B.振幅是5 cm
C.t=1.7 s时的加速度为正,速度为负
D.t=0.5 s时质点所受的合外力为零
E.图中a、b两点速度大小相等、方向相反
F.图中a、b两点的加速度大小相等,方向相反
解析 由题图可知,质点振动的周期为2 s,经计算得频率为0.5 Hz.振幅为5 m,所以A、B选项错误.t=1.7 s时的位移为负,加速度为正,速度为负,因此C选项正确.t=0.5 s时质点在平衡位置,所受的合外力为零,D选项正确.a、b两点速度大小相等、方向相反,但加速度大小相等、方向相同,加速度方向都为负方向,指向平衡位置,故E正确,F错误.
答案 CDE
二、简谐运动的周期性和对称性
1.周期性:做简谐运动的物体在完成一次全振动后,再次振动时则是重复上一个全振动的形式,所以做简谐运动的物体经过同一位置可以对应不同的时刻,做简谐运动的物体具有周期性.
2.对称性
(1)速率的对称性:系统在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率.
(2)加速度和回复力的对称性:系统在关于平衡位置对称的两位置具有等大反向的加速度和回复力.
(3)时间的对称性:系统通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等.振动过程中通过任意两点A、B的时间与逆向通过的时间相等.
例2 物体做简谐运动,通过A点时的速度为v,经过1 s后物体第一次以相同速度v通过B点,再经过1 s物体紧接着又通过B点,已知物体在2 s内所走过的总路程为12 cm,则该简谐运动的周期和振幅分别是多大?
解析 物体通过A点和B点时的速度大小相等,A、B两点一定关于平衡位置O对称.依题意作出物体的振动路径草图如图甲、乙所示,在图甲中物体从A向右运动到B,即图中从1运动到2,时间为1 s,从2运动到3,又经过1 s,从1到3共经历了0.5T,即0.5T=2 s,T=4 s,2A=12 cm,A=6 cm.
在图乙中,物体从A先向左运动,当物体第一次以相同的速度通过B点时,即图中从1运动到2时,时间为1 s,从2运动到3,又经过1 s,同样A、B两点关于O点对称,从图中可以看出从1运动到3共经历了1.5T,即1.5T=2 s,T= s,1.5×4A=12 cm,A=2 cm.
答案 T=4 s,A=6 cm或T= s,A=2 cm
三、单摆周期公式的应用