8.有一弹簧振子在水平方向上的B、C之间做简谐运动,已知B、C间的距离为20 cm,振子在2 s内完成了10次全振动。若从某时刻振子经过平衡位置时开始计时t=0,经过周期振子有负向最大位移。
1求振子的振幅和周期;
2画出该振子的位移-时间图像;
3写出振子的振动方程。
答 案 1.选C 设弹簧劲度系数为k,位移与加速度方向相反,由牛顿第二定律得a=-,故C正确。
2.选BD 由振动图像可直接得到周期为4 s,频率f==0.25 Hz,故选项A是错误的;
一个周期内简谐运动的质点经过的路程是4A=8 cm,10 s为2.5个周期,故质点经过的路程为20 cm,选项B是正确的;
由图像知,位移与时间的关系x=Asinωt+φ0=0.02sinm。当t=5 s时,其相位ωt+φ0=5=,故C不正确;
在1.5 s和4.5 s两时刻,质点的位移相同,与振幅的关系是x′=Asin 135=A= cm,故D正确。
3.选C t=1.25 s时,振子的加速度为负,速度也为负,故A错误。t=1.7 s时,振子的加速度为正,速度为负,故B错误。t=1.0 s时,振子的速度为零,加速度为负向最大值,故C正确。t=1.5 s时,振子的速度为负向最大值,加速度为零,故D错误。
4.选AD v1、v2均沿-x方向,t1时刻,质点离平衡位置较远,速度较小,v1|x2|,x1与x2方向相反,故a1a2,且a1、a2方向相反,C错,D对。
5.选A 由简谐运动中加速度与位移的关系a=-x可知,在T/4时刻,加速度正向最大,则位移负向最大,故选项A正确。
6.选B 由题图可知A在t轴上方,位移x=0.25 cm,所以弹力F=-kx=-5 N,即弹力大小为5 N,方向指向x轴负方向,选项A不正确;
由题图可知过A点作图线的切线,该切线与x轴的正方向的夹角小于90,切线斜率为正值,即振子的速度方向指向x轴的正方向,选项B正确。由图可看出,t=0、t=4 s时刻振子的位移都是最大,且都在t轴的上方,在0~4 s内完成两次全振动,选项C错误。由于t=0时刻和t=4 s时刻振子都在最大位移处,所以在0~4 s内振子的位移为零,又由于振幅为0.5 cm,在0~4 s内振子完成了2次全振动,所以在这段时间内振子通过的路程为240.50 cm=4 cm,故选项D错误。综上所述,该题的正确选项为B。
7.解析1质点离开平衡位置的最大位移x=10 cm,所以振幅A=10 cm;
质点完成一次全振动的时间为4 s,所以周期T=4 s。
2由图像可知振幅A=10 cm,周期T=4 s, = rad/s, t=0时,x=0,所以初相位φ=0, 由此可知位移随时间的变化关系式为 x=Asint+φ=10sint cm。
答案110 cm 4 s 2x=10sint cm 8.解析1弹簧振子在B、C之间做简谐运动,故振幅A=10 cm,振子在2 s内完成了10次全振动,振子的周期T==0.2 s。
2振子从平衡位置开始计时,故t=0时刻,位移是0,经周期振子的位移为负向最大,故如图所示。
3由函数图像可知振子的位移与时间函数关系式为 x=10sin10πt+π cm。
答案110 cm 0.2 s 2见解析 3x=10sin10πt+π cm 5