- 波的干涉
- 共193题
如图12-6-18所示,湖面上有一个半径为45 m的圆周,AB是它的直径,在圆心O和圆周上的A点分别装有同样的振动源,其波在湖面上传播的波长是10 m.若一只小船在B点恰好感觉不到振动,它沿圆周慢慢向A点划行,在到达A点之前的过程中还有几次感觉不到振动?
图12-6-18
正确答案
某点感觉不到振动即该点为振动减弱点,设圆周上C点到两波源(A和O)的距离相等,则船由B点向C点运动过程中,它到A点、O点的距离差由45 m减小到零,此过程中有4次距离差为半波长的奇数倍,由C点到A点过程中距离差由零增加到45 m,在此过程中亦有4次距离差为半波长的奇数倍,故在到达A点之前的过程中有8次感觉不到振动.
在B点时距两波源的路程差为半径,沿圆周上走可找到一个距两波源相等的点,在之间可数出有n次振动减弱点.解本题的关键是抓住振动减弱的条件,即Δs=(2n+1)(n=0,1,2,…).
如图12-6-10所示,在y轴上的Q、P两点位置上有两个频率相同、振动方向相同的振源,它们激起的机械波的波长为2 m,Q、P两点的纵坐标分别为yQ="6" m,yP="1" m,那么在x轴上从+∞到-∞的位置上,会出现几个振动减弱区?
图12-6-10
正确答案
5个
P、Q两波源具有相同频率,P、Q是相干波源,在空间P、Q波能产生干涉.P、Q到x轴上任一点M的距离之差Δr满足三角形两边之差小于(等于)第三边的关系,即Δr≤5 m.
由相干条件中减弱区的条件得
Δr=(2k+1)≤5 m
将λ="2" m代入
所以(2k+1)≤5,则k≤2
所以k取值为0、1、2.当k=2即为O点,由x轴正、负方向对称,故x轴上的减弱区域共5个.
两列频率、起振方向均相同的波S1、S2,在同一介质中传播时,某时刻t形成如图12-6-8所示的干涉图样,图样中两波源S1、S2同时为波谷(实线表示波峰,虚线表示波谷),在图中标有A、B、C三个位置点,则振动加强的点是____________,振动减弱的点是_________.
图12-6-8
正确答案
A、B C
从题图中可以知道,A点距波源S1、S2的距离均为1.5λ,即x1=1.5λ,x2=1.5λ,故A到S1、S2的距离差Δx=x1-x2=0,是两个波峰相遇,所以A为振动加强点,B点距S1距离x1=1.5λ,距S2距离x2=2λ,故B到S1、S2的距离差=λ,是波谷与波峰相遇,所以B为振动加强点,通过分析我们可得知,振动加强点离两波源的距离差满足:Δx=nλ(其中n=0,1,2,3,…).C点距S1距离x1=2λ,距S2的距离x2=1.5λ,故C到两波源S1、S2的距离差为Δx=x1-x2=0.5λ,是波峰与波谷相遇,所以C点是振动减弱点,同样可看出,振动减弱点离波源的距离满足:Δx=(2n+1)λ/2(其中n=0,1,2,3,…).
如图12-6-10所示,在直线PQ的垂线OM上有A、B两个声源,A、B分别距O点6 m和1 m,两个声源同时不断向外发出波长都为2 m的完全相同的声波,在直线PQ上从-∞到+∞的范围内听不到声音的小区域共有多少个?
图12-6-10
正确答案
5个
因为两波源的波程差为半波长的奇数倍时,是振动减弱点,在直线PQ上的O点距两波源A、B波程差最大,即AO-BO=(6-1)m="5" m=λ,故O点为减弱点,由O向-∞或由O向+∞,直线PQ上各点到两波源A、B的波程差逐渐减小,其中Δs=
λ的点有两个,Δs=
λ的点有两个,所以在直线PQ上从-∞到+∞的范围内听不到声音的小区域共有5个.
如图12-6-7所示,在x轴上A、B为振动情况相同的波源,同时向同一方向振动,相距3 m,振幅为0.05 m,两列波波长都为2 m,问:
图12-6-7
(1)x轴上坐标为1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m处质点的振幅各是多大?
(2)若波速为5 m/s,则2.5 m处的质点F在0.8 s内通过的路程为多少?
正确答案
(1)0;0.1 m;0;0.1 m
(2)0.8 m
两个波源频率相同,振动情况也完全相同(指振动步调相同),在传播过程中,出现稳定的干涉图样,某些区域内质点振动总是加强或总是减弱,介质中质点振动是加强还是减弱取决于该点到两波源的路程差Δs,如果路程差为波长λ的整数倍时,该点的振动是加强的;如果路程差是半波长的奇数倍时,该点的振动是减弱的,如两波源的振幅相等,则这些质点的振幅为零.
(1)C和E点到A、B的路程差为:
Δsc="CB-CA=(2.0-1.0)" m="1.0" m=
84823621
ΔsE="EA-EB=(2.0-1.0)" m="1.0" m=
即C、E两点的振动是减弱的,两列波在这两点引起的振动总是方向相反,所以C、E两质点的振幅为零.
D点和F点到A、B的路程差分别为:
ΔsD="DA-DB=(1.5-1.5)" m=0
ΔsF="FA-FB=(2.5-0.5)" m="2" m=λ
即D、F两点的振动是加强的,两列波在这两处所引起的振动总是方向相同,所以D、F两质点的振幅为A="2×0.05" m="0.1" m.
(2)周期T=="0.4" s,经Δt="0.8" s=2T,由于F点的振动总是加强的.振幅A="0.1" m,所以在0.8 s内质点F通过的路程为s="8A=0.8" m.
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