已知一质点沿 x 轴 作简谐振动 x 轴 正方向水平向右质点的振幅是 2 厘米 t = 0 时刻质点位于 x = -1.2 厘米处且质点向 x 轴 正向运动则初相位在 ( ) 象限 A.第二 B.第四 C.第一 D.第三
已知一质点沿 x 轴 作简谐振动 x 轴 正方向水平向右质点的振幅是 2 厘米 t = 0 时刻质点位于 x = -1.2 厘米处且质点向 x 轴 正向运动则初相位在 ( ) 象限
A.第二
B.第四
C.第一
D.第三
题目解答
答案
为了确定质点沿 ( x ) 轴作简谐振动的初相位所在的象限,我们首先需要了解简谐振动的基本特性和初相位的定义。
简谐振动的一般表达式为:

其中:
( A ) 是振幅,
是角频率,
是初相位。
已知振幅 ( A = 2 ) 厘米,且在 ( t = 0 ) 时刻质点的位置为
厘米,并且质点向正方向运动。我们可以用这些信息来确定初相位
。
代入已知条件:在 ( t = 0 ) 时刻,位置为
,因此:

解决这个方程得到:

判断
的象限:由于
是负数,说明
处在第二或第三象限。
确定运动方向:质点在 ( t = 0 ) 时刻向正方向运动,即
0)" data-width="82" data-height="48" data-size="1656" data-format="png" style="">。在简谐振动中,速度
,当 ( t = 0 ) 时:

因为质点向正方向运动,所以
必须为负值。
为负值时,
处于第三象限(在第二象限时,
为正值)。
因此,综合以上信息,初相位
位于第三象限。正确答案是 D: 第三象限。
解析
考查要点:本题主要考查简谐振动的初相位确定,涉及三角函数象限的判断及运动方向与相位的关系。
解题核心思路:
- 利用初始位置确定余弦值:通过初始位置代入简谐振动方程,求出初相位的余弦值,判断可能的象限。
- 结合运动方向确定正弦值符号:通过速度方向确定初相位的正弦值符号,进一步缩小象限范围。
- 综合象限条件:结合余弦和正弦的符号,确定初相位所在的象限。
破题关键点:
- 余弦为负 → 初相位在第二或第三象限。
- 速度方向为正 → 正弦为负 → 初相位在第三或第四象限。
- 交集唯一 → 第三象限。
简谐振动的位移公式为:
$x(t) = A\cos(\omega t + \phi)$
其中,振幅 $A = 2$ 厘米,$t = 0$ 时 $x(0) = -1.2$ 厘米,且速度方向为正。
-
代入初始位置:
$x(0) = A\cos\phi \implies -1.2 = 2\cos\phi \implies \cos\phi = -0.6$
余弦为负,说明 $\phi$ 在第二或第三象限。 -
分析速度方向:
速度公式为:
$v(t) = -A\omega\sin(\omega t + \phi)$
在 $t = 0$ 时刻:
$v(0) = -A\omega\sin\phi$
因速度方向为正,故 $v(0) > 0$,即:
$-A\omega\sin\phi > 0 \implies \sin\phi < 0$
正弦为负,说明 $\phi$ 在第三或第四象限。 -
综合象限条件:
- $\cos\phi < 0$ → 第二、第三象限。
- $\sin\phi < 0$ → 第三、第四象限。
唯一交集为第三象限。