《简谐运动的表达式》简谐运动的表达式 - 人教版高考物理复习物理知识点练习 - 读趣百科

《简谐运动的表达式》简谐运动的表达式

1单选题

物体A做简谐运动的振动位移xA=3sin(100t+$\frac {π}{2}$)cm,物体B做简谐运动的振动位移xB=5sin(100t+$\frac {π}{6}$)cm,比较A、B的运动(  )

A

振幅是矢量,A的振幅是6cm,B的振幅是10cm

B

周期是标量,A、B周期相等为100s

C

A振动的频率fA等于B振动的频率fB

D

以上说法均不对

题目答案

C

答案解析

分析:

简谐运动的质点位移的最大值等于振幅.振幅和周期都是标量,由位移的表达式读出角速度,求出周期,再求得频率.

解答:

解:选项1-、振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,只有大小,没有方向,是标量.由两个质点位移的表达式读出:A的振幅为3cm,B的振幅为5cm.故选项1-错误.选项2-、周期是质点完成一次全振动的时间,只有大小,没有方向,是标量.由解析式读出两个质点的角速度均为ω=100rad/s,周期均为 T=$\frac {2π}{ω}$=$\frac {2π}{100}$=$\frac {π}{50}$s,故选项2-错误.选项3-选项4-、两个质点振动的周期相同,则由f=$\frac {1}{T}$,知它们的振动频率一定相同;故选项3-正确,选项4-错误.故选:选项3-

点评:

本题知道振动的位移方程,可运用数学知识读出振幅、角速度、相位,也能求出任意时刻质点的位移.

2单选题

有两个简谐运动的振动方程x$_1$=6sin(100πt+$\frac {π}{6}$),x$_2$=6sin(100πt+$\frac {π}{3}$),则下列说法中错误的是(  )

A

它们的振幅相同

B

它们的周期相同

C

它们的相差恒定

D

它们的振动步调一致

题目答案

D

答案解析

分析:

根据两个简谐运动的振动方程读出位移大小的最大值,即为振幅,读出角速度,求出周期.读出相位,求出其差,分析步调关系.

解答:

解:选项1-、由题,第一简谐运动的振幅为A$_1$=6,第二简谐运动的振幅也为A$_1$=6,所以它们的振幅相同.故选项1-正确.选项2-、第一简谐运动的角速度为ω$_1$=100πrad/s,其周期为T$_1$=$\frac {2π}{ω_1}$=0.02s,第二简谐运动的角速度为ω$_2$=100πrad/s,其周期为T$_2$=$\frac {2π}{ω_2}$=0.02s,周期相同.故选项2-正确.选项3-、第一简谐运动的相位为φ$_1$=100πt+$\frac {π}{6}$,第二简谐运动的相位为φ$_2$=100πt+$\frac {π}{3}$,相差为△φ=φ$_2$-φ$_1$=$\frac {π}{6}$,恒定不变.故选项3-正确.选项4-、由上看出,两个简谐运动存在相位差,步调不一致.故选项4-错误.本题选错误的,故选选项4-

点评:

本题考查对振动方程的理解,读取振幅、角速度、相位的基本能力,可根据标准方程x=Asin(ωt+φ0)对照读取.

3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.

4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.

5单选题

弹簧振子作简谐运动的频率是0.5Hz,在t=0时正好从平衡位置向右运动,则当t=3.2s时,振子(  )

A
正向右作减速运动,加速度正在增大
B
正向左作加速运动,加速度正在减小
C
正向左作减速运动,加速度正在增大
D
正向右作加速运动,加速度正在减小

题目答案

C

答案解析

分析:

弹簧振子做简谐运动,弹簧的弹力为回复力,根据牛顿第二定律判断加速度的变化,根据加速度方向与速度方向的关系判断速度的变化.

解答:

解:振子的周期是2s,当t=3.2s时,减去一个周期,即为1.2s,而1s<1.2s<1.5s;因此振子正向左,作减速运动,且加速度在增大,故C正确,ABD错误;

故选C.

点评:

要掌握弹簧振子的运动过程,同时还可知道弹簧振子在运动过程中,速度、加速度、位移、回复力、动能、势能如何变化.

6填空题

某简谐运动的位移与时间关系为:x=10sin(100πt+π)cm,由此可知该振动的振幅是cm,频率是Hz.

填空题答案仅供参考

题目答案

1050

答案解析

分析:

简谐运动的表达式为x=Asin(ωt+φ),A为振幅,ω为圆频率.根据T=$\frac {2π}{ω}$ 可求出周期.

解答:

解:根据简谐运动的表达式为x=Asin(ωt+φ),知振幅为10cm,周期T=$\frac {2π}{ω}$=$\frac {2π}{100π}$=$\frac {1}{50}$,而频率与周期的关系为f=$\frac {1}{T}$=50HZ,

故本题答案为:10cm 50Hz

点评:

解决本题的关键掌握简谐运动的表达式为x=Asin(ωt+φ),知道A为振幅,ω为圆频率.利用周期与频率关系解决

7多选题

(多选)某质点做简谐运动,其位移与时间的关系式为:x=3sin($\frac {2π}{3}$t+$\frac {π}{2}$)cm,则(  )

A
质点的振幅为3cm
B
质点振动的周期为3s
C
质点振动的周期为$\frac {2π}{3}$s
D
t=0.75s时刻,质点回到平衡位置

题目答案

ABD

答案解析

分析:

质点做简谐运动,已知位移时间关系表达式,对照公式x=Asin(ωt+φ_0),求解周期、振幅和位移.

解答:

解:A、B、C、质点做简谐运动,位移与时间的关系式为:x=3sin($\frac {2π}{3}$t+$\frac {π}{2}$)cm,对照公式x=Asin(ωt+φ_0),振幅为3cm,角频率为$\frac {2π}{3}$,根据公式ω=$\frac {2π}{T}$,周期为3s,故AB正确,C错误;

D、位移与时间的关系式为:x=3sin($\frac {2π}{3}$t+$\frac {π}{2}$)cm,t=0.75s时刻,位移为:x=0;故质点在平衡位置;故D正确;

故选:ABD.

点评:

本题关键是明确简谐运动的表达式为x=Asin(ωt+φ_0),知道其中振幅、周期、角频率、相位的求解方法.