- 机械波
- 共538题
(9分)两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,波速均为υ=0.4m/s,波源的振幅均为A=2cm。如图所示为t=0时刻两列波的图象,此刻平衡位置在x=0.2m和x=0.8m的P、Q两质点恰好开始振动。质点M的平衡位置位于x=0.5m处。求:
(ⅰ)两列波相遇的时刻t为多少?
(ⅱ)当t=1.875s时质点M的位移为多少?
正确答案
(ⅰ) (ⅱ)
试题分析:i由于M在PQ的中点,所以 ①
ii由于两列波波速、波长均相等,所以周期也相等, ②
,M点起振方向向下。 ③
从M开始振动起计时,M的振动方程为
④
⑤
代入振动方程可得, ⑥
评分标准:①式3分,④式2分,②③⑤⑥每式1分
(6分)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图所示,经0.6s,质点a第一次到达波峰位置,则这列波的传播速度为________ m/s,质点b第一次出现在波峰的时刻为________ s,从该时刻起,质点a的振动方程为 cm。
正确答案
5; 1; (每空2分,共6分)
试题分析:根据上下坡法克判断此时质点a向下振动,经第一次出现在波峰,可得T=0.8s,由波形图知波长为4m,所以传播速度
;由图知t=0时刻x=3m处质点在波峰,当其振动形式传播到b点时,b点第一次出现在波峰,用时
;
,振动方程
,由图知振幅A=5cm,t=0时刻,y=0,且质点a向下振动,所以其振动方程为
足够长的绳子一端固定,一端用手抓着,在竖直方向抖动一个周期,绳子上就产生了一列完整波如图,此时手停止抖动,离手近的质点将 (填“先” 或“后”)停止振动。 波向右传播时,观察到的波形会不会变化 。
正确答案
先、不会
试题分析:波源停止振动后,离波源近的质点最先停止振动,波传播过程中,质点是重复前面质点的振动情况,所以不会观察到波形的变化
点评:基础题,比较简单,关键是知道后面质点是重复前面质点的振动的
如图12-1-7所示是一列简谐横波某时刻的波形图,图中P点为介质中的一质点,此时刻恰好过平衡位置,已知其振动周期T="0.4" s.求至少过多长时间P质点到达波峰?
图12-1-7
正确答案
题中已知条件没有给出P质点此刻过平衡位置的振动方向,也没有给定波的传播方向,不妨假定P质点此时正向上振动,波向右传播,则至少需要1/4个周期的时间.
一列简谐横波在t=0时刻的波形如图所示,质点P此时刻沿-y运动,经过0.1s第一次到达平衡位置,波速为5m/s,那么,求:
(1)该波的传播方向;
(2)质点P的振动周期;
(3)图中Q点(坐标为x=7.5m的点)的振动方程.
正确答案
[物理——选修3-4](15分)
小题1:一列简谐波沿x轴正方向传播,某时刻波形图如图甲所示,a、b、c、d是波传播方向上的四个振动质点的平衡位置.如再过3/2个周期,其中某质点继续振动的图象如图乙所示,则该质点是
小题2:如图所示,一束截面为圆形(半径R=1m)的平行紫光垂直射向一半径也为R的玻璃半球的平面,经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮区。屏幕S至球心距离为D=(+1)m,不考虑光的干涉和衍射,试问:
①若玻璃半球对紫色光的折射率为,请你求出圆形亮区的半径。
②若将题干中紫光改为白光,在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘是什么颜色?
正确答案
小题1:D
小题2:1m
画出再过3/2个周期后的波形图,a处质点处于波谷,c处质点处于波峰,b处质点处于平衡位置且向下运动,d处质点处于平衡位置且向上运动,所以图乙是d处质点的振动图象,选项D正确。
①如图,紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点E,E点到亮区中心G的距离r就是所求最大半径。设紫光临界角为C,由全反射的知识:sinC="1/n " (2分)
由几何知识可知: AB=RsinC=R/n。
OB=RcosC=R (1分)
BF=ABtanC= (1分)
GF=D-(OB+BF)=D-。 (1分)
=
(1分)
所以有:rm=GE=AB=D
-nR,
代入数据得 rm=1m。
如图所示,甲为某一简谐横波在t=1.0s时刻的图象,乙为参与波动的某一质点的振动图象。
(1)两图中的AA’、OC各表示什么物理量?量值各是多少?
(2)说明两图中OA ’B段图线的意义?
(3)该波的波速为多大?
(4)画出再经过0.25s后的波动图象和振动图象。
(5)甲图中P点此刻的振动方向。
正确答案
(1)甲图中的AA’表示振幅A和x=1m处的质点在t=1.0s时对平衡位置的位移,振幅A=0.2m,位移y=-0.2m;甲图中OC表示波长,大小l=4m。乙图中AA’即是质点振动的振幅,又是t=0.25s时质点偏离平衡位置的位移,振幅A=0.2m,位移y=-0.2m;OC表示质点振动的周期,大小T=1.0s。
(2)甲图中的OA’B段图线表示O到B之间的各质点在t=1.0s时相对平衡位置的位移,OA间各质点正向着平衡位置运动,AB间各质点正在远离平衡位置运动。乙图中的OA’B段图线表示该质点在t=0~0.5s时间内振动位移随时间变化的情况,在0~0.25s内该质点正远离平衡位置运动,在0.25s~0.2s内该质点正向平衡位置运动。
(3)由v=l/t可得波速v=m/s=4m/s
(4)再过0.25s,波动图象向右平移Dx=vDt=0.254m=1m=l/4;振动图象在原有的基础上向后延伸T/4,图象分别如图6-11丙、丁所示
依据波动图象和振动图象的物理意义来分析判断。注意振动图象和波动图象的区别与联系。(1)甲图中的AA’表示振幅A和x=1m处的质点在t=1.0s时对平衡位置的位移,振幅A=0.2m,位移y=-0.2m;甲图中OC表示波长,大小l=4m。乙图中AA’即是质点振动的振幅,又是t=0.25s时质点偏离平衡位置的位移,振幅A=0.2m,位移y=-0.2m;OC表示质点振动的周期,大小T=1.0s。
(2)甲图中的OA’B段图线表示O到B之间的各质点在t=1.0s时相对平衡位置的位移,OA间各质点正向着平衡位置运动,AB间各质点正在远离平衡位置运动。乙图中的OA’B段图线表示该质点在t=0~0.5s时间内振动位移随时间变化的情况,在0~0.25s内该质点正远离平衡位置运动,在0.25s~0.2s内该质点正向平衡位置运动。
(3)由v=l/t可得波速v=m/s= 4m/s
(4)再过0.25s,波动图象向右平移Dx=vDt=0.254m=1m=l/4;振动图象在原有的基础上向后延伸T/4,图象分别如图6-11丙、丁所示
【选修3-4选做题】
在某介质中形成一列简谐波,波向右传播,在0.1 s时刻刚好传到B点,波形如图中实线所示,且再经过0.6 s,P点也开始起振,求:
(1)该列波的周期T;
(2)从t=0时刻起到P点第一次达到波峰时止,O点对平衡位置的位移y0及其所经过的路程s0各为多少?
(3)若该列波的传播速度大小为20 m/s,且波形中由实线变成虚线需要经历0.525 s时间,则该列波的传播方向如何?
正确答案
解:(1)由图像可知λ=2 m,波速
由得
(2)
P点到达波峰的时刻为△t+0.1 s=0.85 s
由题意可知t=0时刻波刚好传到O点,起振方向向下,即O点振动了t=0. 85s
所以y0=-2 cm,路程s0=34 cm
(3)当波速v=20 m/s时,经历0.525 s时间,波沿x轴方向传播的距离为10.5 m,即实线波形变为虚线波形经历了个周期,故波沿x轴负方向传播
【选修3-4选做题】
如图所示是一列横波上A、B两质点的振动图像,该波由A传向B,两质点沿波的传播方向上的距离△x=4.0 m,波长大于3.0 m,求这列波的波速。
正确答案
解:由振动图像可知,质点振动周期T=0.4 s
取t=0时刻分析,质点A经平衡位置向上振动,质点B处于波谷,设波长为λ
则(n=0、1、2、3……)
所以该波波长为
因为有λ>3.0 m的条件,所以取n=0,1
当n=0时,λ1=16 m,波速
当n=1时,λ2=3.2 m,波速
如图所示为一列简谐横波在两个不同时刻的波形,虚线为实线所示的横波在
△T = 0.5s后的波形图线。
(1)若质点的振动周期T与△T的关系为△T < T,
波速可能为多少?
(2)若波速为v = 2.04m/s,则波向哪个方向传播?
正确答案
(1)若波向右传播,
若波向左传播,
(2)波向x轴负方向传播
(1)由图知,若波向右传播,得
解得
若波向左传播,得
解得
(2)若波向右传播,得
解得
(n=0、1、2……)
若波向左传播,同理可得(n=0、1、2……)
K=,n=4
所以波向x轴负方向传播。
模块3-4试题
(1)2009年诺贝尔物理奖获得者高锟被称为光导纤维之父。光纤由折射率为n1的内芯和折射率为n2的包层构成,则n1 n2(填>,<或=)。若光导纤维长度为L,光以入射角射到内芯与包层的界面上,如图12所示,已知光在真空中传播的速度为c,则光在内芯中传播的速度为 ,光信号从光导纤维的一端传播到另一端所需时间为 。
(2)如图13所示,甲乙两船相距40m,一列水波在水面上从左向右传播,当某时刻甲船位于波峰时乙船恰位于波谷,且峰、谷间的高度差为0.4m。若波速为4m/s,通过计算回答:① 9s后甲处于上升还是下降状态?② 9s内甲上下运动了多少路程?
正确答案
(1)>
(2)①甲船向下运动
②
(1) > (2’), (2’) ,
(2’)
(2)解:由图可知,两船员之间相距 ,
(2’)
由 得
(1’)
∴ (1’)
∴ 9s时甲船向下运动 (1’)
由题意知,船振动的振幅A=0.2m
甲船在9s内走过的路程 (2’)
(15分)[物理——选修3-4]
(1)(5分)图是一列简谐横波在某时刻的波形图,已知图中b位置的质点起振比a位置的质点晚0.5 s,b和c之间的距离是5 m,则此列波的波长和频率应分别为
(2)(10分)图示是一透明的圆柱体的横截面,其半径R=20cm,折射率为,AB是一条直径,今有一束平行光沿AB方向射向圆柱体,试求:
①光在圆柱体中的传播速度
②距离直线AB多远的入射光线,折射后恰经过B点
正确答案
(1)A
(2)①
②距离直线AB10cm的入射光线经折射后能到达B点。
(1)A (5分)
(2)解:①光在圆柱体中的传播速度(2分) ②设光线PC经折射后经过B点,光路图如图所示, 由折射定律有:
(2分)又由几何关系有: (2分) 解得:
(2分) 光线PC离直线AB的距离CD=Rsinα=10
cm(2分) 则距离直线AB10
cm的入射光线经折射后能到达B点.
如图所示,细绳的一端在外力作用下从t=0时刻开始做简谐运动,激发出一列简谐横波.在细绳上选取15个点,图甲为t=0时刻各点所处的位置,图乙为t=时刻的波形图(T为波的周期).请画出t=
时刻的波形图.
正确答案
根据机械波的形成特点可知,在t=时刻1号质点运动到波谷,振动传到10号质点,7号质点在最高点.波形图如下图所示.
喷墨打印机在打印纸张时,纸张以设定的速度匀速移动,打印喷头则随着墨盒一起沿着垂直方向根据打印文件上的信息左右移动,如图(甲)所示。某次打印时,进行如下设置:纸张规格为A4纸(宽度21cm,长度29.7cm),纵向打印,打印速度为每分钟15张,启动打印机,打出一张如图(乙)所示的图像。根据所给信息可以得出纸张移动速度v=____________m/s,打印墨盒左右移动的频率f=_____________Hz。 (不计切换纸张的间隔时间)
正确答案
0.07425或,0.928或
(每空2分)
每分钟打印15张,打印每张所需时间为4s,A4纸的长度29.7cm,则纸张移动速度,由
得周期为
s,打印墨盒左右移动的频率f=
Hz。
如图所示为某雷达的荧光屏,屏上标尺的最小刻度对应的时间为2×10-4s.雷达天线朝东方时,屏上的波形如图甲;雷达天线朝西方时,屏上的波形如图乙.问:雷达在何方发现了目标?目标与雷达相距多远?
正确答案
雷达发射的无线电波遇到障碍物会反射回来被天线接收.甲图中是时间间隔大于乙图中时间间隔,所以目标在雷达西方,
从图中可以看出,两个尖形波间隔为10格,即全程的时间就是2×10-3s,单程的距离为1×10-3s,乘以光速,那么就是被监视目标与雷达的距离.
所以目标距雷达3×105m,
答:雷达在西方发现了目标,目标与雷达相距3×105m.
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