振动波动检测题解答剖析

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振动波动作业习题及解答

振动波动作业习题及解答

Ch.10.振动、Ch.11波动作业习题及解答AωOXt =0图2A图1ωt =0OX=010-1. 一小球与轻弹簧组成的谐振动系统,振动规律为0.05cos(8π3),x =t +π(t 的单位为秒, x 的单位为米)。

求: (1) 振动的角频率、周期、振幅、初相、速度和加速度的最大值; (2) t =1s 、t =2s 、t =10s 时刻的相位; (3) 分别画出位移、速度和加速度与时间的关系曲线。

解(1): 将小球的运动方程0.05cos(8π3),x =t +π与谐振动的表达式0cos()x A t ωϕ=+比较知,系统的角频率、周期、振幅和初相分别为:108π(s );=2(4)s ;0.05(m );3;T A πωπωπϕ-====系统振动速度、加速度的表式分别为02220sin(4sin(8π3)(m s);cos( 3.2cos(8π3)(m s )v =dx /dt =-A t t +πa =dv /dt =-A t t +πωωϕπωωϕπ+)=-0.+)=-速度和加速度的最大值为:12220.4π 1.26(m s );=3.2π31.6(m s )m m v A a A ωω--==≈=≈ 解(2): 由相位表达式0()8/3t t t ϕωϕππ=+=+知, t =1s 、t =2s 、t =10s 时刻振子的相位分别为:2549241333333(1s )8π(2s )16(10s )80t +t t +ππππππϕϕπϕπ=====+====;; 解(3): x (t ), v (t ), a (t )曲线如下图所示。

10-2.(选作题)某个与轻弹簧相连的小球,沿X 轴作振幅为A 的简谐振动,周期为T 。

其振动表达式用余旋函数表示。

若t =0时小球的运动状态分别为:(1) 0x A =-; (2) 过平衡位置向X正向运动; (3) 过x =0.5A 向X 负向运动; (4) 过x =X 正向运动。

振动与波习题及解答

振动与波习题及解答

一 选择题 (共60分)1. (本题 3分)(0327) 一轻弹簧,上端固定,下端挂有质量为m 的重物,其自由振动的周期为T .今已知振子离开平衡位置为x 时,其振动速度为v ,加速度为a .则下列计算该振子劲度系数的公式中,错误的是:(A) 2max 2max/x m k v =. (B) x mg k /=. (C) 22/4T m k π=. (D) x ma k /=. [ ]2. (本题 3分)(3255) 如图所示,在一竖直悬挂的弹簧下系一质量为m 的物体,再用此弹簧改系一质量为4m 的物体,最后将此弹簧截断为两个等长的弹簧并联后悬挂质量为m 的物体,则这三个系统的周期值之比为(A) 1∶2∶2/1. (B) 1∶21∶2 . (C) 1∶2∶21. (D) 1∶2∶1/4 . [ ]3. (本题 3分)(3256) 图(a)、(b)、(c)为三个不同的简谐振动系统.组成各系统的各弹簧的原长、各弹簧的劲度系数及重物质量均相同.(a)、(b)、(c)三个振动系统的ω2(ω为固有角频率)值之比为(A) 2∶1∶21. (B) 1∶2∶4 .(C) 2∶2∶1 . (D) 1∶1∶2 .[ ](a)(b)4. (本题 3分)(5507) 图中三条曲线分别表示简谐振动中的位移x ,速度v ,和加速度a .下列说法中哪一个是正确的?(A) 曲线3,1,2分别表示x ,v ,a 曲线;(B) 曲线2,1,3分别表示x ,v ,a 曲线; (C) 曲线1,3,2分别表示x ,v ,a 曲线; (D) 曲线2,3,1分别表示x ,v ,a 曲线;(E) 曲线1,2,3分别表示x ,v ,a 曲线. [ ]x, v , at O123已知某简谐振动的振动曲线如图所示,位移的单位为厘米,时间单位为秒.则此简谐振动的振动方程为:(A) )3232cos(2π+π=t x .(B) )3232cos(2π−π=t x .(C) )3234cos(2π+π=t x .(D) )3234cos(2π−π=t x .(E) )4134cos(2π−π=t x . [ ]6. (本题 3分)(3028) 一弹簧振子作简谐振动,总能量为E 1,如果简谐振动振幅增加为原来的两倍,重物的质量增为原来的四倍,则它的总能量E 2变为 (A) E 1/4. (B) E 1/2.(C) 2E 1. (D) 4 E 1 . [ ]7. (本题 3分)(3023) 一弹簧振子,当把它水平放置时,它可以作简谐振动.若把它竖直放置或放在固定的光滑斜面上,试判断下面哪种情况是正确的:(A) 竖直放置可作简谐振动,放在光滑斜面上不能作简谐振动. (B) 竖直放置不能作简谐振动,放在光滑斜面上可作简谐振动.(C) 两种情况都可作简谐振动.(D) 两种情况都不能作简谐振动. [ ]放在光滑斜面上8. (本题 3分)(5181) 一质点作简谐振动,已知振动频率为f ,则振动动能的变化频率是 (A) 4f . (B) 2 f . (C) f .(D) 2/f . (E) f /4 [ ]9. (本题 3分)(3560) 弹簧振子在光滑水平面上作简谐振动时,弹性力在半个周期内所作的功为(A) kA 2. (B) 221kA .(C) (1/4)kA 2. (D) 0. [ ]10. (本题 3分)(3066) 机械波的表达式为y = 0.03cos6π(t + 0.01x ) (SI) ,则(A) 其振幅为3 m . (B) 其周期为s 31.(C) 其波速为10 m/s . (D) 波沿x 轴正向传播. [ ]一平面余弦波在t = 0时刻的波形曲线如图所示,则O 点的振动初相φ 为:(A) 0. (B) π21(C) π (D) π23(或π−21) [ ]xyOu12. (本题 3分)(3151) 图中画出一向右传播的简谐波在t 时刻的波形图,BC 为波密介质的反射面,波由P 点反射,则反射波在t 时刻的波形图为 [ ]13. (本题 3分)(3072) 如图所示,一平面简谐波沿x 轴正向传播,已知P 点的振动方程为)cos(0φω+=t A y ,则波的表达式为 (A) }]/)([cos{0φω+−−=u l x t A y . (B) })]/([cos{0φω+−=u x t A y .(C) )/(cos u x t A y −=ω.(D) }]/)([cos{0φω+−+=u l x t A y . [ ]14. (本题 3分)(3071) 一平面简谐波以速度u 沿x 轴正方向传播,在t = t '时波形曲线如图所示.则坐标原点O 的振动方程为 (A) 2)(cos[π+′−=t t b u a y . (B) ]2)(2cos[π−′−π=t t b u a y . (C) ]2)(cos[π+′+π=t t bu a y .(D) 2)(cos[π−′−π=t t b u a y . [ ]15. (本题 3分)(3286) 在同一媒质中两列相干的平面简谐波的强度之比是I 1 / I 2 = 4,则两列波的振幅之比是(A) A 1 / A 2 = 16. (B) A 1 / A 2 = 4.(C) A 1 / A 2 = 2. (D) A 1 / A 2 = 1 /4. [ ]一列机械横波在t 时刻的波形曲线如图所示,则该时刻能量为最大值的媒质质元的位置是:(A) o ',b ,d ,f . (B) a ,c ,e ,g .(C) o ',d . (D) b ,f .[ ]17. (本题 3分)(3289) 图示一平面简谐机械波在t 时刻的波形曲线.若此时A 点处媒质质元的振动动能在增大,则(A) A 点处质元的弹性势能在减小. (B) 波沿x 轴负方向传播.(C) B 点处质元的振动动能在减小.(D)各点的波的能量密度都不随时间变化. [ ]18. (本题 3分)(3090) 一平面简谐波在弹性媒质中传播,在媒质质元从平衡位置运动到最大位移处的过程中:(A) 它的动能转换成势能. (B) 它的势能转换成动能.(C) 它从相邻的一段质元获得能量其能量逐渐增大.(D) 它把自己的能量传给相邻的一段质元,其能量逐渐减小. [ ]19. (本题 3分)(5321) S 1和S 2是波长均为λ 的两个相干波的波源,相距3λ /4,S 1的相位比S 2超前π21.若两波单独传播时,在过S 1和S 2的直线上各点的强度相同,不随距离变化,且两波的强度都是I 0,则在S 1、S 2连线上S 1外侧和S 2外侧各点,合成波的强度分别是(A) 4I 0,4I 0. (B) 0,0.(C) 0,4I 0 . (D) 4I 0,0. [ ]20. (本题 3分)(3101) 在驻波中,两个相邻波节间各质点的振动(A) 振幅相同,相位相同. (B) 振幅不同,相位相同.(C) 振幅相同,相位不同. (D) 振幅不同,相位不同. [ ]二 填空题 (共81分)21. (本题 4分)(3010) 有两相同的弹簧,其劲度系数均为k .(1) 把它们串联起来,下面挂一个质量为m 的重物,此系统作简谐振动的周期为___________________;(2) 把它们并联起来,下面挂一个质量为m 的重物,此系统作简谐振动的周期为___________________________________.22. (本题 3分)(3041) 一简谐振动曲线如图所示,则由图可确定在t = 2s时刻质点的位移为 ____________________,速度为__________________.23. (本题 5分)(3398) 一质点作简谐振动.其振动曲线如图所示.根据此图,它的周期T =___________,用余弦函数描述时初相φ =_________________.24. (本题 5分)(3400) 试在下图中画出简谐振子的动能,振动势能和机械能随时间t 而变的三条曲线(设t = 0时物体经过平衡位置).EtTT/2T 为简谐振动的周期25. (本题 3分)(3569) 如图所示的是两个简谐振动的振动曲线,它们合成的余弦振动的初相为__________________.21−一质点同时参与了三个简谐振动,它们的振动方程分别为)31cos(1π+=t A x ω, )35cos(2π+=t A x ω, )cos(3π+=t A x ω其合成运动的运动方程为x = ______________.27. (本题 4分)(5315) 两个同方向同频率的简谐振动,其合振动的振幅为20 cm ,与第一个简谐振动的相位差为φ –φ1 = π/6.若第一个简谐振动的振幅为310 cm = 17.3 cm ,则第二个简谐振动的振幅为___________________ cm ,第一、二两个简谐振动的相位差φ1 − φ2为____________.28. (本题 5分)(3075) 一平面简谐波的表达式为 )37.0125cos(025.0x t y −= (SI),其角频率ω =__________________________,波速u =______________________,波长λ = _________________.29. (本题 4分)(3862) 一横波的表达式是 )30/01.0/(2sin 2x t y −π=其中x 和y 的单位是厘米、t 的单位是秒,此波的波长是_________cm ,波速是_____________m/s .30. (本题 5分)(3074) 一平面简谐波的表达式为 )/(cos u x t A y −=ω)/cos(u x t A ωω−= 其中x / u 表示_____________________________;ωx / u 表示________________________;y 表示______________________________.31. (本题 5分)(3863) 已知平面简谐波的表达式为 )cos(Cx Bt A y −=式中A 、B 、C 为正值常量,此波的波长是_________,波速是_____________.在波传播方向上相距为d 的两点的振动相位差是____________________.一简谐波沿BP 方向传播,它在B 点引起的振动方程为t A y π=2cos 11.另一简谐波沿CP 方向传播,它在C 点引起的振动方程为)2cos(22π+π=t A y .P 点与B 点相距0.40 m ,与C 点相距0.5 m (如图).波速均为u = 0.20 m/s .则两波在P 点的相位差为______________________.33. (本题 5分)(3063) 一平面简谐波沿x 轴正方向传播,波速 u = 100 m/s ,t = 0时刻的波形曲线如图所示.可知波长λ = ____________; 振幅A = __________;频率ν = ____________.34. (本题 5分)(3133) 一平面简谐波沿Ox 轴正方向传播,波长为λ.若如图P 1点处质点的振动方程为)2cos(1φν+π=t A y ,则P 2点处质点的振动方程为_________________________________;与P 1点处质点振动状态相同的那些点的位置是___________________________.OP 1P 235. (本题 3分)(3301) 如图所示,S 1和S 2为同相位的两相干波源,相距为L ,P 点距S 1为r ;波源S 1在P 点引起的振动振幅为A 1,波源S 2在P 点引起的振动振幅为A 2,两波波长都是λ ,则P 点的振幅A = _________________________________________________________.1236. (本题 4分)(5517) S 1,S 2为振动频率、振动方向均相同的两个点波源,振动方向垂直纸面,两者相距λ23(λ为波长)如图.已知S 1的初相为π21.(1) 若使射线S 2C 上各点由两列波引起的振动均干涉相消,则S 2的初相应为________________________.(2) 若使S 1 S 2连线的中垂线MN 上各点由两列波引起的振动均干涉相消,则S 2的初位相应为_______________________.37. (本题 3分)(3595) 一驻波的表达式为 )2cos()/2cos(2t x A y νλππ=.两个相邻波腹之间的距离是___________________.一驻波表达式为t x A y ωλcos )/2cos(2π=,则λ21−=x 处质点的振动方程是___________________________________________;该质点的振动速度表达式是______________________________________.39. (本题 5分)(3107) 如果入射波的表达式是)(2cos 1λxT t A y +π=,在x = 0处发生反射后形成驻波,反射点为波腹.设反射后波的强度不变,则反射波的表达式y 2 =___________________________________________; 在x = 2λ /3处质点合振动的振幅等于______________________.40. (本题 3分)(3462) 在真空中一平面电磁波的电场强度波的表达式为:103(102cos[100.6882×−×π×=−xt E y (SI)则该平面电磁波的波长是____________________.三 计算题 (共74分)41. (本题10分)(3022) 一质点在x 轴上作简谐振动,选取该质点向右运动通过A 点时作为计时起点( t = 0 ),经过2秒后质点第一次经过B 点,再经过2秒后质点第二次经过B 点,若已知该质点在A 、B 两点具有相同的速率,且AB = 10 cm 求:(1) 质点的振动方程;(2) 质点在A 点处的速率.42. (本题 5分)(3045) 一质点作简谐振动,其振动方程为x = 0.24)3121cos(π+πt (SI),试用旋转矢量法求出质点由初始状态(t = 0的状态)运动到x = -0.12 m ,v < 0的状态所需最短时间∆t .43. (本题 5分)(3085) 在弹性媒质中有一沿x 轴正向传播的平面波,其表达式为)214cos(01.0π−π−=x t y (SI).若在x = 5.00 m 处有一媒质分界面,且在分界面处反射波相位突变π,设反射波的强度不变,试写出反射波的表达式.如图,一平面简谐波沿Ox 轴传播,波动表达式为])/(2cos[φλν+−π=x t A y (SI),求(1) P 处质点的振动方程;(2) 该质点的速度表达式与加速度表达式.OP45. (本题 5分)(3332) 如图所示,一简谐波向x 轴正向传播,波速u = 500 m/s ,x 0 = 1 m, P 点的振动方程为 )21500cos(03.0π−π=t y (SI).(1) 按图所示坐标系,写出相应的波的表达式;(2) 在图上画出t = 0时刻的波形曲线.46. (本题 8分)(5516) 平面简谐波沿x 轴正方向传播,振幅为2 cm ,频率为 50 Hz ,波速为 200m/s .在t = 0时,x = 0处的质点正在平衡位置向y 轴正方向运动,求x = 4 m 处媒质质点振动的表达式及该点在t = 2 s 时的振动速度.47. (本题 8分)(3078) 一平面简谐波沿x 轴正向传播,其振幅为A ,频率为ν ,波速为u .设t = t '时刻的波形曲线如图所示.求 (1) x = 0处质点振动方程;(2) 该波的表达式.xu O t =t ′y48. (本题 8分)(3138) 某质点作简谐振动,周期为2 s ,振幅为0.06 m ,t = 0 时刻,质点恰好处在负向最大位移处,求(1) 该质点的振动方程;(2) 此振动以波速u = 2 m/s 沿x 轴正方向传播时,形成的一维简谐波的波动表达式,(以该质点的平衡位置为坐标原点);(3) 该波的波长.49. (本题10分)(3146) 如图为一平面简谐波在t = 0 时刻的波形图,已知波速u = 20 m/s .试画出P 处质点与Q 处质点的振动曲线,然后写出相应的振动方程.如图所示,两列相干波在P 点相遇.一列波在B 点引起的振动是 t y π×=−2cos 103310 (SI);另一列波在C 点引起的振动是)212cos(103320π+π×=−t y (SI); 令=BP 0.45 m ,=CP 0.30m ,两波的传播速度u = 0.20 m/s ,不考虑传播途中振幅的减小,求P 点的合振动的振动方程.51. (本题 5分)(3336) 如图所示,两列波长均为λ 的相干简谐波分别通过图中的O 1和O 2点,通过O 1点的简谐波在M 1 M 2平面反射后,与通过O 2点的简谐波在P 点相遇.假定波在M 1 M 2平面反射时有相位突变π.O 1和O 2两点的振动方程为 y 10 =A cos(πt ) 和y 20 = A cos(πt ),且 λ81=+mP m O , λ32=P O (λ 为波长),求:(1) 两列波分别在P 点引起的振动的方程;(2) P 点的合振动方程.(假定两列波在传播或反射过程中均不衰减)2一 选择题 (共60分)1. (本题 3分)(0327) (B)2. (本题 3分)(3255) (C)3. (本题 3分)(3256) (B)4. (本题 3分)(5507) (E)5. (本题 3分)(5186) (C)6. (本题 3分)(3028) (D)7. (本题 3分)(3023) (C)8. (本题 3分)(5181) (B)9. (本题 3分)(3560) (D)10. (本题 3分)(3066) (B)11. (本题 3分)(5204) (D)12. (本题 3分)(3151) (B)13. (本题 3分)(3072) (A)14. (本题 3分)(3071) (D)参考解:由图 b 2=λ, buu2==λν令波的表达式为 ])(2cos[φλν+−π=xt a y 在 t = t ′, ](2cos[φλν+−′π=xt a y 由图,这时x = 0处 初相 22π−=+′πφνt 可得 t ′π−π−=νφ22故x = 0处 ]2cos[φν+π=t a y ]2)(cos[π−′−π=t t bu a(C)16. (本题 3分)(5320) (B)17. (本题 3分)(3289) (B)18. (本题 3分)(3090) (D)19. (本题 3分)(5321) (D)20. (本题 3分)(3101) (B)二 填空题 (共81分)2分 k m 2/2π 2分22. (本题 3分)(3041) 0 1分 3π cm/s 2分23. (本题 5分)(3398) 3.43 s 3分 -2π/3 2分24. (本题 5分)(3400) 动能曲线见图 2分 势能曲线见图 2分 机械能曲线见图 1分Et 0TT/2动能势能机械能25. (本题 3分)(3569) π−21或π23 3分26. (本题 3分)(5190) 0 3分27. (本题 4分)(5315) 10 2分 π−212分125 rad/s 1分338 m/s 2分17.0 m 2分29. (本题 4分)(3862) 30 2分 30 2分30. (本题 5分)(3074) 波从坐标原点传至x 处所需时间 2分x 处质点比原点处质点滞后的振动相位 2分t 时刻x 处质点的振动位移 1分31. (本题 5分)(3863) 2π /C 1分 B /C 2分 Cd 2分32. (本题 3分)(3420) 0 3分33. (本题 5分)(3063) 0.8 m 2分 0.2 m 1分 125 Hz 2分34. (本题 5分)(3133) ])(2cos[212φλν++−π=L L t A y 3分λk L x +−=1 (k = ± 1,± 2,…) 2分35. (本题 3分)(3301) )22cos(2212221λπrL A A A A −++ 3分36. (本题 4分)(5517) 2k π + π /2, k = 0,±1,±2,… 2分2k π +3 π /2,k = 0,±1,±2,… 2分37. (本题 3分)(3595) λ213分38. (本题 4分)(3154) t A y ωcos 21−= 或 )cos(21π±=t A y ω 2分 t A ωsin 2=v 2分)(2cos λxT t A −π 3分 A 2分40. (本题 3分)(3462) 3 m 3分三 计算题 (共74分)41. (本题10分)(3022) 解:由旋转矢量图和 |v A | = |v B | 可知 T /2 = 4秒,∴ T = 8 s , ν = (1/8) s -1,ω = 2πν = (π /4) s -13分(1) 以AB 的中点为坐标原点,x 轴指向右方. t = 0时, 5−=x cm φcos A = t = 2 s 时, 5=x cm φφωsin )2cos(A A −=+=由上二式解得 tg φ = 1因为在A 点质点的速度大于零,所以φ = -3π/4或5π/4(如图) 2分 25cos /==φx A cm 1分∴ 振动方程 434cos(10252π−π×=−t x (SI) 1分(2) 速率 )434sin(41025d d 2π−π×π−==−t t x v (SI) 2分当t = 0 时,质点在A 点221093.3)43sin(10425d d −−×=π−×π−==t x v m/s 1分42. (本题 5分)(3045) 解:旋转矢量如图所示. 图3分由振动方程可得π21=ω,π=∆31φ 1分 667.0/=∆=∆ωφt s 1分-43. (本题 5分)(3085) 解:反射波在x 点引起的振动相位为π+π−−+π−=+21)55(4x t t φω π−π+π+=10214x t 3分反射波表达式为)10214cos(01.0π−π+π+=x t y (SI) 2分或)214cos(01.0π+π+=x t y (SI)解:(1) 振动方程 }]/)([2cos{φλν+−−π=L t A y P ])/(2cos[φλν++π=L t A 2分 (2) 速度表达式 ])/(2sin[2φλνπν++π−=L t A P v 2分加速度表达式 ])/(2cos[422φλνν++ππ−=L t A a P 1分45. (本题 5分)(3332) 解:(1) 2m )250/500(/===νλu m 波的表达式]/2)1(21500cos[03.0),(λπ−−π−π=x t t x y ]2/2)1(21500cos[03.0π−−π−π=x t )21500cos(03.0x t π−π+π= (SI) 3分(2) t = 0时刻的波形曲线x x x y π=π−π=sin 03.0)21cos(03.0)0,( (SI) 2分46. (本题 8分)(5516) 解:设x = 0处质点振动的表达式为 )cos(0φω+=t A y ,已知 t = 0 时,y 0 = 0,且 v 0 > 0 ∴π−=21φ∴ )2cos(0φν+π=t A y )21100cos(1022π−π×=−t (SI) 2分由波的传播概念,可得该平面简谐波的表达式为)/22cos(0u x t A y νφνπ−+π=)2121100cos(1022x t π−π−π×=− (SI) 2分x = 4 m 处的质点在t 时刻的位移)21100cos(1022π−π×=−t y (SI) 1分该质点在t = 2 s 时的振动速度为 )21200sin(1001022π−π××−=−πv 2分= 6.28 m/s 1分47. (本题 8分)(3078) 解:(1) 设x = 0 处质点的振动方程为 )2cos(φν+π=t A y 由图可知,t = t '时 0)2cos(=+′π=φνt A y 1分 0)2sin(2d /d <+′ππ−=φννt A t y 1分所以 2/2π=+′πφνt , t ′π−π=νφ2212分x = 0处的振动方程为 ]21)(2cos[π+′−π=t t A y ν 1分(2) 该波的表达式为 ]21)/(2cos[π+−′−π=u x t t A y ν 3分解:(1) 振动方程 )22cos(06.00π+π=ty )cos(06.0π+π=t (SI) 3分 (2) 波动表达式 ])/(cos[06.0π+−π=u x t y 3分])21(cos[06.0π+−π=x t (SI)(3) 波长 4==uT λ m 2分49. (本题10分)(3146) 解:(1)波的周期T = λ / u =( 40/20) s= 2 s . 2分P 处Q 处质点振动周期与波的周期相等,故P 处质点的振动曲线如图(a) 振动方程为: 2分 )21cos(20.0π−π=t y P (SI) 2分(2) Q 处质点的振动曲线如图(b),振动 2分方程为 )cos(20.0π+π=t y Q (SI)或 )cos(20.0π−π=t y Q (SI) 2分-50. (本题 5分)(3437) 解:第一列波在P 点引起的振动的振动方程是:)212cos(10331π−π×=−t y , (SI) 2分第二列波在P 点引起的振动的振动方程是:)212cos(10332π−π×=−t y , (SI) 2分P 点的合振动的振动方程是:)212cos(106321π−π×=+=−t y y y , (SI) 1分51. (本题 5分)(3336) 解:(1) )]8(2cos[1λλπ−π−π=t A y )cos(π−π=t A 2分)]3(2cos[2λλπ−π=t A y )cos(t A π= 2分(2) )cos()cos(21t A t A y y y π+π−π=+= 0)cos(cos =π+π−=t A t A 1分。

第5章振动和波动习题解答

第5章振动和波动习题解答

第5章 振动和波动5-1 一个弹簧振子 m=:0.5kg , k=50N ;'m ,振幅 A = 0.04m ,求 (1) 振动的角频率、最大速度和最大加速度;(2) 振子对平衡位置的位移为 x = 0.02m 时的瞬时速度、加速度和回复力; (3) 以速度具有正的最大值的时刻为计时起点,写出振动方程。

频率、周期和初相。

A=0.04(m) 二 0.7(rad/s) 二-0.3(rad)⑷10.11(Hz) T 8.98(s)2 n、5-3证明:如图所示的振动系统的振动频率为1 R +k 2式中k 1,k 2分别为两个弹簧的劲度系数,m 为物体的质量V max 二 A =10 0.04 = 0.4(m/s) a max 二 2A =102 0.04 =4(m/s 2) ⑵设 x =Acos(,t :;;■『),贝Ud x vA sin(,t 「)dtd 2xa一 dt 2--2Acos(「t 亠 ^ ) - - 2x当 x=0.02m 时,COS (;:, t :忙)=1/ 2, sin( t 「)= _、一3/2,所以 v ==0.2、.3 ==0.346(m/s) 2a = -2(m/s )F 二 ma = -1(N)n(3)作旋转矢量图,可知:2x =0. 0 4 c o st(1 0)25-2弹簧振子的运动方程为 x =0.04cos(0.7t -0.3)(SI),写出此简谐振动的振幅、角频率、严...U ・」|1岛解:以平衡位置为坐标原点,水平向右为 x 轴正方向。

设物体处在平衡位置时,弹簧 1的伸长量为Xg ,弹簧2的伸长量为x 20,则应有_ k ] X ]0 ■木2乂20 = 0当物体运动到平衡位置的位移为 X 处时,弹簧1的伸长量就为x 10 X ,弹簧2的伸长量就为X 20 -X ,所以物体所受的合外力为F - -k i (X io X )k 2(X 20 -x)- -(匕 k 2)x2d x (k i k 2)dt 2 m上式表明此振动系统的振动为简谐振动,且振动的圆频率为5-4如图所示,U 形管直径为d ,管内水银质量为 m ,密度为p 现使水银面作无阻尼 自由振动,求振动周期。

解析高考物理必考的波动实验题

解析高考物理必考的波动实验题

解析高考物理必考的波动实验题高考物理必考的波动实验题是一类常见的考点,对于学生来说是必须要掌握的内容。

在本篇文章中,我将详细解析高考物理必考的波动实验题,帮助同学们更好地理解和应对这一考点。

波动实验题属于物理实践性问题,主要涉及到波动传播和特性的实验操作。

通过实验观察和测量,学生需要解析实验现象,探究波动的规律和性质。

在高考中,常见的波动实验题主要包括弦线振动实验、声音传播实验和光的衍射实验等。

下面分别对这几个实验题进行解析。

一、弦线振动实验弦线振动实验是波动实验中的基础实验,通过控制弦线的拉紧程度和长度,观察弦线所产生的波动并进行测量。

在实验中,学生需要测量振动的频率、波长、振幅等参数,并通过实验数据计算波速和周期等。

在解析弦线振动实验题时,学生首先需要了解弦线振动的基本原理,即弦线的振动是由于能量的传递所导致。

通过分析弦线的振动模式和边界条件,可以推导出弦线振动的驻波方程,并进一步求解出振动频率和波速等物理量。

在实验中,学生需要根据实际情况选择适当的方法进行实验操作,并合理地解释实验数据和结果。

二、声音传播实验声音传播实验是高考物理中涉及到声波传播与声速测量的常见实验题。

根据实验要求,学生需要通过实验测量声音传播的速度,并进一步了解声音在不同介质中的传播特点。

在解析声音传播实验题时,学生需要明确声音的产生和传播机制,以及实验中涉及到的测量方法和仪器。

根据实验要求,学生可以选择不同的实验方案,如通过时间差法测量声音传播速度或利用共振管测量声音频率等。

在实验过程中,学生需要注意实验条件的控制,准确测量所需的参数,并根据实验结果进行数据处理和分析。

三、光的衍射实验光的衍射实验是高考物理中涉及到光波传播和衍射现象的常见实验题。

通过实验观察和测量,学生需要了解光的衍射规律,并利用实验数据解析光的特性和衍射现象。

在解析光的衍射实验题时,学生首先需要了解光的波动性质和衍射现象的基本原理。

通过实验装置的调整和观察,学生可以探索光的衍射规律,并进行实验数据的测量和分析。

振动波动检测题解答

振动波动检测题解答

A, x k;
1 C , x (2k 1) ; 2
1 B, x k ; 2
D, x (2k 1) 4.
振动和波动检测题部分解答
解:
y y1 y2 A cos
2x 0
2x

cos 2t
cos


2x

(2k 1)

2
x (2k 1)
由(1)、(2)两式可得
m2 g k x
振动和波动检测题部分解答
m1x T 2 m2 g
应该选 B
振动和波动检测题部分解答
2 一简谐振动曲线如图所示,则振动周期为[ B ]
x(cm)
A,2.62s; C,2.20s;
B,2.40s; D,2.00s.
4 2
t (s )
1
o
振动和波动检测题部分解答
解:
2 振动方程为 x 4 10 cos( ) T
2
当t=0时,
x0 0.02
2 v0 A sin 0 T


3
2 x 4 cos( ) T 3
振动和波动检测题部分解答
t 1时,x 0
2 0 0.04 cos( ) T 3
y
B
O
x
L
振动和波动检测题部分解答
解:
t x 设 y反 A cos[ 2 ( ) ' ] T t L y入B A cos[ 2 ( ) ] T
y 反B
t L A cos[ 2 ( ) ] T
2L
反OB '

高中物理波动质点振动问题解析

高中物理波动质点振动问题解析

高中物理波动质点振动问题解析在高中物理学习中,波动质点振动问题是一个重要的考点。

理解和掌握这个问题对于学生们来说至关重要,因为它涉及到了波动和振动的基本原理。

在本文中,我将通过具体的题目举例,分析和说明波动质点振动问题的考点,并给出解题技巧和指导。

首先,让我们来看一个典型的问题:问题:一根长为L的细绳的一端固定在墙上,另一端系有一个质量为m的小球。

小球在绳的竖直平面内做简谐振动,振动的周期为T。

求绳的线密度。

解析:这个问题涉及到了绳的线密度和振动周期的关系。

首先,我们知道线密度可以用公式μ=m/L表示,其中m为绳的质量,L为绳的长度。

而振动的周期可以用公式T=2π√(m/μg)表示,其中g为重力加速度。

我们可以根据这两个公式来解决这个问题。

首先,我们根据第一个公式可以得到绳的质量m=μL。

然后,将这个结果代入第二个公式中,得到T=2π√(L/μg)。

接下来,我们可以将这个式子进行变形,得到μ=4π²L/T²g。

因此,绳的线密度为μ=4π²L/T²g。

通过这个例子,我们可以看出,波动质点振动问题的考点主要是振动周期和线密度的关系。

掌握了这个关系,我们就可以解决类似的问题。

除了上述的考点之外,波动质点振动问题还涉及到了波速、波长和频率的关系。

下面,让我们来看一个与波速有关的问题:问题:在一根细绳上,以频率为f的简谐波传播,波长为λ。

当将绳的线密度加倍,频率不变的情况下,波速会发生怎样的变化?解析:这个问题考察了波速和线密度的关系。

首先,我们知道波速可以用公式v=λf表示,其中v为波速,λ为波长,f为频率。

线密度加倍意味着绳的质量加倍,而频率不变。

我们可以利用波速公式来解决这个问题。

根据波速公式,我们可以得到v=λf。

当线密度加倍时,绳的质量加倍,而频率不变。

因此,根据线密度和质量的关系m=μL,我们可以得到m' = 2μL,其中m'为加倍后的质量。

高中物理波动分析题解析

高中物理波动分析题解析

高中物理波动分析题解析波动是高中物理中的一个重要概念,也是学生容易遇到困惑的一个知识点。

在解析波动分析题时,我们需要理解波动的基本概念和性质,并掌握一些解题技巧。

本文将通过具体的题目举例,分析解题思路和考点,并给出一些解题技巧,旨在帮助高中学生和他们的父母更好地理解和应对波动分析题。

1. 题目:一束光通过一个狭缝后,形成一条宽度为2mm的光条。

当光条通过一个透镜后,成为宽度为5mm的光条。

透镜的放大率是多少?解析:这是一个关于光的波动性质的题目,考察了光的衍射和透镜的成像原理。

首先,我们需要理解光的衍射现象,即光通过一个狭缝后会发生衍射,形成一条宽度较大的光条。

然后,我们需要了解透镜的成像原理,即透镜能够使光线聚焦或发散,从而改变光的宽度。

解题思路:根据题目所给的信息,我们可以设狭缝的宽度为a,透镜的放大率为b。

根据光的衍射原理,光通过狭缝后的宽度与狭缝的宽度成正比关系,即2mm/a = 5mm/b。

解方程得到b/a = 5/2,即透镜的放大率为2.5。

解题技巧:在解决这类题目时,我们需要熟练掌握光的波动性质和透镜的成像原理。

同时,要注意根据题目所给的信息进行变量的设定,并利用已知条件进行方程的建立和求解。

掌握这些解题技巧可以帮助我们更好地理解和解决波动分析题。

2. 题目:一个弹簧振子的周期为2s,振幅为0.1m。

求弹簧振子的频率和角频率。

解析:这是一个关于机械波的题目,考察了振动的周期、频率和角频率之间的关系。

弹簧振子是一种简谐振动,其周期和频率之间存在着特定的关系,同时与角频率也有对应关系。

解题思路:根据题目所给的信息,我们可以利用周期和频率的定义进行求解。

周期T等于振动的时间t,频率f等于振动的次数n除以时间t,即T = t,f = n/t。

由于周期是2s,所以频率为1/2Hz。

角频率ω等于2π乘以频率f,即ω = 2πf。

代入已知条件,可以求得角频率为π rad/s。

解题技巧:在解决这类题目时,我们需要熟练掌握振动的周期、频率和角频率的定义,并理解它们之间的关系。

振动、波动练习题及答案

振动、波动练习题及答案

振动、波动练习题一.选择题1.一质点在X 轴上作简谐振动,振幅A=4cm。

周期T=2s。

其平衡位置取作坐标原点。

若t=0 时刻质点第一次通过x= -2cm 处,且向X 轴负方向运动,则质点第二次通过x= -2cm 处的时刻为()。

A 1sB 2sC 4sD 2s332.一圆频率为ω的简谐波沿X 轴的正方向传播,t=0 时刻的波形如图所示,则t=0 的波形t=0 时刻,X 轴上各点的振动速度υ与X轴上坐标的关系图应()3.图示一简谐波在 t=0 时刻的波形图,波速υ =200m/s ,则图中O 点的振动加速度的表达式为()2A a 0.4 2 cos( t ) 2 23B a 0.4 2 cos( t )22C a 0.4 2cos(2 t ) 4.频率为 100Hz ,传播速度为 300m/s 的平面简谐波,波线上两 点振动的相位差为 3 ,则这两点相距( )A 2mB 2.19mC 0.5mD 28.6m5.一平面简谐波在弹性媒质中传播,媒质质元从平衡位置运动到最大位置处的过程中, ( )。

A 它的动能转换成势能B它的势能转换成动C 它从相邻的一段质元获得能量其能量逐渐增大Da20.4 2 cos(2 t2)υ (m/s)Bυ (m/s)DX(m)D 它把自己的能量传给相邻的一段质元,其能量逐渐减小6.在下面几种说法中,正确的说法是:()。

A 波源不动时,波源的振动周期与波动的周期在数值上是不同的B 波源振动的速度与波速相同C 在波传播方向上的任一质点振动位相总是比波源的位相滞后D 在波传播方向上的任一质点振动位相总是比波源的位相超前7.一质点作简谐振动,周期为T,当它由平衡位置向X 轴正方向运动时,从二分之一最大位移处到最大位移处这段路程所需要的时间为()。

A TBTCTDT4 12 6 88.在波长为λ的驻波中两个相邻波节之间的距离为()。

A λB 3 λ/4C λ/2D λ /49.在同一媒质中两列相干的平面简谐波的强度之比I1I 4是,则两列波的振幅之比是:()A A1 4 BA1 2 CA1 16 DA11A2 A2 A2 A2 410.有二个弹簧振子系统,都在作振幅相同的简谐振动,二个轻质弹簧的劲度系数K 相同,但振子的质量不同。

物理解析机械振动和波动问题的解题技巧

物理解析机械振动和波动问题的解题技巧

物理解析机械振动和波动问题的解题技巧物理学中,机械振动和波动问题是重要且常见的研究对象。

掌握解析方法和技巧对于解决这类问题至关重要。

本文将介绍一些解析机械振动和波动问题的解题技巧。

一、机械振动问题的解题技巧机械振动问题常常涉及弹簧振子、简谐振子、阻尼振动等。

以下是解析机械振动问题的一些技巧。

1. 弹簧振子问题弹簧振子问题是机械振动问题的基础,解决弹簧振子问题的关键在于根据受力分析确定恢复力和阻尼力。

一般来说,弹簧振子问题可以分为无阻尼、阻尼和受迫振动三种情况进行求解。

对于无阻尼情况,可以利用胡克定律和牛顿第二定律建立微分方程,再求解得到振动的表达式。

对于阻尼和受迫振动问题,需要根据阻尼和外力的特点选择合适的方程和方法进行求解。

2. 简谐振子问题简谐振子是振动问题中常见的一种情况,其特点是振动物体的加速度与位移成正比且方向相反。

解决简谐振子问题的关键在于确定振子的运动方程。

一般来说,可以利用牛顿第二定律和胡克定律建立微分方程,然后求解得到振动的表达式。

3. 阻尼振动问题阻尼振动是指振子在阻力作用下进行的振动。

解决阻尼振动问题的关键在于考虑阻尼力对振子的影响。

可以利用牛顿第二定律和阻力的表达式建立微分方程,然后求解得到振动的表达式。

二、波动问题的解题技巧波动问题常常涉及波速、频率、波长、干涉和衍射等。

以下是解析波动问题的一些技巧。

1. 波速、频率和波长的关系波速、频率和波长是波动问题中的重要概念,它们之间存在着一定的关系。

根据定义,波速等于频率乘以波长。

因此,在解决波动问题时,可以利用波速、频率和波长之间的关系进行推导和计算。

2. 干涉和衍射问题干涉和衍射是波动现象中的重要问题,解决干涉和衍射问题的关键在于利用波动理论和波动方程进行分析。

干涉和衍射问题中常常涉及到波的相位差、波的叠加等概念。

根据波动理论和波动方程,可以得到干涉和衍射的条件和结果。

以上是解析机械振动和波动问题的一些解题技巧。

在解决这类问题时,需要灵活运用物理知识和数学方法,根据具体情况选择合适的方程和方法进行求解。

《波动》选择题解答与分析研究

《波动》选择题解答与分析研究

5波动5.1简谐波地传播1. 在下面几种说法中,正确地说法是:(A) 波源不动时,波源地振动周期与波动地周期在数值上是不同地.(B) 波源振动地速度与波速相同.(C)在波传播方向上地任一质点振动相位总是比波源地相位滞后(按差值不大于π计).(D) 在波传播方向上地任一质点地振动相位总是比波源地相位超前.(按差值不大于π计)答案:(C)参考解答:无论传播地是横波还是纵波,媒质质元仅仅在自己地平衡位置附近振动,并未“随波逐流”.波地传播不是媒质质元地传播,所传播地只是振动状态.由于振动状态是由位相决定地,振动状态地传播也可说成是位相地传播.即沿波地传播方向,各质元地振动位相逐一落后,这是波动地重要特征.对选择(B),进入下面地讨论.1.1机械波地波速与波长(或频率)有没有关系?参考解答:波速是振动状态地传播速度,用u表示.因位相代表了振动状态,波速也叫相速,波速与波源振动地速度是两回事.机械波地波速与波长(或频率)无关,取决于媒质地性质(弹性和惯性,材料对不同地形变有不同地抵抗能力即表现出不同地弹性).理论和实验表明,弹性模量越大地介质,波地传播速度就越大;密度越大地介质,波地传播速度就越小.对其他选择,进入下面地思考题.1.2波传播时,介质地质元并不随波迁移.但水面上有波形成时,可以看到漂在水面上地树叶沿水波前进地方向移动.这是为什么?参考解答:如图所示,当水面上有波形成时,表面上水地质元是在平行于波传播方向地竖直平面内做圆周运动(不是上下地简谐运动).这是因为,水波传过时,波峰处地水面比原来高了,波谷处地水面比原来低了,波峰处增加地水量必定是由临近地波谷处移来地.这样,水面上地质元就有了沿水波传播方向地纵向振动,纵向振动和横向振动地合成就使得水面质元做圆周运动.正是由于水面质元地圆周运动(或说是由于质元有沿水波传播方向地纵向振动),使得水面上地树叶等漂浮物沿水波前进地方向移动.进入下一题:2.在简谐波传播过程中,沿传播方向相距为λ21(λ 为波长)地两点地振动速度必定(A) 大小相同,而方向相反. (B) 大小和方向均相同. (C)大小不同,方向相同. (D) 大小不同,而方向相反. 答案:(A)参考解答:一般情況下地波是很复杂地,如果波源作简谐振动,则波所传到地各媒质质元均作简谐振动,这样地波称为简谐波.另外,波所传播地只是振动状态.由于振动状态是由位相决定地,振动状态地传播也可说成是位相地传播,沿波地传播方向,各质元地振动位相逐一落后,而具体位相差地公式是:,2x ∆=∆λπϕ当,,2πϕλ=∆=∆ x 即位相相反.设沿传播方向相距为λ21地两点为P 和,2λ+P 按照谐振动速度表达式,有:)sin(ϕωω+-=t A P v ,).sin(πϕωωλ++=+t A 2P v显然P 2P v v-=+-=++=+)sin()sin(ϕωωπϕωωλt A t A ,所以这两点振动速度大小相同,而方向相反.对所有选择,均给出参考解答,直接进入下一题.5.2波动表达式1. 如图所示,一平面简谐波沿x 轴正向传播,已知P 点地振动方程为)cos(0φω+=t A y ,则波地表达式为 (A) }]/)([cos{0φω+--=u l x t A y . (B) })]/([cos{0φω+-=u x t A y . (C) )/(cos u x t A y -=ω.(D) }]/)([cos{0φω+-+=u l x t A y .答案:(A) 参考解答:沿波地传播方向,各质元地振动位相逐一落后,根据位相差地公式:,2x ∆=∆λπϕ,2,000l t P P λπφωϕϕϕϕϕϕ++=∆+=∆-=- 可通过P 点地振动方程求出0点地振动方程:)2cos(00l t A y λπφω++=}][cos{0φω++=u lt A ,则波地表达式为:}.])([cos{}][cos{00φωφω+--=+-+=ul x t A ux ul t A y对所有错误选择,进入下面地讨论.1.1波动方程)(cos uxt A y -=ω中地u x表示了什么? 如果把此式改写为)cos(ux t A y ωω-=,式中地u xω又表示了什么?参考解答:波动沿着x 轴方向传播,设位于原点o 处质元地振动方程为t A y ωcos =,每到一处,那里地质元将以同样地振幅和频率重复原点o 点地振动.波动方程既描述了同一时刻各媒质质元离开平衡位置地位移即该时刻地波形,同时又反映了随着时间地推移,波形沿着传播方向地运动情况.u x表示因振动从原点o 传播到距离o 点为x 处所需地时间; uxω表示x 处质元振动落后于o 处质元振动地位相;进入下一题:2. 如图所示,有一平面简谐波沿x 轴负方向传播,坐标原点O 地振动规律为)cos(0φω+=t A y ),则B 点地振动方程为(A) ])/(cos[0φω+-=u x t A y . (B) )]/([cos u x t A y +=ω.(C) })]/([cos{0φω+-=u x t A y . (D) })]/([cos{0φω++=u x t A y .答案:(D) 参考解答:沿波地传播方向,各质元地振动位相逐一落后,根据位相差地公式:,2x ∆=∆λπϕ,)(2,0000φωλπφωϕϕϕϕϕϕ++=++=∆-=∆-=-u x t x t B B 则B 点地振动方程为:}.][cos{cos 0φωϕ++==ux t A A y B进入下一题:5.3波地能量1.当机械波在媒质中传播时,一媒质质元地最大变形量发生在 (A) 媒质质元离开其平衡位置最大位移处.(B) 媒质质元离开其平衡位置(2/2A )处(A 是振动振幅). (C)媒质质元在其平衡位置处.(D) 媒质质元离开其平衡位置A 21处(A 是振动振幅).答案:(C) 参考解答:如图所示:一媒质质元地最大变形量发生在媒质质元在其平衡位置处.另外,a 点:位移最大处,动能为零;没有形变,形变势能为零.b 点:位移为零处,动能最大;形变最大,形变势能最大.对所有选择,均给出参考解答,直接进入下一题.2. 一平面简谐波在弹性媒质中传播,在媒质质元从平衡位置运动到最大位移处地过程中:(A) 它地动能转换成势能. (B) 它地势能转换成动能.(C)它从相邻地一段质元获得能量其能量逐渐增大.(D) 它把自己地能量传给相邻地一段质元,其能量逐渐减小. 答案:(D) 参考解答:波动过程是波地能量传播地过程.在波地传播过程中,质元都在各自地平衡位置附近振动,因而具有动能∆E k ,另外,波源地振动通过弹性力在媒质传播,由于媒质形变媒质中地各点也具有势能∆E P ,可以证明:,)(sin )(21222⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-∆=∆=∆ϕωωρu x t A V E E P k 体积元地动能和势能相等,随时间作同步变化:同时达到最大,同时达到最小.这里没有动能和势能地相互转化;体积元地总机械能并不守恒,显然和孤立振动系统(如弹簧振子)总能量守恒地情况不同.这是由于此质元和周围媒质间有弹性力地作用,进行着能量交换.每一质元都在不断地接受和释放能量.而媒质质元在平衡位置处:速度最大所以动能最大,媒质形变最大,其势能也最大.所以在媒质质元从平衡位置运动到最大位移处地过程中:它把自己地能量传给相邻地一段质元,其能量逐渐减小.所有错误选择,进入下面地讨论.2.1橡皮绳上传播横波时,在同一时刻,何处动能密度最大?何处弹性势能密度最大?何处总能量密度最大?何处这些能量密度最小?参考解答:拉紧地橡皮绳上有横波传播时,在某一时刻t ,位移为零地质元处动能密度最大(如图中地A ,C ,E 和G 各质元),因为在该时刻这些质元地速度最大.在同一时刻t ,位移为零地质元处势能密度也最大(如图中地A ,C ,E 和 G 各质元),因为在该时刻这些质元处橡皮绳地形变最大.当然,在同一时刻t ,也是在位移为零地质元处总能量密度最大.同样可分析出,在同一时刻t ,位移最大(含正最大和负最大)地质元处(如图中地 B ,D 和 F 各质元)动能密度最小、势能密度最小,因而总能量密度也最小,这是因为这些质元在该时刻速度为零且没有形变地缘故.怎样说明在同一时刻位移为零处地质元形变最大而位移最大处地质元形变为零呢?我们用一细地弹性棒中有横波地情形(如图所示)予以说明.当棒中无波时,棒上地质元均无形变,此时地质元可用小长方块表示(仅画了几个).若在某时刻t ,上述小质元恰巧分别在位移正、负最大处或位移为零处,如图中地下图所示,由图可见,此时刻,位移正、负最大处地质元几乎没有形变,而位移为零地质元形变最大.进入下一题.3.在波传播过程中,每个质元地能量都随时间变化,这是否违反能量守恒定律?(A) 违反. (B) 不违反.答案:(B)参考解答:波动地过程就是能量地传播过程,体积元地动能和势能相等,且随时间作同步变化,同时达到最大,同时达到最小,体积元总地机械能为222()sin [()]xE V A t uρωωϕ∆=∆-+,即体积元地总能量也是随时间作周期变化地.它从零增大到最大值(从前面地质元获得能量),然后又从最大值减小到零(把自身地能量传递给后面地质元),说明任一体积元都在不断地接受和放出能量,这正是能量通过波动传播地过程.因此不违反能量守恒定律.对错误选择,进入下一题:3.1波传播能量与运动粒子携带能量,这两种传递能量地方式有什么不同?参考解答:波动地传播过程就是能量地传播过程,是媒质质元不断从邻近处质元获取能量又不断将能量传递给更远处质元地过程,体积元地总能量也是随时间作周期变化地,它从零增大到最大值(从前面地质元获得能量),然后又从最大值减小到零(把自身地能量传递给后面地质元).而运动粒子携带能量没有能量地传播.5.4驻波1. 在弦线上有一简谐波,其表达式为]34)20(100cos[100.221π-+π⨯=-x t y (SI) 为了在此弦线上形成驻波,并且在x = 0处为一波腹,此弦线上还应有一简谐波,其表达式为:(A) ]3)20(100cos[100.222π+-π⨯=-x t y (SI). (B) ]34)20(100cos[100.222π+-π⨯=-x t y (SI). (C) ]3)20(100cos[100.222π--π⨯=-x t y (SI).(D) ]34)20(100cos[100.222π--π⨯=-x t y (SI). 答案:(D)参考解答:在同一媒质中两列振幅相同地相干波,沿同一直线相向传播时,叠加形成地波称为驻波,驻波是干涉现象地一种重要地特殊情况.驻波各质元以不同地振幅、相同地频率ω作简谐振动.振幅最大地各点称为波腹(由两列波引起地两振动恰好同相,相互加强).本题x = 0处为一波腹,则两波在x = 0处位相相同,显然(D)正确.对所有错误选择,进入下面地讨论.1.1设P 点距两波源S 1和S 2地距离相等,若P 点地合振幅保持为零,则由S 1和S 2分别发出地两列简谐波在P 点引起地两个简谐振动应满足什么条件?参考解答:两个简谐振动应满足干涉相消地条件,即振动方向相同,振动频率相等,振幅相等,相位差为π.进入下一题.2. 如图所示,一平面简谐波沿x 轴正方向传播,波动方程为:)]/π(2cos[1λνx t A y -=. BC 为波密媒质地反射面.波由P 点反射,0P = 3λ / 4,则反射波地波动方程为(A) )]/π(2cos[2λνx t A y += (B) ])/π(2cos[2πλν++=x t A y答案:(A)对所有选择,均给出参考解答.参考解答:有许多同学是这样考虑:(1) 反射波与入射波传播方向相反,波动方程中x 前面要改符合. (2) 波疏到波密媒质地反射,有半波损失,即波动方程中要加π. 即如果入射波地波动方程为:)]π(2cos[λνxt A y -=入,那么反射波地波动方程一定可以写成:])π(2cos[πλν++=xt A y 反.注意,这并不是在什么情况下都对!请看下面地分析:设入射波地波动方程为:])(cos[ϕω+-=ux t A y 入取如图所示坐标系,有半波损失时地反射波波动方程地一般形式:π])(cos[+++-=ϕωu op-xop t A y 反 注意:坐标原点是可以任意选择地!但常常是按下列两种方式取定坐标系. (1) 取坐标原点距离反射点为四分之一波长地偶数倍,42λk op =.π2)π2(,2k uk u k op =∴==λωλωλ反射波地波动方程:π])(cos[+++=ϕωux t A y 反 (2) 取坐标原点距离反射点为四分之一波长地奇数倍,4)12(λ+=k op .π)12(2)12(,2)12(2+=+∴+=k uk k op λωλ 反射波地波动方程:])(cos[ϕω++=uxt A y 反本题,坐标原点距离反射点为四分之一波长地奇数倍,答案(A)正确.5.5多普勒效应1. 一辆机车以30 m/s 地速度驶近一位静止地观察者,如果机车地汽笛地频率为550 Hz ,此观察者听到地声音频率是(空气中声速为330 m/s ) (A) 605 Hz . (B) 600 Hz . (C) 504 Hz . (D) 500 Hz . 答案:(A) 参考解答:当波源或观察者或两者都相对于媒质运动时,观察者所观测到地频率就不同于波源地频率,这种现象称为多普勒效应.本题属于观察者静止而波源运动地情况,观察者测得地频率为ννs v u u -='(Hz).60555030330330=⨯-=对所有选择,均给出参考解答,直接进入下一题.1.1波源向着观察者运动和观察者向着波源运动都产生频率增高地多普勒效应,这两种情况有何区别?参考解答:在多普勒效应中,虽然波源向着观察者运动和观察者向着波源运动都产生频率增高地多普勒效应,但其产生频率增高地“机制”是不同地.波源向着观察者运动会引起沿运动方向声波波长地缩短,这样,观察者在单位时间内接收地波地个数比波源不动时会增多,即观察者地接收频率增高.观察者向着波源运动使得观察者单位时间地接收到地波地个数增加,而此时波源静止,波长未变,所以观察者接收到地频率就增加了.版权申明本文部分内容,包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.NrpoJ。

振动波动习题讲解

振动波动习题讲解

轴负方向传播的平面简谐波在t 沿x轴负方向传播的平面简谐波在 = 2 s 轴负方向传播的平面简谐波在 时刻的波形曲线如图所示, 设波速u 时刻的波形曲线如图所示 , 设波速 = 0.5 m/s. 求:原点 的振动方程. 原点O的振动方程 的振动方程. .
2 解:方法一 T = = = 4(s) u 0.5
y (m) 0.5 O 1 u t=2s 2 x (m)
P
λ
y (m) 0.5 O 1 u t=2s 2 x (m)
t = 2 s =T/2。则t = 0时波形比题图 。 时波形比题图 中的波形倒退λ/2,如图。 中的波形倒退 ,如图。 此时y 此时 0 = 0,且朝 轴负方向运动, ,且朝y 轴负方向运动, ∴
一平面简谐波以400 m·s-1的波速在均匀媒质中沿 的波速在均匀媒质中沿x 一平面简谐波以 轴正向传播.已知波源的振动周期为 已知波源的振动周期为0.01s 、振幅为 轴正向传播 已知波源的振动周期为 0.2m. 设以波源振动经过平衡位置且向y 轴正向运 设以波源振动经过平衡位置且向 动作为计时起点,写出以距波源2m处为坐标原点 动作为计时起点,写出以距波源 处为坐标原点 的波动方程。 的波动方程。
x (m)
(该波的振幅A、波速u与波长 为已知量) 该波的振幅 、波速 与波长λ为已知量) 与波长 为已知量
点作为坐标原点, 解:若以此时为计时零点,以O点作为坐标原点,则 若以此时为计时零点, 点作为坐标原点 π y (m) ∵ ω = 2πν = 2π u ϕ =− A λ 2 u x π ∴波动方程为 y = Acos[2π (t′ + ) − ] 0 P λ u 2 若以2s前为计时零点,显然有 t′ = t − 2 若以 前为计时零点, 前为计时零点 ∴以2s前为计时零点波动方程为 前为计时零点波动方程为

振动与波动课堂测验题参考解答

振动与波动课堂测验题参考解答
4 2 T




2

4 u

, y o A cos[ ( t 2 ) 2 ]
2 u

2 u t 2 2 x y A cos 2 2 2u 2 A cos 2u t 2 3 t 2 y A cos 2 2 (2) P 2
x1 0.06cos(5t / 2)(m) x2 0.02sin( 5t )(m)
/2 它们合振动的振幅为_________初相位为__________。 4 10 2 m
x2 0.02 sin( 5t ) 0.02 cos(5t 3 / 2) 1
x 0.1cos(7.07t )
(SI制)
6
(2)物体在平衡位置上方5cm处时
d2 x a 2 w 2 x (7.07) 2 (0.05) 2.5m/s 2 dt
mg F ma, F m( g a) 4 10 2.5 30N ( )
(3)设t1时刻物体在平衡位置,此时x = 0,即
2 7.07t , t 0.296s 3 t t t 0.296 0.222 0.074s
2 2 2 1
1 0.05 0.1 cos(7.07t 2 ), 7.07t 2 ) , cos( 2 2 7.07t 2 , 因v < 0, sin(7.07t2 ) 0, 则 3
5
(1)由已知条件可知 振动的圆频率
mg 4 10 k 200 N/m l0 0.2
k 200 -1 w 7.07 s m 4 t=0时,x0=0.1m,v0=0,可得

大学物理振动及波动往年部分试题讲解

大学物理振动及波动往年部分试题讲解

1 y 0.1cos(7t ) (SI) 2分 0.12 3
-07级
x
4、试在下图中画出简谐振子的动能,振动势能和 机械能随时间t而变的三条曲线(设t = 0时物体经 过平衡位置).
E
E
t 0 T T 为简谐振动的周期 T/2
机械能 势能 动能
t
0
T/2
-05级
T
[动能、势能曲线各2分,机械能曲线1分]
一、选择题类
1. 一个弹簧振子和一个单摆(只考虑小幅度摆动),在地 面上的固有振动周期分别为T1和T2,将它们拿到月球上 去,相应的周期分别为 T1 和 T2 。则有 (A) T1 > T1且 T2 > T2. (B) T1 < T1且 T2 < T2 .
(D) T1= T1且 T2> T2.
解:(1)以O为坐标原点,由图可知,该点振动的 初始条件为: y0=Acos=0,v0=-Asin <0 所以
波的表达式为
=/2
y=Acos[t- x/u+/2]
ห้องสมุดไป่ตู้
(2) x=/8处的振动方程为 y=Acos[t-/8u+/2]=Acos[t-T/8+/2] = Acos[t+/4]
2 A 2
x=3/8处的质点振动速度为v=-Asin2(1/4-3/8)=
-03级
2 A 2
2.(本题10分) 一列平面简谐波在媒质中以波速u=5m/s沿 x轴正向传播,原点O处质元的振动曲线如图 所示. (1)求解并画出x=25m处质元的振动曲线.
(2)求解并画出t=3s的波形曲线. 解:(1)原点O处质元的振动方程为:
dy/dt=Aωcosωt (2)物体的速度与坐标的函数关系式为 v= .

振动与波动(习题与答案)

 振动与波动(习题与答案)

第10章振动与波动一.基本要求1. 掌握简谐振动的基本特征,能建立弹簧振子、单摆作谐振动的微分方程。

2. 掌握振幅、周期、频率、相位等概念的物理意义。

3. 能根据初始条件写出一维谐振动的运动学方程,并能理解其物理意义。

4. 掌握描述谐振动的旋转矢量法,并用以分析和讨论有关的问题。

5. 理解同方向、同频率谐振动的合成规律以及合振幅最大和最小的条件。

6. 理解机械波产生的条件。

7. 掌握描述简谐波的各物理量的物理意义及其相互关系。

8. 了解波的能量传播特征及能流、能流密度等概念。

9. 理解惠更斯原理和波的叠加原理。

掌握波的相干条件。

能用相位差或波程差概念来分析和确定相干波叠加后振幅加强或减弱的条件。

10. 理解驻波形成的条件,了解驻波和行波的区别,了解半波损失。

二. 内容提要1. 简谐振动的动力学特征作谐振动的物体所受到的力为线性回复力,即取系统的平衡位置为坐标原点,则简谐振动的动力学方程(即微分方程)为2. 简谐振动的运动学特征作谐振动的物体的位置坐标x与时间t成余弦(或正弦)函数关系,即由它可导出物体的振动速度)=tAv-ω+ωsin(ϕ物体的振动加速度)=tAa2cos(ϕ-+ωω3. 振幅A 作谐振动的物体的最大位置坐标的绝对值,振幅的大小由初始条件确定,即4. 周期与频率 作谐振动的物体完成一次全振动所需的时间T 称为周期,单位时间内完成的振动次数γ称为频率。

周期与频率互为倒数,即ν=1T 或 T1=ν5. 角频率(也称圆频率)ω 作谐振动的物体在2π秒内完成振动的次数,它与周期、频率的关系为 ωπ=2T 或 πν=ω26. 相位和初相 谐振动方程中(ϕ+ωt )项称为相位,它决定着作谐振动的物体的状态。

t=0时的相位称为初相,它由谐振动的初始条件决定,即应该注意,由此式算得的ϕ在0~2π范围内有两个可能取值,须根据t=0时刻的速度方向进行合理取舍。

7. 旋转矢量法 作逆时针匀速率转动的矢量,其长度等于谐振动的振幅A ,其角速度等于谐振动的角频率ω,且t=0时,它与x 轴的夹角为谐振动的初相ϕ,t=t时刻它与x 轴的夹角为谐振动的相位ϕω+t 。

物理振动试题及答案解析

物理振动试题及答案解析

物理振动试题及答案解析1. 简谐运动的振动周期与哪些因素有关?答案:简谐运动的振动周期与振子的质量以及弹簧的劲度系数有关,与振幅无关。

2. 什么是阻尼振动?其振动周期与自由振动相比有何不同?答案:阻尼振动是指在振动过程中受到阻力作用的振动。

与自由振动相比,阻尼振动的振动周期会变长。

3. 简述单摆的周期公式。

答案:单摆的周期公式为 \( T = 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}} \),其中 \( T \) 是周期,\( L \) 是摆长,\( g \) 是重力加速度。

4. 什么是共振现象?请举例说明。

答案:共振现象是指当驱动力的频率接近或等于系统的固有频率时,系统振幅急剧增大的现象。

例如,当行人在桥上行走时,如果步频与桥的固有频率接近,可能会引起桥梁的共振,导致桥梁剧烈振动甚至断裂。

5. 请解释为什么在声波传播中,频率越高的声波传播距离越短?答案:频率越高的声波波长越短,波长越短的声波在传播过程中更容易受到空气分子的散射作用,因此传播距离较短。

6. 什么是多普勒效应?请用物理公式表达。

答案:多普勒效应是指当波源和观察者相对运动时,观察者接收到的波频率与波源发出的频率不同的现象。

多普勒效应的公式为 \( f'= \frac{f(u + v)}{u + v \cos \theta} \),其中 \( f' \) 是观察者接收到的频率,\( f \) 是波源发出的频率,\( u \) 是波源的速度,\( v \) 是观察者的速度,\( \theta \) 是波源和观察者之间的夹角。

7. 请解释为什么在弹簧振子的振动过程中,振幅会逐渐减小?答案:在弹簧振子的振动过程中,振幅逐渐减小是因为存在阻力作用,如空气阻力或摩擦阻力,这些阻力会消耗振子的机械能,导致振幅减小。

8. 什么是机械波?请列举三种常见的机械波。

答案:机械波是指需要介质传播的波,其传播过程中介质的质点并不随波迁移,而是在平衡位置附近做振动。

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振动和波动检测题部分解答
解: 设 y2 Acos(2t 2 )

2
2
2
(S2P
S1P)
2
2
0.4
由题意 2 1.9 或 0.1
y2 Acos(2t 0.1 ). 应该选 D
振动和波动检测题部分解答
(m1 m2 )g
振动和波动检测题部分解答
解: 弹簧下只挂m1时
m1g kx' 0......(1) kx'
m1
再挂了m2时
m1g
(m1 m2 )g k(x'x) 0......( 2)
k (x'x)
x
m2
x
(m1 m2 )g
由(1)、(2)两式可得 k m2 g x
振动和波动检测题部分解答
P点是两列波相遇区域中的一点,已知S1P 2,
S2P 2.2 ,两列波的P点发生相消干涉.若 S1的
振动方程为 y1 Acos(2t 2),则 S2 的振动方
程为[ D ]
A, y2 Acos(2t 2);
S1
•P
B, y2 Acos(2t );
S2
C, y2 Acos(2t 2); D, y2 Acos(2t 0.1 ).
2
1 mA2 ( 2 )2 sin2 (t )
2
T
2 2
T2
mA2
sin2 (t
)
应该选 C
振动和波动检测题部分解答
4 右图为沿x轴负方向传播的平面简谐波 在t=0时刻的波形.若波的表达式以余弦函数
表示,则O点处质点振动的初相为[ D]
A,0; B, ;
y
u
2 o
x
C,; D, 3 .
2
振动和波动检测题部分解答
v0
A
2
T
sin
0
3
x 4cos(2 t )
T3
振动和波动检测题部分解答
t 1时,x 0
0 0.04cos(2 )
T3
2
T3 2
又此时v A sin(2 ) 0
T3
T 2.40s
应该选 B
振动和波动检测题部分解答
3 一质点做简谐振动,其振动方程为
x Acos(t ) .在求质点的振动动能时,
解:
y AcosB(t C x)
B
C1 Bv
v B C
B 2
T
T 2
B
vT 2
C
振动和波动检测题部分解答
应该选 C
振动和波动检测题部分解答
6 一平面简谐波以速度u沿x轴正方向传播,
在t=t’时刻波形曲线如图所示,则坐标原点O的
振动方程为[D ]
A, y a cos[u (t t') ];
b
t t'时 y0 0 v0 0
作出旋转矢量图如图,则
y
O
2 a
振动和波动检测题部分解答
u t'
b
2
u t'
b2
y a cos[ u (t t') ]
b
2
应该选 D
振动和波动检测题部分解答
7 一简谐波沿Ox轴正方向传播,t=0时刻 波形曲线如图所示.已知周期为2s,则P点处
解: O点在t=0时的位移为 y 0
振动速度 v 0
作出旋转矢量图, 得其初相为 3 2
y
O
2 A
应该选 D
振动和波动检测题部分解答
5 一平面简谐波的表达式为 y Acos(Bt Cx)
式中A、B、C为正的常数,则[ C ]
A 波速为C;
B 周期为1/B;
C 波长为 2 C ; D 角频率为2 B.
T是周期,这些表达式中[ C ]
A, (1)、(4)是对的; B, (2)、(4)是对的;
C, (1)、(5)是对的; E, (2)、(5)是对的
D, (3)、(5)是对的;
振动和波动检测题部分解答
解: v dx A sin(t )
dt
Ek
1 2
mv2
1 2
mA2 2
sin2 (t
)
1 kA2 sin2 (t )
A c os (t
)
2
振动和波动检测题部分解答
又 u
T
2u
当 x 时,
2
yP
A c os [ (t
x) u
]
2
Acos[(t 1)
2
vP
dyP dt
A sin[(t 1) ]
2
应该选 A
振动和波动检测题部分解答
8 一平面简谐波在弹性媒质中传播,在煤质
质元从平衡位置运动到最大位移的过程中[D]
振动波动检测题解答
一 选择题
1 轻弹簧上端固定,下系一质量为m1的物体, 稳定后在m1下面又系一质量为m2的物体,于是 弹簧又伸长了x.若将m2移去,并令其振动,振动
周期为[ B ]
A,T 2 m2x ;
m1g
B,T 2 m1x ;
m2 g
C,T 1 m1x ;
2 m2g
D,T 2 m2x .
A 它的动能转化为势能; B 它的势能转化为动能; C 它从相邻的一段质元获得能量,其能量 逐步增大; D 它把自己的能量传递给相邻的一段质 元,其能量逐步减小.
解: 由题意,质元的能量在减小 应该选 D
振动和波动检测题部分解答
9 如图所示,S1 和 S2为两相干波源,他们的振
动方向均垂直于图面,发出波长为 的简谐波,
得到下面5个表达式:
(1) 1 m2 A2 sin2 (t ), (2) 1 m2 A2 cos2 (t ),
2
2
(3) 1 kA2 sin(t ),
2
(4) 1 kA2 cos2 (t ),
2
(5)
2 2
T2
mA 2
sin2 (t
).
振动和波动检测题部分解答
其中m是质点的质量,k是弹簧的劲度系数,
质点的振动速度v与t的关系曲线为[ A]
v
v
y
u
A
A
o1 0.5
t(s)
2
o 0.5
1
A
2
t(s) o
P
x
A
v
B
v
A
o 0.5 1
A
2 t(s)
o
1
t(s)
0.5
2
C
D
振动和波动检测题部分解答
解: 设O点的振动方程为
yo Acos(t )
t=0时, y 0, v 0
由旋转矢量法可得:
2
yo
T 2 m1x
m2 g
应该选 B
振动和波动检测题部分解答
2 一简谐振动曲线如图所示,则振动周期为[ B]
x(cm)
A,2.62s; B,2.40s; 4
2
t(s)
C,2.20s; D,2.00s. o 1
振动和波动检测题部分解答
解: 振动方程为 x 4102 cos(2 t )
T
当t=0时, x0 0.02
y
a
u
b
2
o
x
B, y a cos[2 u (t t') ];
b
2
b
C, y a cos[ u (t t') ];
b
2
D, y a cos[ u (t t') ].
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2
振动和波动检测题部分解答
解: 设O点的振动方程为
y a cos(2t )
2b u u
2b
y a cos( u t )
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