题目
质量为 m=10times10^-3,(kg) 的小球与轻弹簧组成的系统,按 x=0.5times10^-2cos(8pi t+(pi)/(3)) (SI) 规律作简谐振动,式中 t 以秒为单位,x 以米为单位。对此系统有:(1) 振动的圆频率为 8pi,(rad/s);(2) 周期为 0.25,(s);(3) 振幅为 0.5times10^-2,(m);(4) 在 t=1,(s) 时刻的相位为 varphi_(1)=(25)/(3)pi。则下列说法正确的是()A. (1) (2) (3) (4) 都正确B. (1) 和 (4) 是错误的C. (1) (3) 是正确的D. (2) 和 (4) 是错误的
质量为 $m=10\times10^{-3}\,\text{kg}$ 的小球与轻弹簧组成的系统,按 $x=0.5\times10^{-2}\cos\left(8\pi t+\frac{\pi}{3}\right)$ (SI) 规律作简谐振动,式中 $t$ 以秒为单位,$x$ 以米为单位。对此系统有:
(1) 振动的圆频率为 $8\pi\,\text{rad/s}$;
(2) 周期为 $0.25\,\text{s}$;
(3) 振幅为 $0.5\times10^{-2}\,\text{m}$;
(4) 在 $t=1\,\text{s}$ 时刻的相位为 $\varphi_{1}=\frac{25}{3}\pi$。
则下列说法正确的是()
A. (1) (2) (3) (4) 都正确
B. (1) 和 (4) 是错误的
C. (1) (3) 是正确的
D. (2) 和 (4) 是错误的
题目解答
答案
A. (1) (2) (3) (4) 都正确
解析
本题考查简谐振动的基本物理量,包括圆频率、周期、振幅和相位的概念及计算。解题思路是根据简谐振动的标准方程与题目所给方程进行对比,得出各物理量,再根据相关公式计算周期和特定时刻的相位,最后判断各个说法的正确性。
简谐振动的标准方程为 $x = A\cos(\omega t + \varphi)$,其中 $A$ 为振幅,$\omega$ 为圆频率,$\varphi$ 为初相位。
题目中给出的简谐振动方程为 $x=0.5\times10^{-2}\cos\left(8\pi t+\frac{\pi}{3}\right)$。
- 判断圆频率:
通过与标准方程对比,可得圆频率 $\omega = 8\pi\,\text{rad/s}$,所以说法(1)正确。 - 判断周期:
根据周期 $T$ 与圆频率 $\omega$ 的关系公式 $T=\frac{2\pi}{\omega}$,将 $\omega = 8\pi\,\text{rad/s}$ 代入可得:
$T=\frac{2\pi}{8\pi}=0.25\,\text{s}$
所以说法(2)正确。 - 判断振幅:
与标准方程对比,可得振幅 $A = 0.5\times10^{-2}\,\text{m}$,所以说法(3)正确。 - 判断 $t = 1\,\text{s}$ 时刻的相位:
相位的表达式为 $\varphi_{t}=\omega t + \varphi$,已知 $\omega = 8\pi\,\text{rad/s}$,$\varphi = \frac{\pi}{3}$,$t = 1\,\text{s}$,代入可得:
$\varphi_{1}=8\pi\times1+\frac{\pi}{3}=\frac{24\pi}{3}+\frac{\pi}{3}=\frac{25}{3}\pi$
所以说法(4)正确。