- 电磁波及其应用
- 共2372题
从A点发出频率f=50Hz的声音,以v1=330m/s的速度向B点传播.A、B两点间的距离等于这时声波波长λ的n倍.当温度升高△t=20℃,重复这个实验,发现在A、B距离上的波数是(n-2)个.已知温度每升高1℃,声速增加0.5m/s,求A、B两点间的距离.
正确答案
设第一次实验时声波的波长为λ1,则
λ1==
m=6.6 m
温度升高20℃时,声音的速度v2=v1+20×0.5m/s=340m/s.
波长λ2==
m=6.8m
设A、B间的距离为l,则由题意得
l=nλ1=(n-2)λ2
所以n==
=34
l=nλ1=34×6.6m=224.4m
答:A、B两点间的距离是224.4m.
(15分)(1)(6分)一简谐横波沿x轴正向传播,t=0时刻的波形如图(a)所示,x=0.30m处的质点的振动图线如图(b)所示,该质点在t=0时刻的运动方向沿y轴_________(填“正向”或“负向”)。已知该波的波长大于0.30m,则该波的波长为_______m。
(2)(9分)一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜,以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。已知该玻璃的折射率为,求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。
正确答案
(1) 正向 0.8 (2)π/4
(1)根据振动图像可知在t=0后的很小一段时间内,位移增大,故物体在t=0时向上运动;由图(a)、图(b)及题意可知21/2=2sin3π/4,所以此质点距O点距离为波长的3/8,即3/8λ=0.30m;得λ=0.8m
(2)如图,考虑从玻璃立方体中心O点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射。根据折射定律有 ①
式中,n是玻璃的折射率,入射角等于θ,α是折射角。
现假设A点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点。由题意,在A点刚好发生全反射,故 ②
设线段OA在立方体上表面的投影长为RA,由几何关系有③
式中a为玻璃立方体的边长,有①②③式得④
由题给数据得 ⑤
由题意,上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为RA的圆。所求的镀膜面积S′与玻璃立方体的表面积S之比为⑥
由⑤⑥式得⑦
介质中有一列沿x轴正方向传播的简谐横波,某时刻其波动图象如图所示.P为介质中一个质点,下列说法正确的是( )
正确答案
A、据波形图可知,A=2cm,λ=8m,故AB错误;
C、据波的传播特点可知,各质点做受迫振动,即各质点的振动频率与波源的频率相同,故C正确;
D、由于该波是横波,所以质点的振动方向与该波的传播方向垂直,故D错误.
故选:C.
如图中实线为一列简谐波在时刻t1的图象,虚线是它在t2=(t1+0.5)s时的图象.
(1)求这列波的可能传播速度.
(2)若3T<(t2-t1)<4T,求波向右传播的速度.
(3)若该波在介质中传播的波速为74m/s,问这列波向哪个方向传播?
正确答案
(1)假定向右传,则传播的距离为△s1=nλ+3=8n+3
传播速度为v1==
=(16n+6)m/s(n=0,1,2,3…)
同理,向左传有v2==
=(16n+10)m/s (n=0,1,2,3…)
(2)若3T<(t2-t1)<4T时,n=3,向右传,所以v=16×3+6=54(m/s)
(3)若该波在介质中传播的波速为74m/s,则波在0.5s内传播的距离:△s=v△t=74×0.5=37(m/s)
=4
即传播的距离为4倍波长加5m,所以是向左传播;
答:(1)这列波的可能传播速度.向右:v1==
=(16n+6)m/s(n=0,1,2,3…)
或向左:v2==
=(16n+10)m/s (n=0,1,2,3…)
(2)若3T<(t2-t1)<4T,波向右传播的速度为54m/s.
(3)若该波在介质中传播的波速为74m/s,这列波向左方向传播.
一列横波在x轴方向传播,t1=0时刻的波形图如图实线所示,t2=0.5s时刻的波形图如图虚线所示,已知波的周期大于0.5s,求这列波的波速.
正确答案
已知波的周期大于0.5s,即周期小于该波传播的时间,而波在一个周期内传播的距离是一个波长,所以该波在0.5s内传播距离的距离小于一个波长.
(1)若波的传播方向为+x方向,从图可以看出虚线所示的波形相当于实线所示的波形向右平移了波长,波传播的距离为:△x=2m,则波速的大小为:
v1==
m/s=4m/s
(2)若波的传播方向为-x方向,从图可以看出虚线所示的波形相当于实线所示的波形向左平移了波长,波传播的距离为:△x=6m,则波速的大小为:
v2==
m/s=12m/s.
答:这列波的波速是4m/s或12m/s.
一简谐横波在图中x轴上传播,实线和虚线分别是t1时刻和t2时刻的波形图,已知t2-t1=1.0s.由图波速表达式.
正确答案
据图可知波长λ=4m,因为不知道波的传播方向,因此有两种可能.
若波向右传播,t2-t1=(n+)T1,则得波的周期:T1=
s(n=0,1,2,3,…),波速v1=
=(4n+1)m/s,(n=0,1,2,3,…),可能值为1,5,9,…
同理,若波向左传播,则得T2=s(n=0,1,2,3,…)v2=
=(4n+3)m/s,(n=0,1,2,3,…),可能值为3,7,11,…
答:波速表达式为(4n+1)m/s或(4n+3)m/s,(n=0,1,2,3,…).
某实验室中悬挂着一弹簧振子和一单摆,弹簧振子的弹簧和小球(球中间有孔)都套在固定的光滑竖直杆上。某次有感地震中观察到静止的振子开始振动4.0 s后,单摆才开始摆动。此次地震中同一震源产生的地震纵波和横波的波长分别为10 km和5.0 km,频率为1.0 Hz。假设该实验室恰好位于震源的正上方,求震源离实验室的距离。
正确答案
解:地震纵波传播速度为:vP=fλP
地震横波传播速度为:vS=fλS
震源离实验室距离为s,有:,
解得:
一列横波上有相距4m的A、B两点,波的传播方向是由A向B,波长大于2m,如图所示的是A、B两质点的振动图象,求这列波可能的波速。
正确答案
解:由振动图象得:
质点振动周期T=0.4s
B点比A点晚振动的时间Δt=nT+T(n=1,2,3,……)
所以A、B间的距离为Δs=kλ+λ(k=0,1,2,3,……)
则波长为λ=
因为λ<2m,所以k=0,1
当k=0时,λ1=m,v1=
m/s=
m/s
当k=1时,λ2=m,v2=
m/s=
m/s
如图所示为波源O振动1.5s时沿波的传播方向上部分质点振动的波形图,已知波源O在t=0时开始沿x轴负方向振动,t=1.5s时它正好第二次到达波谷,问:
(1)y=5.4m的质点何时第一次到达波峰?
(2)从t=0开始至y=5.4m的质点第一次到达波峰的这段时间内,波源通过的路程是多少?
正确答案
(1)波源O在t=0时开始沿x轴负方向振动,t=1.5s时它正好第二次到达波谷,由其运动特点得,
t=1T,
∴T=t=1.2s
由图象可得:λ=60cm=0.6m
而有波传播规律知,=
∴s==0.6×
m=0.75m
即t=1.5s时波刚好传到距波源0.75m的质点,最前面的波峰位于y=0.3m的质点
又∵=
,∴△t=
=(5.4-0.3)×
=10.2s
∴t'=t+△t=1.5+10.2=11.7s
(2)s路==
m=1.95m
答:(1)经11.7s到波峰(2)波源通过路程1.95m
有一列沿水平方向传播的简谐横波,频率为10 Hz,沿竖直方向振动,当绳上的质点P到达其平衡位置且向下运动时,在其右方相距0.6 m处的质点Q刚好到达最高点,求波的传播方向和波速。
正确答案
解:由题意可以作出一个周期内P、Q两质点可能的波形示意图,波可以向左传播,也可以向右传播,如图所示,甲、乙分别表示波向右和向左传播时的基本波形
由于波的空间周期性,P、Q间波形有两种情况:
①当波向右传播时,当P、Q两点相差个周期时
,
,
②当波向左传播时,当P、Q两点相差个周期时
SpQ
湖面上一点O上下振动,振幅为0.2 m,以O点为圆心形成圆形水波,如图所示,A、B、O三点在一条直线上,OA间距离为4.0 m,OB间距离为2.4 m;某时刻O点处在波峰位置,观察发现2 s后此波峰传到A点,此时O点正通过平衡位置向下运动,OA间还有一个波峰;将水波近似为简谐波。
(1)求此水波的传播速度、周期和波长;
(2)以O点处在波峰位置为0时刻,某同学打算根据OB间距离与波长的关系确定B点在0时刻的振动情况,画出B点的振动图象。你认为该同学的思路是否可行?若可行,画出B点振动图象;若不可行,请给出正确思路并画出B点的振动图象。
正确答案
解:(1)v==2 m/s
Δt=T,T=1.6 s
λ=vT=3.2 m
(2)可行,振动图象如图所示
一根张紧的水平弹性长绳上的a、b两点,相距14.0m。当一列简谐横波沿此长绳传播时,若a点的位移到达正最大时,b点恰好经过平衡位置,且向下运动。经过1.00s后,a点第一次恰好经过平衡位置,且向下运动,而b点的位移恰好到达负最大,求这列简谐横波的可能波速是多大?
正确答案
解:由于a质点经过t=1s由正最大波峰第一次回到平衡位置,说明T/4=1s,所以T=4s
若波由a向b传播,根据题意可知ab=Δx=(nλ+3λ/4)=14m
因此波速v=m/s(其中n=0,1,2,3,……)
若波由b向a传播,根据题意可知ab=Δx=(nλ+λ/4)=14m
因此波速v=m/s (其中n=0,1,2,3,……)
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,介质中质点P、Q分别位于x=2m、x=4m处.从t=0时刻开始计时,当t=15s时质点Q刚好第4次到达波峰.
①求波速.
②写出质点P做简谐运动的表达式(不要求推导过程).
正确答案
①根据波形图得到波长λ=4m;
t=0时刻,质点Q正向下运动;从t=0时刻开始计时,当t=15s时质点Q刚好第4次到达波峰,故有
3T+T=t
解得
T==4s
故波速为v==
=1m/s;
②t=0时刻,质点P正在向上运动,振幅为:A=0.2m;
角频率为:ω==
=
rad/s
故质点P做简谐运动的表达式为:y=0.2sintm;
答:①波速为1m/s;
②点P做简谐运动的表达式为y=0.2sintm.
如图所示是一列横波上A、B两质点的振动图象,该波由A传向B,两质点沿波的传播方向上的距离Δx=4.0m,波长大于3.0m,求这列波的波速。
正确答案
解:由振动图象可知,质点振动周期T=0.4s
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>3.0m的条件,所以取n=0,1
当n=0时,,波速
当n=1时,,波速
在均匀介质中,各质点的平衡位置在同一直线上,相邻两质点问的距离均为s,如图所示。振动从质点1开始向右传播,质点l开始运动时的速度方向竖直向上。经过时间t,前13个质点第一次形成如图所示的波形。求:
(1)这列波的周期;
(2)这列波的传播速度。
正确答案
解:(1)根据机械波传播的规律可知,经过时间t第17个质点开始振动,则
解得:
(2)由图像可知
=
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