一质点在水平方向作简谐振动,设向右为X轴的正方向t=0时,质点在A/2处,且向左运动,则初相为()A. (pi)/(3)B. (2pi)/(3)C. (pi)/(6)D. -(pi)/(3)
A. $\frac{\pi}{3}$
B. $\frac{2\pi}{3}$
C. $\frac{\pi}{6}$
D. $-\frac{\pi}{3}$
题目解答
答案
解析
本题考查简谐振动的运动学方程及初相的确定。解题思路是先写出简谐振动的运动学方程,再根据给定的初始条件确定初相。
简谐振动的运动学方程为$x = A\cos(\omega t + \varphi)$,其中$A$是振幅,$\omega$是角频率,$\varphi$是初相。
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根据$t = 0$时质点的位置确定初相的可能值:
已知$t = 0$时,质点在$x=\frac{A}{2}$处,将$t = 0$,$x=\frac{A}{2}$代入运动学方程$x = A\cos(\omega t + \varphi)$中,可得:
$\frac{A}{2}=A\cos(\omega\times0 + \varphi)=A\cos\varphi$
两边同时除以$A$($A\neq0$),得到$\cos\varphi=\frac{1}{2}$。
根据余弦函数的性质,$\cos\varphi=\frac{1}{2}$时,$\varphi=\pm\frac{\pi}{3}+2k\pi$,$k\in Z$。 -
根据$t = 0$时质点的运动方向确定初相:
简谐振动的速度方程为$v = -A\omega\sin(\omega t + \varphi)$。
已知$t = 0$时,质点向左运动,即$v\lt0$。
将$t = 0$代入速度方程$v = -A\omega\sin(\omega t + \varphi)$中,可得$v=-A\omega\sin\varphi\lt0$。
因为$A\gt0$,$\omega\gt0$,所以$\sin\varphi\gt0$。
当$\varphi=\frac{\pi}{3}$时,$\sin\frac{\pi}{3}=\frac{\sqrt{3}}{2}\gt0$;当$\varphi=-\frac{\pi}{3}$时,$\sin(-\frac{\pi}{3})=-\frac{\sqrt{3}}{2}\lt0$。
所以满足$\sin\varphi\gt0$的初相$\varphi=\frac{\pi}{3}$。