一个做简谐运动的弹簧振子,振幅为A,设振 - 考试试题及答案解析 - 读趣百科
单选题

一个做简谐运动的弹簧振子,振幅为A,设振子第一次从平衡位置运动到x=$\frac {A}{2}$处所经最短时间为t$_1$,第一次从最大正位移处运动到x=$\frac {A}{2}$处所经最短时间为t$_2$,关于t$_1$与t$_2$,以下说法正确的是(  )

A
t$_1$=t$_2$
B
t$_1$<t$_2$
C
t$_1$>t$_2$
D
无法判断

题目答案

B

答案解析

分析:

做简谐运动的弹簧振子做变加速运动,振子远离平衡位置时速度减小,相反靠近平衡位置时速度增大,根据振子的运动情况分析确定时间关系.

解答:

解:根据振子远离平衡位置时速度减小,靠近平衡位置时速度增大可知,振子第一次从平衡位置运动到x=$\frac {1}{2}$A处的平均速度大于第一次从最大正位移处运动到x=$\frac {1}{2}$A处的平均速度,而路程相等,说明t$_1$<t$_2$.

故选:B.

点评:

解答本题关键要理解并掌握振子的运动情况,也可以通过作振动图象进行分析.

举一反三
单选题

一弹簧振子做简谐运动,周期为T(  )

A
若t时刻和(t+△t)时刻振子位移大小相等、方向相同,则△t一定等于T的整数倍
B
若t时刻和(t+△t)时刻振子运动速度大小相等、方向相反,则△t一定等于$\frac {T}{2}$的整数倍
C
若△t=$\frac {T}{2}$,则在t时刻和(t+△t)时刻振子运动的加速度大小一定相等
D
若△t=$\frac {T}{2}$,则在t时刻和(t+△t)时刻弹簧的长度一定相等

题目答案

C

答案解析

分析:

做简谐运动的弹簧振子,振子的位移是指振子离开平衡位置的位移,从平衡位置指向振子所在的位置,通过同一位置,位移总是相同.速率相同,但速度有两种方向,可能不同.加速度与位移的关系是a=-$\frac {kx}{m}$.

解答:

解:

A、在t时刻和(t+△t)时刻振子的位移大小相等,方向相同,所以这两时刻振子通过同一个位置,而每一个周期内,振子两次出现在同一个位置上.所以当速度方向相同时,则△t可以等于T的整数;当速度方向相反时,则△t不等于T的整数.故A错误;

B、若t时刻和(t+△t)时刻振子运动速度大小相等,方向相反,则△t可能等于$\frac {T}{2}$的整数倍,也可能大于$\frac {T}{2}$的整数倍,也可能小于$\frac {T}{2}$的整数倍,故B错误;

C、D、当△t=$\frac {T}{2}$,则在t时刻和(t+△t)时刻振子的位置关于平衡位置对称或经过平衡位置,所以这两时刻位移的大小一定相等,由a=-$\frac {kx}{m}$可知加速度大小一定相等.但弹簧的状态不一定相同,则长度不一定相等,故C正确,D错误;

故选:C

点评:

本题考查对简谐运动物理量及其变化的理解程度,可通过过程分析理解掌握.简谐运动中速度与加速度的大小变化情况是相反.也可以作出振动图象进行分析.

单选题

弹簧振子作简谐运动,t$_1$时刻速度为v,t$_2$时刻也为v,且方向相同.已知(t$_2$-t$_1$)小于周期T,则(t$_2$-t$_1$)(  )

A
可能大于四分之一周期
B
一定小于四分之一周期
C
一定小于二分之一周期
D
可能等于二分之一周期

题目答案

A

答案解析

分析:

弹簧振子作简谐运动时,加速度方向与位移方向总是相反.当振子离开平衡位置时,速度与位移方向相同,当振子靠近平衡位置时,速度与位移方向相反.振子通过平衡位置时,速度最大,加速度为零.振子在不同位置,速度相同,则由对称性可知,这两位置关于平衡位置对称.

解答:

解:t$_1$时刻速度为v,t$_2$时刻也为v,且方向相同.则有这两位置关于平衡位置对称.由于(t$_2$-t$_1$)小于周期T,

A、当这位置靠近最大位置附近,且t$_1$时刻速度方向指向平衡位置时,则有(t$_2$-t$_1$)大于四分之一周期,故A正确;

B、当这位置靠近平衡位置附近,且t$_1$时刻速度方向指向平衡位置时,则有(t$_2$-t$_1$)小于四分之一周期,但不是一定故B错误;

C、当这位置靠近平衡位置附近,且t$_1$时刻速度方向指向最大位置时,则有(t$_2$-t$_1$)大于二分之一周期,故C错误;

D、当这位置靠近平衡位置附近,且t$_1$时刻速度方向指向最大位置时,则有(t$_2$-t$_1$)大于二分之一周期,不可能等于二分之一周期,故D错误;

故选:A.

点评:

此题中振子每次通过同一位置时,加速度、回复力、位移、动能、势能都相同.同时利用简谐运动的对称性.基础题

单选题

下列说法正确的是(  )

A
物体完成一次全振动,通过的移位是4个振幅
B
物体在$\frac {1}{4}$个周期内,通过的路程是1个振幅
C
物体在一个周期内,通过的路程是4个振幅
D
物体在$\frac {3}{4}$个周期内,通过的路程是3个振幅

题目答案

C

答案解析

分析:

物体完成一次全振动,通过的路程是4个振幅,位移为零.在半个周期内通过的路程是2个振幅,但在$\frac {1}{4}$个周期内,通过的路程不一定是1个振幅,在$\frac {3}{4}$个周期内,通过的路程不一定是3个振幅,与起点的位置有关.

解答:

解:A、物体完成一次全振动,回到原来的位置,通过的位移为零,故A错误.

B、物体在$\frac {1}{4}$个周期内,通过的路程不一定是1个振幅,与物体的起点位置有关,只有当物体从平衡位置或最大位移处出发时,在$\frac {1}{4}$个周期内,通过的路程才是1个振幅,故B错误.

C、根据对称性可知,物体在一个周期内,通过的路程是4个振幅,故C正确.

D、物体在$\frac {3}{4}$个周期内,通过的路程不一定是3个振幅,还与物体的起点位置有关,只有当物体从平衡位置或最大位移处出发时,在$\frac {3}{4}$个周期内,通过的路程才是3个振幅,故D错误.

故选:C.

点评:

对于振动的路程,可结合振动的周期性和对称性理解,要注意观察的起点,有些结论不是普遍成立的.

单选题

有一弹簧振子,振幅为0.8cm,周期为0.5s,初始时具有负方向的最大加速度,则它的振动方程是(  )

A
x=8×10_sin(4πt+$\frac {π}{2}$)m
B
x=8×10_sin(4πt-$\frac {π}{2}$)m
C
x=8×10_sin(πt+$\frac {3π}{2}$)m
D
x=8×10_sin($\frac {π}{4}$t+$\frac {π}{2}$)m

题目答案

A

答案解析

分析:

t=0时刻具有负方向的最大加速度,说明振子的位移是正向最大.由周期求出圆频率ω,即可由x=Asin(ωt+φ_0)求出简谐振动方程.

解答:

解:由题,t=0时刻具有负方向的最大加速度,根据a=-$\frac {kx}{m}$知,振子的初始位移是正向最大,则位移表达式x=Asin(ωt+φ_0)中,φ_0=$\frac {π}{2}$;

圆频率ω=$\frac {2π}{T}$=$\frac {2π}{0.5}$rad/s=4πrad/s,则位移表达式为 x=Asin(ωt+φ_0)=0.8sin(4πt+$\frac {π}{2}$)(cm)=0.008sin(4πt+$\frac {π}{2}$)m.

故选:A.

点评:

书写简谐运动方程时,关键要确定三个要素:振幅A、圆频率ω和初相位φ_0.

单选题

有一弹簧振子,振幅为0.8cm,周期为0.5s,初始时具有正方向的最大位移,则它的振动方程是(  )

A
x=8×10_sin(4πt+$\frac {π}{2}$)m
B
x=8×10_sin(4πt-$\frac {π}{2}$)m
C
x=8×10_sin(πt+$\frac {3π}{2}$)m
D
x=8×10_sin($\frac {π}{4}$t+$\frac {π}{2}$)m

题目答案

A

答案解析

分析:

t=0时刻振子的位移是正向最大.由周期求出圆频率ω,即可由x=Asin(ωt+φ_0)求出简谐振动方程.

解答:

解:周期为0.5s,则角速度为:ω=$\frac {2π}{T}$=$\frac {2π}{0.5}$rad/s=4πrad/s

振子的初始位移是正向最大,则位移表达式x=Asin(ωt+φ_0)中,φ_0=$\frac {π}{2}$;

则位移表达式为 x=Asin(ωt+φ_0)=0.8sin(4πt+$\frac {π}{2}$)(cm)=8×10_sin(4πt+$\frac {π}{2}$)m.

故A正确,BCD错误,

故选:A.

点评:

书写简谐运动的方程,关键要抓住三个要素:振幅、圆频率和初相位.

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