大学物理学教程第二马文蔚练习册答案5-机械振动.pptx

第第五五章章 习习题题分分析析15-5 若简谐运动方程为若简谐运动方程为求：求：（1）振幅、频率、角频率、周期和初相）振幅、频率、角频率、周期和初相（2）时的位移、速度和加速度时的位移、速度和加速度5-55-5解：解：(1)（2）时时第第五五章章 习习题题分分析析2x/cm1.0-1.02.0-2.05-85-85-8 一放置在水平桌面上的弹簧振子，振幅一放置在水平桌面上的弹簧振子，振幅周期周期当当 时，时，（1）物体在正方向端点；（）物体在正方向端点；（2）物体在平衡位置，向）物体在平衡位置，向负方向运动；（负方向运动；（3）物体在）物体在 处，向负方处，向负方向运动；（向运动；（4）物体在）物体在 处，向正方向处，向正方向运动。求以上各种情况的运动方程。运动。求以上各种情况的运动方程。解：解：A（1）（2）A（3）A（4）A第第五五章章 习习题题分分析析35-95-95-9 有一弹簧，当其下端挂一质量为有一弹簧，当其下端挂一质量为m的物体的时，其的物体的时，其伸长量为伸长量为9.8cm，若使物体上下振动，且规定向下为正，若使物体上下振动，且规定向下为正方。（方。（1）当）当t=0时物体在平衡位置上方时物体在平衡位置上方8cm处，由静止处，由静止开始向下运动，求运动方程；（开始向下运动，求运动方程；（2）当）当t=0时物体在平时物体在平衡位置并以衡位置并以0.6m/s的速度向上运动，求运动方程。的速度向上运动，求运动方程。解解:(1)在平衡位置在平衡位置振动方程为：振动方程为：x第第五五章章 习习题题分分析析45-95-95-9 有一弹簧，当其下端挂一质量为有一弹簧，当其下端挂一质量为m的物体的时，其的物体的时，其伸长量为伸长量为9.8cm，若使物体上下振动，且规定向下为正，若使物体上下振动，且规定向下为正方。（方。（1）当）当t=0时物体在平衡位置上方时物体在平衡位置上方8cm处，由静止处，由静止开始向下运动，求运动方程；（开始向下运动，求运动方程；（2）当）当t=0时物体在平时物体在平衡位置并以衡位置并以0.6m/s的速度向上运动，求运动方程。的速度向上运动，求运动方程。解解:(2)振动方程为：振动方程为：x第第五五章章 习习题题分分析析55-105-105-10 某振动质点的某振动质点的 曲线如图所示，试求：曲线如图所示，试求：（1）运动方程；（）运动方程；（2）点）点 P 对应的相位；（对应的相位；（3）到达）到达点点 P 相位所需的时间。相位所需的时间。t/sx/m0.050.104.0P0解：（解：（1）x/m0.10-0.10-0.05 0.05A4.0 秒后质点运动到平衡位置秒后质点运动到平衡位置A运动方程：运动方程：（2）x/m0.10-0.10-0.05 0.05A（3）第第五五章章 习习题题分分析析65-11 一质量为一质量为10g的物体沿的物体沿X轴做简谐振动，轴做简谐振动，A=10cm，T=4s，t=0时物体的位移时物体的位移x0=-5cm，且物体朝，且物体朝x轴负方向轴负方向运动。求运动。求:(1)t=1s时物体的位移时物体的位移;(2)t=1s时物体的受力；时物体的受力；(3)t=0后何时物体第一次到达后何时物体第一次到达x=5cm处。处。(4)第二次和第第二次和第一次经过一次经过x=5cm处的时间间隔。处的时间间隔。解解:(1)振动方程为：振动方程为：t=1s时时(2)第第五五章章 习习题题分分析析75-115-115-11 一质量为一质量为10g的物体沿的物体沿X轴做简谐振动，轴做简谐振动，A=10cm，T=4s，t=0时物体的位移时物体的位移x0=-5cm，且物体朝，且物体朝x轴负方向轴负方向运动。求运动。求:(1)t=1s时物体的位移时物体的位移;(2)t=1s时物体的受力；时物体的受力；(3)t=0后何时物体第一次到达后何时物体第一次到达x=5cm处。处。(4)第二次和第第二次和第一次经过一次经过x=5cm处的时间间隔。处的时间间隔。解解:(3)物体第一次到达物体第一次到达x=5cm处，转过处，转过(4)第第五五章章 习习题题分分析析85-125-125-12 如图为一简谐振动质点的速度与时间的关系曲线，如图为一简谐振动质点的速度与时间的关系曲线，且振幅为且振幅为2cm，求，求:(1)振动周期振动周期;(2)加速度的最大值加速度的最大值;(3)运动方程。运动方程。解解:(1)t/sv(cm/s)1.50-3由图可知由图可知(2)(3)第第五五章章 习习题题分分析析95-125-12解解:(1)t/sv(cm/s)1.50-3由图可知由图可知(2)(3)第第五五章章 习习题题分分析析105-13 有一单摆，长为有一单摆，长为1.0 m，最大摆角为最大摆角为50，如图所示。，如图所示。（1）求摆的角频率和周期；（）求摆的角频率和周期；（2）设开始时摆角最大，）设开始时摆角最大，使写出此单摆的运动方程；（使写出此单摆的运动方程；（3）当摆角为）当摆角为30时的角速时的角速度和摆球的线速度各为多少？度和摆球的线速度各为多少？5-135-13x/m解：（解：（1）（2）或或（3）时时第第五五章章 习习题题分分析析115-155-155-15 如图所示，质量为如图所示，质量为 的子弹，以的子弹，以 的速度射入并嵌在木块中，同时使弹簧压缩从而作简的速度射入并嵌在木块中，同时使弹簧压缩从而作简谐运动。设木块的质量为谐运动。设木块的质量为 ，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为 。若以弹簧原长时物体所在处为坐标原。若以弹簧原长时物体所在处为坐标原点，向左为点，向左为 x 轴正向，求简谐运动方程。轴正向，求简谐运动方程。m1vm2k解：解：子弹射入的过程动量守恒子弹射入的过程动量守恒设子弹的初速度为设子弹的初速度为v，碰撞后与木块的共同速度为碰撞后与木块的共同速度为v0 x/mA第第五五章章 习习题题分分析析125-155-155-15 如图所示，质量为如图所示，质量为 的子弹，以的子弹，以 的速度射入并嵌在木块中，同时使弹簧压缩从而作简的速度射入并嵌在木块中，同时使弹簧压缩从而作简谐运动。设木块的质量为谐运动。设木块的质量为 ，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为 。若以弹簧原长时物体所在处为坐标原。若以弹簧原长时物体所在处为坐标原点，向左为点，向左为 x 轴正向，求简谐运动方程。轴正向，求简谐运动方程。m1vm2k解：解：x/m振动方程：振动方程：A第第五五章章 习习题题分分析析135-175-175-17 质量为质量为 的物体，以振幅的物体，以振幅 作简谐作简谐运动，其最大加速度为运动，其最大加速度为 。求：（。求：（1）振动的周）振动的周期；（期；（2）物体通过平衡位置时的总能量与动能；（）物体通过平衡位置时的总能量与动能；（3）物体在何处其动能和势能相等？（）物体在何处其动能和势能相等？（4）当物体的位移）当物体的位移为振幅的一半时动能、势能各占总能量的多少？为振幅的一半时动能、势能各占总能量的多少？解解:(1)（2）物体在平衡位置时的总能量等于动能物体在平衡位置时的总能量等于动能第第五五章章 习习题题分分析析145-175-175-17 质量为质量为 的物体，以振幅的物体，以振幅 作简谐作简谐运动，其最大加速度为运动，其最大加速度为 。求：（。求：（1）振动的周）振动的周期；（期；（2）物体通过平衡位置时的总能量与动能；（）物体通过平衡位置时的总能量与动能；（3）物体在何处其动能和势能相等？（）物体在何处其动能和势能相等？（4）当物体的位移）当物体的位移为振幅的一半时动能、势能各占总能量的多少？为振幅的一半时动能、势能各占总能量的多少？解解:(3)由由（4）第第五五章章 习习题题分分析析155-195-195-19 已知两同方向同频率的简谐运动的运动方程分别已知两同方向同频率的简谐运动的运动方程分别为为 求：（求：（1）合振动的振幅）合振动的振幅及初相；（及初相；（2）若有另一同方向同频率的简谐运动）若有另一同方向同频率的简谐运动 则则 为多少时，为多少时，的的振幅最大？又振幅最大？又 为多少时，为多少时，的振幅最小。的振幅最小。解：（解：（1）第第五五章章 习习题题分分析析165-195-19解：（解：（2）当当时，时，的振幅最大的振幅最大当当时，时，的振幅最小的振幅最小5-19 已知两同方向同频率的简谐运动的运动方程分别已知两同方向同频率的简谐运动的运动方程分别为为 求：（求：（1）合振动的振幅）合振动的振幅及初相；（及初相；（2）若有另一同方向同频率的简谐运动）若有另一同方向同频率的简谐运动 则则 为多少时，为多少时，的的振幅最大？又振幅最大？又 为多少时，为多少时，的振幅最小。的振幅最小。第第五五章章 习习题题分分析析175-205-205-20 两个同频率简谐振动两个同频率简谐振动1和和2的振动曲线如图所示，的振动曲线如图所示，求求（1）两简谐运动的运动学方程；）两简谐运动的运动学方程；（2）在同一图中）在同一图中画出两简谐运动的旋转矢量，并比较两简谐振动的相画出两简谐运动的旋转矢量，并比较两简谐振动的相位关系；（位关系；（3）如两简谐振动叠加，求合振动的运动）如两简谐振动叠加，求合振动的运动方程。方程。t/sx/cm5101102解：解：曲线曲线1x/m0.10-0.10-0.05 0.05曲线曲线2第第五五章章 习习题题分分析析185-205-205-20 两个同频率简谐振动两个同频率简谐振动1和和2的振动曲线如图所示，的振动曲线如图所示，求（求（1）两简谐运动的运动学方程；）两简谐运动的运动学方程；（2）在同一图中）在同一图中画出两简谐运动的旋转矢量，并比较两简谐振动的相画出两简谐运动的旋转矢量，并比较两简谐振动的相位关系；位关系；（3）如两简谐振动叠加，求合振动的运动）如两简谐振动叠加，求合振动的运动方程。方程。t/sx/cm5101102解：解：x/m0.10-0.10-0.05 0.05第第五五章章 习习题题分分析析195-20 两个同频率简谐振动两个同频率简谐振动1和和2的振动曲线如图所示，的振动曲线如图所示，求（求（1）两简谐运动的运动学方程；）两简谐运动的运动学方程；（2）在同一图中）在同一图中画出两简谐运动的旋转矢量，并比较两简谐振动的相画出两简谐运动的旋转矢量，并比较两简谐振动的相位关系；位关系；（3）如两简谐振动叠加，求合振动的运动）如两简谐振动叠加，求合振动的运动方程。方程。t/sx/cm5101102解：解：x/m0.10-0.10-0.05 0.05合振动的运动方程：合振动的运动方程：5-205-20第第五五章章 习习题题分分析析205*5*13-11 两质点作同频率同振幅的简谐运动。第一个质两质点作同频率同振幅的简谐运动。第一个质点的运动方程为点的运动方程为 ，当第一个质点自，当第一个质点自振动正方向回到平衡位置时，第二个质点恰在振动正振动正方向回到平衡位置时，第二个质点恰在振动正方向的端点。试用旋转矢量图表使它们，并求第二个方向的端点。试用旋转矢量图表使它们，并求第二个质点的运动方程及它们的相位差。质点的运动方程及它们的相位差。x/m12解：解：第二个质点的运动方程：第二个质点的运动方程：第第五五章章 习习题题分分析析215*5*13-19 有两个同方向同频率的简谐振动，其合振动的振有两个同方向同频率的简谐振动，其合振动的振幅为幅为0.20m，合振动的相位与第一个振动的相位差为合振动的相位与第一个振动的相位差为第一个振动的振幅为第一个振动的振幅为0.173m。求第二个振动的振幅及求第二个振动的振幅及两振动的相位差。两振动的相位差。xOA1AA2解：解：