- 机械振动
- 共10857题
(12分)如图所示的弹簧振子,放在光滑水平桌面上,O是平衡位置,振幅A=2cm,周期T=0.4s.
(1)若以向右为位移的正方向,当振子运动到右方最大位移处开始计时,试画出其振动一个周期的振动图像;
(2)若从振子经过平衡位置开始计时,求经过2.6s小球通过的路程?
正确答案
(1)(6分)
(2)(6分)S=t/T*4A=52cm=0.52m
本题考查简谐运动的形成特点,当振子在右方最大位移处时,位移最大为2cm,周期为0.4s,设向右为正方向,图像为
振子经过一个周期路程为4个振幅,2.6s经过的位移为0.52m
一列简谐横波在x轴线上传播着,在t1=0和t2=0.005s时的波形曲线如图所示:
⑴横波的波长是多大?振幅A是多大?
⑵设周期大于(t2 – t1),如果波向左传播,波速多大?
⑶设周期小于(t2 – t1),且波速为6800m/s,求波的传播方向.
正确答案
(1)λ = 8m⑵1200m/s⑶波传播方向向右
(1)A = 0.2cm,λ = 8m。 (2分)
(2)波向左传播:Δt =" (n" + )T 其中n为自然数 (1分)
T = s (1分)
当n = 0时,T = s, (1分)
当n = 1时,T = s < 0.005s(舍去) (1分)
∴υ = = 1200m/s (1分)
(3)T = s =
s (1分)
=
= 4
, (1分)
即波传了3个波长,结合波形曲线可知波传播方向向右。 (1分)
本题考查了横波传播图像,根据图像可得波的振幅与波长,若波向左传播,则判断出波传播了Δt =" (n" + )T,结合周期大于(t2 – t1),可得周期,根据公式υ =
可得传播速度。若周期小于(t2 – t1),且波速为6800m/s,需要先算出周期,结合传播规律可解答。
如图(1),弹簧振子平衡位置为o, 振子在AB间作简揩振动,在图上画出振子在B点时加速度的方向和在A时的位移。
正确答案
见解析
试题分析:在B点弹簧处于压缩状态,所以加速度方向向右,在A点,振子相对于平衡位置向右,所以位移向右从O指向A
点评:关键是知道位移方向和回复力方向即加速度方向相反
一列简谐横波在弹性介质中沿x轴传播,波源位于坐标原点O,t=O时刻波源开始振动,t="3" s时波源停止振动,如图为t="3." 2 s时的波形图。其中质点a的平衡位置离原点O的距离为x=2.5m。以下说法正确的是_______。(选对一个给3分,选对两个给4分,选对3个给6分。每选错一个扣3分,最低得分为0分)
E. 从波源起振开始计时,3.0 s内质点a运动的总路程为2. 5 m
正确答案
ABE
m/s="5" m/s,选项A正确;由题图可知,波长λ="2" m,选项B正确;
="3.2" s时,
=
·
="5×3.2" m="16" m,由于λ="2.0" m,故波形前端的运动同
="2.0" m质点的运动,可判断2.0 m处的质点向下振动,故波源起振方向沿
轴负方向,选项C错误;
,从图示时刻经
="0.1" s
,质点
位于平衡位置,选项D错误;从
0时刻起,经
,质点
开始振动,3.0 s内质点
振动了2.5 s,2.5 s=
,故质点
运动的总路程为
="6×4A+A=25×0.1" m="2.5" m,选项E正确。
(15分)
(1)(6分)如图a所示,一根水平张紧弹性长绳上有等间距的Q’、P’、O、P、Q质点,相邻两质点间距离为lm,t=0时刻O质点从平衡位置开始沿y轴正方向振动,并产生分别向左、向右传播的波,O质点振动图像如b所示,当O点第一次达到正方向最大位移时刻,P点刚开始振动,则_______。(填入选项前的字母,有填错的不得分)
(2)(9分)如图所示,一小孩站在宽6m的河边,在他正对面的岸边有一距离河面高度为3m的树,树的正下方河底有一块石头,小孩向河面看去,可同时看到树顶和石头两者的像,并发现两个像重合,若小孩的眼睛离河面高为1.5m,河水的折射率为,试估算河水深度。
正确答案
(1)B(2)h=5.3m
(1)答案: B
(2)解
光路如图,由图得n= ① 2分
由几何关系得1.5tani+3tani=6
解得 tani=
sini= ② 3分
P点至岸边的距离为3tani=4m
sinr= ③ 2分
由①②③解得 h="5.3m " 2分
正确答案
(n=1、2、3、4、5)
B求回到最低点的时间,在此时间里单摆经历的时间为
及
得(n=1、2、3、4、5)
(1)如图甲所示,在某一均匀介质中,A、B是振动情况完全相同的两个波源,其简谐运动表达式均为,介质中P点与A、B两波源间的距离分别为4m和5m,两波源形成的简谐波分别沿AP、BP方向传播,波速都是10m/s。
①求简谐横波的波长。
②P点的振动 (填“加强”或“减弱”)。
(2)如图乙所示,ABCD是一直角梯形棱镜的横截面,位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入。已知棱镜的折射率,AB=BC=8cm,OA=2cm,∠OAB=60°。
①求光线第一次射出棱镜时,出射光线的方向。
②第一次的出射点距C cm。
正确答案
(1)①1m ②加强
(2)①与CD边成45°角斜向下 ②
(1)①由简谐运动的表达式可知,则周期
s,波长
1m。
②P点距离两波源的路程差为m=
,P点是振动加强点。
(2)光路图如图所示,光线在AB、BC边上发生全反射。
设全反射的临界角为C,则,解得C=45°,光线在AB、BC边上的入射角均大于临界角,故在两边上发生全反射,没有光线从棱镜射出。
在CD边上发生折射时,入射角,设折射角为
,由
可知
=45°,结合几何知识可知出射点距离C点的距离为
cm。
【考点定位】简谐运动的表达式及其应用,波的干涉,光的反射与折射,全反射。
(1)(5分)如图所示,一轻弹簧一端固定,另一端连接一物块构成弹簧振子,该物块是由a、b两个小物块粘在一起组成的。物块在光滑水平面上左右振动,振幅为A0,周期为T0。当物块向右通过平衡位置时,a、b之间的粘胶脱开;以后小物块a震动的振幅和周期分别为A和T,则A A0(填“>”“<”“=”),T T0(填“>”“<”“=”)。
(2)(10分)如图所示,三棱镜的横截面为直角三角形ABC,∠A=30°,∠B=30°。一束平行于AC边的光线自AB边的P点摄入三棱镜,在AC边发生反射后从BC边的M点射出,若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等。
(i)求三棱镜的折射率;
(ii)在三棱镜的AC边是否有光线逸出,写出分析过程。(不考虑多次反射)
正确答案
(1) <(3分) < (2分)
(2)见解析。
(1)弹簧振子振动过程中,机械能守恒,振子经过平衡位置时,弹性势能为零,动能最大,从平衡位置运动到最大位移处时,动能转化为弹性势能。本题中,当粘胶脱开后,物块A与弹簧连接所构成的新的弹簧振子的机械能减小,新振子到达最大位移处时的弹性势能减小,即振子振动的振幅减小;新的弹簧振子的振幅减小,振子从最大位移处加速运动到平衡位置的位移减小,运动中的加速度比原振子振动时的大,所以运动时间减小,振子振动的周期减小。(,由于振子质量减小导致周期减小。)
(2)(ⅰ)光路图如图所示,图中N点为光线在AC边发生反射的入射点。设光线在P点的入射角为i、折射角为r,在M点的入射角为、折射角依题意也为i。
有i=60° ①
由折射定律有
②
③
由②③式得
④
为过M点的法线,
为直角,
∥
。由几何关系有
⑤
由折射定律可知 ⑥
联立④⑤⑥式得 ⑦
由几何关系得 ⑧
联立①②⑧式得 ⑨
(ⅱ)设在N点的入射角为,由几何关系得
⑩
此三棱镜的全反射临界角满足 (11)
由⑨⑩(11)式得 (12)
此光线在N点发生全反射,三棱镜的AC边没有光线透出。
【考点定位】(1)机械振动
(2)光学
(1)如图所示,一根柔软的弹性绳子右端固定,左端自由,A、B、C、D、…为绳子上的等间隔的点,点间间隔为50 cm,现用手拉着绳子的端点A使其上下振动,若A点刚开始向上振动,经0.1秒第一次达到最大位移处,C点恰好开始振动,则绳中形成的向右传播的横波速度为________ m/s,从A点开始振动计时,经________ s的时间J点第一次向下达到最大位移.
(2)如图所示,等边三角形ABC为透明柱状介质的横截面,一束平行于角平分线BD的单色光由AB面射入介质,经AB面折射的光线恰平行于BC.
①求介质对此单色光的折射率n;
②若光在真空的传播速度为c,则光在此介质中的传播速度为多少?折射光线在AC面上能否发生全反射?
正确答案
(1)10 0.75 (2)① ②
c 不能
(1)由题意可知在t=0.1 s内波传播的距离x=AC=1 m,v==
m/s=10 m/s;当A点振动刚传到J点时,J点的起振方向向上,再经
T第一次向下到达最大位移处,因
T=0.1 s,所以T=0.4 s,t=
+
T=(
+
×0.4) s=0.75 s.
(2)①依题意作出光路图,
由几何知识得入射角i=60°,折射角r=30°,由折射定律n=
得n=.
②若光在真空的传播速度为c,则光在此介质中的传播速度为v==
c
由sin C=可知,此介质的临界角C大于30°,而折射光线在AC面上的入射角为30°,故折射光线在AC面不能发生全反射.
描述简谐运动特征的公式是x=_____________。自由下落的篮球经地面反弹后上升又落下,若不考虑空气阻力及在地面反弹时的能量损失,此运动_____________(填 “是”或“不是”)简谐运动。
正确答案
Asinωt,不是
一轻质弹簧直立在地面上,其劲度系数k=400 N/m,弹簧的上端与空心物体A连接,物体B置于A内,B的上下表面恰好与A接触,如图所示.A和B质量均为1 kg,先将A向上抬高使弹簧伸长5 cm后由静止释放,A和B一起做上下方向的简谐运动.已知弹簧的弹性势能决定于弹簧形变大小(g取10 m/s2,阻力不计). 求:
(1)物体A的振幅;
(2)物体B的最大速率;
(3)在最高点和最低点A和B的作用力.
正确答案
(1)10 cm (2) m/s (3)10 N,向下;30 N,向上
(1)从原长到平衡位置x1=="5" cm
振幅A="5" cm+x1="10" cm.
(2)最大速率在平衡位置,从最高点到平衡位置过程中,前后位置的弹性势能相等,因此重力势能转化为动能.
(mA+mB)g·A= (mA+mB)v2
v= m/s.
(3)在最高点,整体(mA+mB)g+k×5 cm=(mA+mB)a
隔离B:F1+mBg=mBa 可求得F1=10 N,向下.
在最低点:F2-mBg=mBa,得F2=30 N,向上.
弹簧振子以O点为平衡位置,在B、C两点间做简谐运动.在t=0时刻,振子从O、B间的P 点以速度v向B点运动;在t="0.20" s时,振子速度第一次变为-v;在t="0.50" s时,振子速度第二次变为-v.
(1)求弹簧振子振动的周期T;
(2)若B、C之间的距离为25 cm,求振子在4.0 s内通过的路程.
正确答案
:(1) 1.00 s(2) 200 cm
解:(1)由对称性tPB=tBP=0.10 s……1′
同理,tPO=tOP′=×0.30 s=0.15s……1′
故tBO=tBP+tPO=T/4……1′
所以 T=4×(0.10+0.15) s=1.00 s.
即周期为1.00 s.……1′
(2)="2A=25" cm,振幅A=12.5 cm……2′
因振子1个周期通过4A的路程,
故在4.0 s=4T内通过s=4×4A=200 cm.……2′
本题考查简谐运动,简谐运动具有对称性,在做题特别关于时间时,一定要注意,根据对称性可tPB=tBP=0.10 s tPO=tOP′=×0.30 s=0.15s从而算出tBO=tBP+tPO=T/4得出周期,因振子1个周期通过4A的路程,可算在4s内的路程
简谐运动的振动图线可用下述方法画出:如图(1)所示,在弹簧振子的小球上安装一枝绘图笔P,让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动,笔P在纸带上画出的就是小球的振动图象.取振子水平向右的方向为振子离开平衡位置的位移正方向,纸带运动的距离代表时间,得到的振动图线如图(2)所示.
①刚开始计时时,振子处在 位置(填左边最大位移处或右边最大位移处),t=17 s时振子相对平衡位置的位移是 cm,此时速度为 (填正或负)向最大。
②若纸带运动的速度为2 cm/s,振动图线上1、3两点间的距离是 cm。
正确答案
左边最大位移处 0 正 4
①从图象知,振子处在左边最大位移处;周期为4s,则17 s时在1/4周期处,振子相对平衡位置的位移是0cm,此时速度为正向最大;
②根据速度公式可求得:。
如图5-9所示,竖直悬挂的轻弹簧下端系着A、B两球,其质量mA=0.1kg、mB=0.5kg.静止时弹簧伸长15cm.若剪断A、 B间的细线,则A作简谐运动时的振幅和最大加速度为多少?g=10m/s2.
正确答案
12.5cm ,50m/s2
由两球静止时的力平衡条件,得弹簧的劲度系数为
=40N/m.
剪断A、B间细线后,A球静止悬挂时的弹簧的伸长量为
=2.5cm.
弹簧下端的这个位置就是A球振动中的平衡位置.
悬挂B球后又剪断细线,相当于用手把A球下拉后又突然释放.刚剪断细线时弹簧比比静止悬挂A球多伸长的长度就是振幅,即
A=x=xA=15cm-2.5cm=12.5cm.
振动中A球的最大加速度为
=50m/s2.
一个质点做简谐运动, 在24s内共完成了30次全振动, 它振动的周期是 s,如果振幅是4cm,则该质点在24s内通过的路程是 m。该质点产生的波,如果波速是8m/s,则波长是___ _ __m。
正确答案
0.8 4.8 6.4
,24s时间内完成30次全振动,一个周期经历的路程为4A=16cm,30个周期路程为4.8m,由
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