大学物理学(第三版上) 课后习题5答案详解

内容发布更新时间 : 2025/5/8 12:19:56星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

?3??4??3?35?42??x?Acos(t?)

T32?5x?Acos(t??)

T4

5.9 一质量为10?10kg的物体作谐振动,振幅为24cm,周期为4.0s,当t?0时位移为?24cm.求:

(1)t?0.5s时,物体所在的位置及此时所受力的大小和方向; (2)由起始位置运动到x?12cm处所需的最短时间; (3)在x?12cm处物体的总能量.

解:由题已知 A?24?10m,T?4.0s ∴ ??又,t?0时,x0??A,??0?0 故振动方程为

?22??0.5?Trad?s?1

x?24?10?2cos(0.5?t)m

(1)将t?0.5s代入得

x0.5?24?10?2cos(0.5?t)m?0.17m

F??ma??m?2x??10?10?()?0.17??4.2?10N2方向指向坐标原点,即沿x轴负向. (2)由题知,t?0时,?0?0,

?3?2?3

A?,且v?0,故?t? 23????2∴ t??/?s

?323t?t时 x0?? (3)由于谐振动中能量守恒,故在任一位置处或任一时刻的系统的总能量均为

E?121kA?m?2A2221???10?10?3()2?(0.24)2 22?7.1?10?4J

5.10 有一轻弹簧,下面悬挂质量为1.0g的物体时,伸长为4.9cm.用这个弹簧和一个质

量为8.0g的小球构成弹簧振子,将小球由平衡位置向下拉开1.0cm后 ,给予向上的初速度

v0?5.0cm?s?1,求振动周期和振动表达式.

m1g1.0?10?3?9.8??0.2N?m?1 解:由题知k??2x14.9?10而t?0时,x0??1.0?10m,v0?5.0?10m?s ( 设向上为正) 又 ???2?2-1k0.22???5,即T??1.26s m?8?10?3?2A?x0?(v0?)2?225.0?10?22?(1.0?10)?()

5?2?10?2mv05.0?10?25?tan?0????1,即?? 0x0?1.0?10?2?54∴ x?52?10?2cos(5t??)m

4

5.11 题5.11图为两个谐振动的x?t曲线,试分别写出其谐振动方程.

题5.11图

解:由题5.11图(a),∵t?0时,x0?0,v0?0,??0?即 ??3?,又,A?10cm,T?2s 22???Trad?s?1

3?)m 2A5?由题5.11图(b)∵t?0时,x0?,v0?0,??0?

23故 xa?0.1cos(?t?t1?0时,x1?0,v1?0,??1?2???2

又 ?1???1???∴ ??535? 25? 6565?)m 3故 xb?0.1cos(?t?

5.12 一轻弹簧的倔强系数为k,其下端悬有一质量为M的盘子.现有一质量为m的物体从离盘底h高度处自由下落到盘中并和盘子粘在一起,于是盘子开始振动. (1)此时的振动周期与空盘子作振动时的周期有何不同? (2)此时的振动振幅多大?

(3)取平衡位置为原点,位移以向下为正,并以弹簧开始振动时作为计时起点,求初位相并写出物体与盘子的振动方程. 解:(1)空盘的振动周期为2?MM?m,落下重物后振动周期为2?,即增大. kk(2)

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