已知一简谐振子的振动曲线如图所示,试由图求: (1)a,b,c,d,e各点的位相,及到达这些状态的时刻t各是多少?已知周期为T; (2)振动表达式; (3)画出旋转矢量图.
正确答案:
(1)设曲线方程为x=AcosΦ,其中A表示振幅,Φ=ωt+θ表示相位.
由于xa=A,所以cosΦa=1,因此 Φa=0.
由于xb=A/2,所以cosΦb=0.5,因此 Φb=±π/3;
由于位相Φ随时间t增加,b点位相就应该大于a点的位相,因此 Φb=π/3.
由于xc=0,所以cosΦc=0,
又由于c点位相大于b位相,因此Φc=π/2.
同理可得其他两点位相为:Φd=2π/3,Φe=π.c点和a点的相位之差为π/2,时间之差为T/4,而b点和a点的相位之差为π/3,时间之差应该为T/6.因为b点的位移值与O时刻的位移值相同。
所以到达a点的时刻为ta=T/6.
到达b点的时刻为tb=2ta = T/3.
到达c点的时刻为tc=ta+T/4=5T/12.
到达d点的时刻为td=tc+T/12=T/2.
到达e点的时刻为te=ta+T/2=2T/3.
(2)设振动表达式为:x=Acos(ωt+θ),
当t=0时,x=A/2时,所以cosθ=0.5,因此θ=±π/3;由于零时刻的位相小于a点的位相,所以θ=-π/3,因此振动表达式为
(3)
由于xa=A,所以cosΦa=1,因此 Φa=0.
由于xb=A/2,所以cosΦb=0.5,因此 Φb=±π/3;
由于位相Φ随时间t增加,b点位相就应该大于a点的位相,因此 Φb=π/3.
由于xc=0,所以cosΦc=0,
又由于c点位相大于b位相,因此Φc=π/2.
同理可得其他两点位相为:Φd=2π/3,Φe=π.c点和a点的相位之差为π/2,时间之差为T/4,而b点和a点的相位之差为π/3,时间之差应该为T/6.因为b点的位移值与O时刻的位移值相同。
所以到达a点的时刻为ta=T/6.
到达b点的时刻为tb=2ta = T/3.
到达c点的时刻为tc=ta+T/4=5T/12.
到达d点的时刻为td=tc+T/12=T/2.
到达e点的时刻为te=ta+T/2=2T/3.
(2)设振动表达式为:x=Acos(ωt+θ),
当t=0时,x=A/2时,所以cosθ=0.5,因此θ=±π/3;由于零时刻的位相小于a点的位相,所以θ=-π/3,因此振动表达式为

(3)

答案解析:有

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