大学物理A第九章 简谐振动(2)

2019-06-04 23:26

(A)??3和?2?1?5?3、?A; (B)?和?、?A; 326623?2??22、?、?A; (D)?和?A。

33422x A (C)??4和?9-36 图中所画的是两个简谐振动的振动曲线,若这两个简谐振动可叠加,且合振动方程以余弦形式表示,则其合振动的初相位为( D)

(A)

3??;(B)π;(C);(D)0。 22O A2t

9-37 如图为简谐振动的速度—时间关系曲线,其振动初相为 ( A ) (A) ?t(s)- -3

9-38两个同频率同振幅的简谐振动曲线如图所示,其合振动的振幅为 ( A ) x (A) A

03A(B) 3A 2(C) 2A (D) 0

A0 t(s)5?? (B) ? 66??(C) (D)

63V(m/s))) 1.50 9-39一简谐运动曲线如图所示,则运动周期是( B ) (A)2.62s (B)2.40s (C)2.20s (D)2.00s

9-40一质点作简谐振动的振动方程为x?Acos(?t??),当

t?T4(T为周期)时,质点的速度为( C )

(A)?A?sin?; (B)A?sin?; (C)?A?cos?; (D)A?cos?。

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9-41 两个同频率、同振动方向、振幅均为A的简谐振动,合成后振幅为2A,则这两个简谐振动的相位差为( B )

(A) 60°; (B) 90°; (C) 120°; (D) 180°。

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三、 计算题(每题10分)

9-42质量为0.10 kg的物体作振幅为1.0?10m的简谐振动,其最大加速度为4.0m/s2,求: (1)物体的振动周期;

(2)物体通过平衡位置时的动能和总能量;

(3)物体在何处其动能与势能相等?

(4)当物体的位移大小为振幅的一半时,动能和势能各占总能量的多少?

9-43(本题10分)一质点沿x轴作简谐振动,振幅为0.12m,周期为2s,当t?0时,质点的位置在0.06m处,且向x轴正方向运动。求:(1)质点振动的运动方程;(2)t?0.5s时,质点的位置、速度、加速度;(3)由x??0.06m处,且向x负方向运动时算起,再回到平衡位置所需的最短时间。

9-44一个沿X轴作简谐振动的小球,振幅A=0.04m,速度最大值 Vm=0.06m/s.若取速度为正的最大值时t=0.求:(1)振动频率?; (2)加速度的最大值;(3)振动表达式.

?2解:1) vm =?A

?? vm/A =0.06/0.04=1.5 rad/s (2分)

A φ0 X ?1.5????0.24Hz (2分)?

2?2?2) am= ?2A =1.52×0.04=0.09 m/s2 (2分)

3) t=0 时 v>0, 且小球过平衡位置,由旋转矢量图可得:

?? ?0?? (2分) X=0.04cos(1.5t-) (SI) (2分)

22

9-45质量为0.01kg的物体沿x轴作作简谐振动,振幅为10cm、周期为4.0s,当t = 0时,物体位于x0??0.05m处,且物体向x轴负向运动。求:

⑴ 物体的振动方程;

⑵ t = 1s时,物体的位移和所受的力;

⑶ 物体从起始位置运动到x =5.0cm处的最短时间。 【解】??2???12??(s) (1分) 初相位?? (2分) T23 第 8 页,共12页

⑴ 物体的振动方程 x?0.10cos(⑵ t = 1s时,物体的位移

?2t?2?)m (2分) 3(.0? x?0.10cos1?2?物体受力F??m?2x??10?10?2?)m=?8.66?10?2m (1分) 3?2?3?2?34?(?8.66?10)?2.14?10(N) (2分)

⑶物体从起始位置到达x =5.0cm处的时间 t?????2(s) (2分) ??29-46质量为0.01kg的物体沿x轴作作简谐振动,振幅为0.08m、周期为4.0s,起始时刻物体在x=0.04m处,且物体向x轴负向运动(如图所示)。求:

⑴ 物体的振动方程;

⑵ t = 1s时,物体的位移和所受的力;

⑶ 物体从起始位置运动到x = -0.04m处的最短时间。 (10分)

x/m -0.08 -0.04 O 0.04 0.08 9-47一轻弹簧的劲度系数为200N?m-1,现将质量为4kg的物体悬挂在该弹簧的下端,使其在平衡位置下方0.1m处由静止开始运动,由此时刻开始计时,并取平衡位置为坐标原点、向下为x轴正向,求:

⑴ 物体的振动方程;

⑵ 物体在平衡位置上方5cm处,弹簧对物体的拉力;(g?9.8m/s)

⑶ 物体从第一次越过平衡位置时刻起到它运动到上方5cm处所需的时间(结果允许带根号)。

解:1)由受力分析可知:F合?mg?k?x?l0? 其中在重力的作用下使得弹簧伸长l0,则有mg?kl0 所以F合??kx解方程得x?Acos??t??? 2分 当t=0s时,x0?0.1m,v0?0 可得 A=0.1m,??0 1分

?2??k?52 1分 m所以振动方程为 x?0.1cos(52t) 2分 2)F??k(?0.05?l0)??mg?0.05k??29.2N 2分

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3)从平衡位置到上方5cm处, t??62??s 2分 ?609-48 一物体沿x轴方向作简谐振动,振幅为0.06m、周期为2.0s,当t = 0时,位移为0.03m,且向x轴正向运动。求:

⑴ 物体的振动方程;

⑵ t = 1s时,物体的位移、速度和加速度;

⑶ 物体从x = -0.03cm处向x轴负向运动到达平衡位置至少需要多少时间所需的时间。 9-49 一弹簧振子沿x轴作简谐振动,已知振动物体最大位移为xm=0.4m,最大恢复力为Fm=0.8N,最大速度为Vm?0.8?m/s,又知t=0的初位移为+0.2m,且初速度与所选x轴方向相反。(1)求振动能量。(2)求此振动的表达式。 解:振幅A=xm=0.4m 1分

Fm=0.8N=kA k=2 2分

Vm?0.8?m/s?A? ??2? 2分

当t=0s时,x=0.2m,v<0 ???3 2分 (1)振动的能量E?kA2?0.16J 1分 (2)振动方程x?0.4cos?2?t??3? 2分

12 第 10 页,共12页


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