时刻的速度 v=____(m/s)。
已知简谐振动的位移方程 $x=0.02\cos(3t)$,则 $t=\frac{\pi}{6}\text{s}$ 时刻的速度 $v=$____$\text{m/s}$。
题目解答
答案
根据位移方程 $ x = 0.02 \cos(3t) $,可得速度方程为:
\[
v = -0.06 \sin(3t)
\]
将 $ t = \frac{\pi}{6} $ 代入:
\[
v = -0.06 \sin\left(\frac{\pi}{2}\right) = -0.06 \, \text{m/s}
\]
因此,$ t = \frac{\pi}{6} $ 秒时刻的速度为 $ v = -0.06 \, \text{m/s} $。
答案:$ v = -0.06 \, \text{m/s} $。
解析
本题考查简谐振动中位移与速度的关系,解题思路是先根据位移对时间求导得到速度方程,再将给定的时间代入速度方程计算出该时刻的速度。
- 求速度方程:
- 已知简谐振动的位移方程为$x = 0.02\cos(3t)$。
- 根据速度的定义$v=\frac{dx}{dt}$,对位移方程$x$关于时间$t$求导。
- 根据复合函数求导公式$(f(g(x)))^\prime=f^\prime(g(x))\cdot g^\prime(x)$,对于$x = 0.02\cos(3t)$,令$u = 3t$,则$x = 0.02\cos u$。
- 先对$\cos u$关于$u$求导,$(\cos u)^\prime=-\sin u$;再对$u = 3t$关于$t$求导,$u^\prime=(3t)^\prime = 3$。
- 根据复合函数求导公式可得$\frac{dx}{dt}=0.02\times(-\sin(3t))\times3=-0.06\sin(3t)$,所以速度方程为$v=-0.06\sin(3t)$。
- 计算$t = \frac{\pi}{6}$时刻的速度:
- 将$t=\frac{\pi}{6}$代入速度方程$v=-0.06\sin(3t)$中,得到$v=-0.06\sin\left(3\times\frac{\pi}{6}\right)$。
- 先计算$3\times\frac{\pi}{6}=\frac{\pi}{2}$,则$v=-0.06\sin\left(\frac{\pi}{2}\right)$。
- 因为$\sin\left(\frac{\pi}{2}\right)=1$,所以$v=-0.06\times1=-0.06\mathrm{m/s}$。