度方向则不一定,速度的方向可根据位移的具体矢量的变化去判定,也可用斜率的正负去判定.
简谐运动的周期性、对称性和多解性
1.周期性:做简谐运动的物体经过一个周期或几个周期后,能回复到原来的状态,振动的各物理量与原来状态完全相同.
2.对称性:简谐运动的对称性是指振子经过关于平衡位置对称的两个位置时,振子的位移、回复力、加速度、速度、动能、势能等均是等大的(位移、回复力、加速度的方向相反,速度的方向不确定).运动时间也具有对称性,即在关于平衡位置对称的两段位移内运动的时间相等.
3.多解性:一个做简谐运动的质点,经过时间t=nT(n为正整数),则质点必回到原状态,对应的物理量完全相同,而经过t=(2n+1)(n为正整数),则质点所处位置必与原来位置关于平衡位置对称,所对应的物理量大小相等,因此在处理一些问题时,要注意多解的可能.
一个质点在平衡位置O点附近做简谐运动,它离开O点后经过3 s时间第一次经过M点,再经过2 s第二次经过M点,该质点再经过________s第三次经过M点.若该质点由O点出发,在20 s内经过的路程是20 cm,则质点做简谐运动的振幅为________cm.
[解析] 根据简谐运动的周期性和对称性分析解决问题.作出该质点的振动图像如图所示,则M点的可能位置有两个,即对应图中的M1或M2.
第一种情况:若是位置M1,由图可知=3 s+1 s=4 s,T1=16 s,根据简谐运动的周期性,质点第三次经过M点时所需时间为一个周期减从第一次经过M点到第二次经过M点的时间,故Δt1=16 s-2 s=14 s.质点在20 s内的路程为20 cm,故由5A1=20 cm,得振幅A1=4 cm.
第二种情况:若是位置M2,由图可知=3 s+1 s=4 s,T2= s.根据对称性,质点第三次经过M点时所需时间为一个周期减从第一次经过M点到第二次经过M点的时间,故Δt2= s-2 s= s.质点在20 s内的路程为20 cm.