1.一弹簧振子沿x轴振动,平衡位置在坐标原点。t=0时刻振子的位移x=-0.1 m;t= s时刻x=0.1 m;t=4 s时刻x=0.1 m。该振子的振幅和周期不可能为( )
A.0.1 m, s B.0.1 m,8 s
C.0.2 m, s D.0.2 m,8 s
【解析】选B。若振幅A=0.1 m,T= s,则 s为半个周期,从-0.1 m处运动到0.1 m处,符合运动实际,4 s- s= s为一个周期,正好返回0.1 m处,所以A项正确。若A=0.1 m,T=8 s, s只是T的,不可能由负的最大位移处运动到正的最大位移处,所以B项错误。若A=0.2 m,T= s, s=,振子可以由-0.1 m运动到对称位置,4 s- s= s=T,振子可以由0.1 m返回0.1 m,所以C项正确。若A=0.2 m,T=8 s, s=2×,而A sin (·)=A,即时间内,振子可以从平衡位置运动到0.1 m处;再经 s又恰好能由0.1 m处运动到0.2 m处后再返回0.1 m处,故D项正确。
2.光滑水平面上的弹簧振子,振子质量为50 g,若在弹簧振子被拉到最大位移处释放时开始计时,在t=0.2 s时,振子第一次通过平衡位置,此时速度为4 m/s。则在t=1.2 s末,弹簧的弹性势能为________J,该弹簧振子做简谐运动时其动能的变化频率为________Hz,1 min内,弹簧弹力对弹簧振子做正功的次数为________次。
【解析】根据其周期性及对称性,则有周期T=0.8 s,振子的最大速度为4 m/s,则最大动能Ekm=mv2=0.4 J。根据振子振动的周期性判定在t=1.2 s末,振子在最大位移处,据机械能守恒有Ep=Ekm=0.4 J,振子的振动周期为0.8 s,则其动能的变化周期为=0.4 s,所以动能的变化频率为2.5 Hz。在振子振动的1个周期内(向平衡位置运动时弹力做正功)弹力两次做正功,根据其周期性可求得1 min内弹力做正功的次数为n=×2次=150次。
答案:0.4 2.5 150