机械波作业及参考答案

机械波作业及参考答案集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]第十机械波一. 选择题[C]1．（基础训练1）图14-10为一平面简谐波在t =2s 时刻的波形图，则平衡位置在P 点的质点的振动方程是(A)]31)2(cos[01.0π+-π=t y P (SI)．(B)]31)2(cos[01.0π++π=t y P (SI)．(C)]31)2(2cos[01.0π+-π=t y P (SI)．(D)]31)2(2cos[01.0π--π=t y P (SI)． 【提示】由t=2s 波形，及波向X 轴负向传播，波动方程}])2[(cos{0ϕω+-+-=ux x t A y ，ϕ为P 点初相。

以0x x =代入。

[C]2．（基础训练4）一平面简谐波在弹性媒质中传播，在某一瞬时，媒质中某质元正处于平衡位置，此时它的能量是（）(A)动能为零，势能最大．(B)动能为零，势能为零．(C)动能最大，势能最大．(D)动能最大，势能为零．【提示】在波动的传播过程中，任意时刻的动能和势能不仅大小相等而且相位相同，在平衡位置，动能最大，势能最大。

[D]3．（基础训练7）在长为L ，一端固定，一端自由的悬空细杆上形成驻波，则此驻波的基频波（波长最长的波）的波长为(A)L ．(B)2L ． (C)3L ．(D)4L ． 【提示】形成驻波，固定端为波节，自由端为波腹。

波长最长，4L λ=。

[D]4．（自测提高3）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14-24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 b u a y ．(D)]2)(cos[π-'-π=t t b u a y ．【提示】由图可知，波长为2b ，周期2=,b T u 频率=u b ωπ，在t =t ＇，o 点的相位为-2π。

坐标原点O 的振动方程为]2)(cos[π-'-π=t t b u a y图14-10 图14-24[D]5．（自测提高6）如图14-25所示，S 1和S 2为两相干波源，它们的振动方向均垂直于图面，发出波长为的简谐波，P 点是两列波相遇区域中的一点，已知λ21=P S ，λ2.22=P S ，两列波在P 点发生相消干涉．若S 1的振动方程为)212cos(1π+π=t A y ，则S 2的振动方程为(A))212cos(2π-π=t A y ．(B))2cos(2π-π=t A y ．(C))212cos(2π+π=t A y ．(D)2cos(20.1)y A t =π-π．（辅导书这里写错了） 【提示】P 点两个振动的相位差为()()2010212r r πϕϕϕλ∆=---，发生相消干涉的条件为两列波频率相等、振动方向相同．．．．．．、振幅相同，相位差恒定并且 ()21,0,1,2,k k ϕπ∆=+=±±，有以上条件得到，S 2的振动方程为[C]6．（自测提高7）在弦线上有一简谐波，其表达式是]3)2002.0(2cos[100.221π+-π⨯=-x t y (SI)为了在此弦线上形成驻波，并且在x =0处为一波节，此弦线上还应有一简谐波，其表达式为：(A)]3)2002.0(2cos[100.222π++π⨯=-x t y (SI)．(B)]32)2002.0(2cos[100.222π++π⨯=-x t y (SI)．(C)]34)2002.0(2cos[100.222π++π⨯=-x t y (SI)．(D)]3)2002.0(2cos[100.222π-+π⨯=-x t y (SI)．【提示】根据驻波的形成条件。

二. 填空题7．（基础训练10）一平面简谐机械波在媒质中传播时，若一媒质质元在t 时刻的总机械能是10J ，则在)(T t +（T 为波的周期）时刻该媒质质元的振动动能是______5J_____。

【提示】k p E E =8．（基础训练16）在真空中沿着z 轴负方向传播的平面电磁波，O 点处电场强度为)312cos(300π+π=t E x ν(SI)，则O 点处磁场强度为__)3/2cos(796.0π+π-=t H y νA/m___________．在图14-18上表示出电场强度，磁场强度和传播速度之间的相互关系．【提示】电磁波特性。

H E 和同相。

H E 00με=。

H E⨯为电磁波传播方向。

9．（基础训练17）一列强度为I 的平面简谐波通过一面积为S 的平面，波速u与该平面的法线0n【提示】能流及波的强度定义。

10．（基础训练18）一列火车以20 m/s 的速度行驶，若机车汽笛的频率为600Hz ，一静止观测者在机车前和机车后所听到的声音频率分别为和（设空气中声速为340 m/s ）． 【提示】RR S Su v u v νν+=- 11．（自测提高11）如图14-27所示,两相干波源S 1与S 2相距3/4，为波长．设两波在S 1S 2连线上传播时，它们的振幅都是A ，并且不随距离变化．已知在该直线上在S 1左侧各点的合成波强度为其中一个波强度的4倍，则两波源应满足的相位条件是_13+2ϕπ__．【提示】强度与振幅的平方成正比，所以可以判断S 1左侧各点为干涉增强点。

根据干涉增强条件，得到213-=2ϕϕπ12．（自测提高15）有A 和B 两个汽笛，其频率均为404Hz ．A 是静止的，B 以3.3 m/s 的速度远离A ．在两个汽笛之间有一位静止的观察者，他听到的声音的拍频是（已知空气中的声速为330 m/s ）____4Hz________．【提示】RR S Su v u v νν+=-，再利用拍频的定义。

三.计算题13．（基础训练21）如图14-20所示为一平面简谐波在t =0时刻的波形图，设此简谐波的频率为250Hz ，且此时质点P 的运动方向向上，求 (1)该波的表达式；(2)在距原点O 为100 m 处质点的振动方程与振动速度表达式．解：(1)由P 点的运动方向，可判定该波向右传播．原点O 处质点，t =0时0/2cos x A φ==,所以4/π-=φO 处振动方程为)41500cos(0ππ-=t A y (m)由图可判定波长=200 m ，故波动表达式为]41)200250(2cos[ππ--=x t A y (m)(2)距O 点100 m 处质点的振动方程是)45500cos(1ππ-=t A y (m)或13cos(500)4y A t =+ππ(m/s)振动速度表达式是5v 500sin(500)4A t =--πππ(m/s)图14-19 图14-20图14-27或3v 500sin(500)4A t =-+πππ(m/s)14．（基础训练22）设1S 和2S 为两个相干波源，相距41波长，1S 比2S 的位相超前2π。

若两波在1S 、2S 连线方向上的强度相同且不随距离变化，问1S 、2S 连线上在1S 外侧各点的合成波的强度如何又在2S 外侧各点的强度如何解：由题目可知211-=2ϕϕπ，在1S 外侧任取一点P,P 点的相位为()()21212=-S P S P πϕϕϕπλ∆=---，满足干涉相消条件。

所以在1S 、2S 连线上在1S 外侧各点的合成波的强度为零。

同理，在2S 外侧任取一点Q,Q 点的相位为()()21212=0S Q S Q πϕϕϕλ∆=---，满足干涉增强条件。

所以在1S 、2S 连线上在1S 外侧各点的合成波的强度为41I 。

（1I 为单个波的强度）15．（基础训练23）如图14-21，一平面波在介质中以波速u =20m/s 沿x 轴负方向传播，已知A 点的振动方程为t y π⨯=-4cos 1032(SI)．(1)以A 点为坐标原点写出波的表达式；(2)以距A 点5 m 处的B 点为坐标原点，写出波的表达式．解：（1）以A 点为坐标原点，波的表达式为-2310cos4()20xy t π=⨯+（SI ） （2）以距A 点5 m 处的B 点为坐标原点，波的表达式为2310cos[4()]20xt ππ-=⨯+-（SI ）16．（基础训练27）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，设反射波的强度不变，试写出反射波的表达式．解：反射波在x 点引起的振动相位为 反射波表达式为)10214cos(01.0π-π+π+=x t y (SI)或10.01cos(4)2y t x ππ=++(SI)17．（基础训练28）正在报警的警钟，每隔秒钟响一声，一声接一声地响着。

有一个人在以60公里/小时的速度向警钟行驶的火车中，问这个人在5分钟内听到几响。

解：由题目得到1100=2,330/,/,6S R s u m s v m s ν-== 5分钟内听到560 2.1=630.3⨯⨯,听到的响声为630响。

图14-2118．（自测提高22）在实验室中做驻波实验时，在一根两端固定长3 m 的弦线上以60Hz 的频率激起横向简谐波．弦线的质量为60×10-3 kg ．如要在这根弦线上产生有四个波腹的很强的驻波，必须对这根弦线施加多大的张力.解：∵mTll m T T u ===/μ① 又∵νλ=u ②由题意知λ214=l ∴l 21=λ③将③代入②得l u 21⋅=ν，代入①，得422l m Tl ν=， 241νml T =16260310604123=⨯⨯⨯⨯=-N四．附加题19．（自测提高24）如图14-32，一圆频率为ω，振幅为A 的平面简谐波沿x 轴正方向传播，设在t=0时该波在原点O 处引起的振动使媒质元由平衡位置向y 轴的负方向运动，M 是垂直于x轴的波密媒质反射面，已知4'47'λλ==PO OO ，(λ为该波波长)，设反射波不衰减，求：(1)入射波与反射波的波动方程；(2)P 点的振动方程。

解：设O 处振动方程为)cos(0φω+=t A y当t =0时，y 0=0，v 0<0，∴π=21φ∴)21cos(0π+=t A y ω故入射波表达式为12cos()2y A t x在O ′处入射波引起的振动方程为由于M 是波密媒质反射面，所以O ′处反射波振动有一个相位的突变． ∴cos()y A t ππ2反t A ωcos =反射波表达式22cos[()]y A t OO x π)]47(2cos[x t A -π-=λλω合成波为12y y y ]22cos[π+π-=x t A λω]22cos[π+π++x t A λω将P 点坐标λλλ234147=-=x 代入上述方程得P 点的振动方程图14-32。