3.一个质点做简谐运动,振幅是4 cm,频率为2.5 Hz,该质点从平衡位置起向正方向运动,经2.5 s,质点的位移和路程分别是( )
A.4 cm、24 cm B.-4 cm、100 cm
C.0、100 cm D.4 cm、100 cm
解析:选D 由f=得T==0.4 s,Δt=2.5 s=6T。每个周期质点通过的路程为4×4 cm=16 cm,故质点的总路程s=6×16 cm=100 cm,质点0时刻从平衡位置向正向位移运动,经过周期运动到正向最大位移处,即位移x=4 cm,故D项正确。
对简谐运动表达式的理解
做简谐运动的物体位移x随时间t变化的表达式:
x=Asin(ωt+φ)
(1)x:表示振动质点相对于平衡位置的位移。
(2)A:表示振幅,描述简谐运动振动的强弱。
(3)ω:圆频率,它与周期、频率的关系为ω==2πf。
可见ω、T、f相当于一个量,描述的都是振动的快慢。
(4)ωt+φ:表示相位,描述做周期性运动的物体在各个不同时刻所处的不同状态,是描述不同振动的振动步调的物理量。它是一个随时间变化的量,相当于一个角度,相位每增加2π,意味着物体完成了一次全振动。
(5)φ:表示t=0时振动质点所处的状态,称为初相位或初相。
(6)相位差:即某一时刻的相位之差。两个具有相同ω的简谐运动,设其初相分别为φ1和φ2,其相位差Δφ=(ωt+φ2)-(ωt+φ1)=φ2-φ1。
[典例] [多选]某弹簧振子在水平方向上做简谐运动,其位移x=Asin ωt,振动图像如图所示,则( )
A.弹簧在第1 s末与第5 s末的长度相同
B.简谐运动的频率为 Hz
C.第3 s末,弹簧振子的位移大小为A
D.第3 s末与第5 s末弹簧振子的速度方向相同
E.第5 s末,振子的加速度与速度方向相同