题目
作简谐运动的物体,由平衡位置向x轴正方向运动,由平衡位置到x=A/2处的最小相位差为( )A. pi/4B. pi/3C. pi/6D. pi/12
作简谐运动的物体,由平衡位置向x轴正方向运动,由平衡位置到$x=A/2$处的最小相位差为( ) A. $\pi/4$ B. $\pi/3$ C. $\pi/6$ D. $\pi/12$
题目解答
答案
C
解析
考查要点:本题主要考查简谐运动的相位与位移的关系,以及相位差的计算。
解题核心思路:
- 明确简谐运动的位移公式:$x = A \sin(\omega t + \phi)$,其中$\omega t + \phi$为相位。
- 确定初始相位:物体从平衡位置向正方向运动时,初始相位为$0$。
- 建立方程求解目标相位:当位移$x = \frac{A}{2}$时,代入公式求出对应相位。
- 计算相位差:目标相位与初始相位的差即为所求。
破题关键点:
- 相位与位移的对应关系:$\sin\theta = \frac{1}{2}$的解为$\theta = \frac{\pi}{6}$或$\frac{5\pi}{6}$,但需结合运动方向选择最小相位差。
步骤1:确定初始相位
物体从平衡位置($x=0$)向正方向运动,此时位移公式为$x = A \sin(\omega t + \phi)$。
当$x=0$时,$\sin(\omega t + \phi) = 0$,解得$\omega t + \phi = 0$(初相位为$0$)。
步骤2:求目标相位
当物体运动到$x = \frac{A}{2}$时,代入公式得:
$\frac{A}{2} = A \sin\theta \quad \Rightarrow \quad \sin\theta = \frac{1}{2}$
解得$\theta = \frac{\pi}{6}$或$\frac{5\pi}{6}$。
由于物体向正方向运动,相位随时间递增,故取最小的正相位$\theta = \frac{\pi}{6}$。
步骤3:计算相位差
初始相位为$0$,目标相位为$\frac{\pi}{6}$,因此最小相位差为:
$\Delta \phi = \frac{\pi}{6} - 0 = \frac{\pi}{6}$