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1、第1點 振動圖像的強大功能
簡諧運動的振動圖像描述的是做簡諧運動的物體的位移隨時間的變化規(guī)律,因此由振動圖像我們可以知道振動質(zhì)點各個時刻偏離平衡位置的位移.除此之外,振動圖像還有更強大的功能.
1.確定振動質(zhì)點在任一時刻的位移
如圖1所示,與t1、t2時刻對應的位移分別為x1=+7 cm、x2=-5 cm.
圖1
2.確定振動的振幅
圖中的最大位移的數(shù)值等于振幅,如圖1所示,表示的振幅是10 cm.
3.確定振動的周期和頻率
振動圖像上一個完整的正弦(或余弦)圖形在時間軸上拉開的“長度”表示周期.由圖1可知,OD、AE、BF的時間間隔都等于振動周期,T=0.2 s,頻
2、率f==5 Hz.
4.得到振動質(zhì)點的位移隨時間變化的關系
圖中表示的振動質(zhì)點的位移隨時間變化的規(guī)律為:x=10sin (10πt) cm.
5.比較各時刻速度的大小
在位移—時間圖像上,某時刻對應的圖像的斜率表示質(zhì)點的速度.圖中|kt1|<|kt2|,所以|vt1|<|vt2|.
6.確定各時刻質(zhì)點的振動方向
如圖1中,在t1時刻,質(zhì)點正遠離平衡位置運動;在t3時刻,質(zhì)點正向著平衡位置運動.
7.比較各時刻質(zhì)點的加速度的方向和大小
在圖1中,t1時刻質(zhì)點位移x1為正,加速度a1為負,兩者方向相反;t2時刻質(zhì)點位移x2為負,加速度a2為正,又因為|x1|>|x2|,所以|a1|
3、>|a2|.
8.比較不同時刻質(zhì)點的勢能、動能的大小
質(zhì)點離平衡位置的位移越大,它所具有的勢能越大,動能則越?。鐖D1所示,在t1時刻質(zhì)點的勢能Ep1大于t2時刻的勢能Ep2,而動能Ek1
4、圖像中可以看出,速度方向沿-x方向,而加速度方向沿+x方向,A錯誤;在0.01 s至0.03 s時間內(nèi),速度方向先沿-x方向,后沿+x方向,速度先減小后增大.而加速度方向始終沿+x方向,加速度大小先增大后減小,所以B正確;在第八個0.01 s內(nèi)的位移沿+x方向且逐漸增大,而速度卻在不斷減小,所以C錯誤;由題圖可知,T=0.04 s,1 s內(nèi)的周期數(shù)n==25,當回復力為零時,回復力的功率為零;當回復力最大時,質(zhì)點速度為零,回復力的功率也為零.這樣,一個周期內(nèi),功率為零的時刻有四次,因此,在每1 s內(nèi)回復力的瞬時功率為零的次數(shù)有4×25=100次,所以D正確.
答案 BD
技巧點撥 充分利用
5、圖像的直觀性,把圖像與振動過程聯(lián)系起來.例如此題可以形象的理解為振子在x軸上以坐標原點為平衡位置在2與-2之間往復運動.
1.在水平方向上做簡諧運動的質(zhì)點,其振動圖像如圖3所示.假設向右的方向為正方向,則物體的位移向左且速度向右的時間段是( )
圖3
A.0 s到1 s內(nèi)
B.1 s到2 s內(nèi)
C.2 s到3 s內(nèi)
D.3 s到4 s內(nèi)
答案 D
解析 由于規(guī)定向右為正方向,則位移向左表示位移與規(guī)定的正方向相反,這段時間應為2 s到3 s或3 s到4 s.因為要求速度向右,因此速度應為正.則滿足這兩個條件的時間間隔為3 s到4 s,D正確.
2.一個質(zhì)點做簡諧運動的
6、圖像如圖4所示,下列敘述中正確的是( )
圖4
A.質(zhì)點的振動頻率為4 Hz
B.在10 s內(nèi)質(zhì)點經(jīng)過的路程為20 cm
C.在5 s末,質(zhì)點做簡諧運動的位移為2 cm
D.t=1.5 s和t=4.5 s兩時刻質(zhì)點的位移大小相等且為 cm
答案 BCD
解析 由題目中的振動圖像可直接得到周期T=4 s,頻率f==0.25 Hz,故選項A是錯誤的.一個周期內(nèi)做簡諧運動的質(zhì)點經(jīng)過的路程是4A=8 cm,10 s為2.5個周期,故質(zhì)點經(jīng)過的路程為20 cm,選項B是正確的.
由圖像可知5 s末質(zhì)點的位移為2 cm,故C正確.質(zhì)點的位移與時間的關系為x=0.02sin (t),把t=1.5 s和t=4.5 s分別代入方程可得位移大小都是 cm,故D正確.