- 电磁波及其应用
- 共2372题
一列简谐横波由质点A向质点B传播。已知A、B两点相距4m,这列波的波长大于2m而小于20m。下图表示在波的传播过程中A、B两质点的振动的图象。求波的传播速度。
正确答案
解:由振动图象读出T=0.4s
分析图象可知:t=0时,质点A位于+y方向最大位移处,而质点B则经过平衡位置向负y方向运动
所以AB间距4=(n+3/4)λ,λ=16/(4n+3),其中n=0,1,2,…
因为这列波的波长大于2m而小于20m
所以n=0、1两个可能的取值,即:λ1=m,λ2=
m
因v=λ/T
所以v1=m/s,v2=
m/s
(选修模块3-4)
(1)下列说法中正确的是______.
A.机械波和电磁波都能在真空中传播
B.铁路、民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测
C.根据狭义相对论的原理知,在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的
D.两列波叠加时产生干涉现象,其振动加强区域与减弱区域是稳定不变的
(2)如图1所示是一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2m/s,则x=1.5m处质点的振动函数表达式y=______cm,x=2.0m处质点在0-1.5s内通过的路程为______cm.
(3)如图2所示,半圆玻璃砖的半径R=10cm,折射率n=,直径AB与屏幕MN垂直并接触于A点.激光a以入射角i=60°射向玻璃砖圆心O,结果在屏幕MN上出现两光斑,求两光斑之间的距离L.
正确答案
(1)A、机械波必须借助于介质才能传播,在真空中不能传播,而电磁波传播的是电磁场,电磁场本身就是一种物质,不需要借助于其他物质作为媒介传播,真空中也能传播.故A错误.
B、红外线热效应显著,而穿透本领较弱,不能用来安检,铁路、民航等安检口使用x射线线对行李内物品进行检测.故B错误.
C、根据相对论的基本原理得知:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的.故C正确.
D、两列波发生干涉时,振动加强区域与减弱区域是相互间隔,是稳定不变的.故D正确.
故选CD
(2)由图读出波长λ=2m,由波速公式v=得该波的周期T=
=
s=1s;该波的振幅为A=5cm.
t=0时刻,x=1.5m处质点处于负向最大位移处,它将余弦规律振动,则其振动函数表达式y=-Acost=-5cos2πt(cm)
时间t=1.5s=1.5T,质点在一个周期内通过的路程是四个振幅,则在1.5s时间内x=2m处质点通过的路程为S=1.5×4A=6×5cm=30cm
(3)画出如图
光路图,设折射角为r.
根据折射定律
n=
解得r=30°
根据光的反射定律 反射角β=60°
由几何知识得,两个光斑PQ之间的距离L=PA+AQ=Rtan30°+Rtan60°=cm≈0.23m
故答案为:
(1)CD
(2)-5cos2πt、30
(3)两个光斑PQ之间的距离为0.23m.
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.
一列正弦横波在x轴上传播,a、b是x轴上相距sab=6 m的两质点,t=0时,b点正好振动到最高点,而a点恰好经过平衡位置向上运动,已知这列波的频率为25 Hz。
(1)设a、b在x轴上的距离小于一个波长,试求出该波的波速;
(2)设a、b在x轴上的距离大于一个波长,试求出该波的波速,若波速为40 m/s时,求波的传播方向。
正确答案
解:(1)因a、b在x轴上的距离小于一个波长,若波的传播方向从a到b,则a和b两质点应位于如图所示的a1和b1两位置,即,此时的波速v1=λ1f=200 m/s
若波的传播方向从b到a,则a和b两质点应分别位于图中a2和b2两位置。,此时的波速v2=λ2f=600 m/s
(2)因a、b在x轴上的距离大于一个波长,若波向右传播,a质点若位于图中a1的位置,则b质点可位于b2,b3,… 此时,向右传播的波速
若波向左传播,a质点其位于图中的a2的位置,则b质点可位于b2,b3,…此时,向左传播的波速
依题意若波速为40 m/s时,设该波向左传播,应有:,无整数解,故不可能向左
设波向右传播,有:40,n=3,故可以判定当波速为40 m/s时,波传播的方向是由左向右,即由a到b
在某介质中形成一列简谐横波,t=0时刻的波形如图所示中的实线.若波向右传播,零时刻刚好传到B点,且再经过0.6s,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点相对平衡位置的位移y0及其所经过的路程s0各为多少?
正确答案
由图象可知,λ=2 m,A=2 cm.
当波向右传播时,点B的起振方向竖直向下,包括P点在内的各质点的起振方向均为竖直向下.
(1)波速v==
m/s=10 m/s,由v=
,得:T=
=0.2 s.
(2)由t=0至P点第一次到达波峰,经历的时间△t2=△t1+T=0.75 s=(3+
)T,而t=0时O点的振动方向竖直向上(沿y轴正方向),故经△t2时间,O点振动到波谷,即:y0=-2 cm,s0=n•4A=(3+
)×4A=0.3 m.
答:(1)该列波的周期T=0.2 s;
(2)从t=0时刻起到P点第一次达到波峰时止,O点相对平衡位置的位移y0=-2 cm,其所经过的路程s0=0.3 m.
甲乙两人先后观察同一弹簧振子在竖直方向上下振动情况
(1)甲开始观察时,振子正好在平衡位置并向下运动.试在图甲中画出甲观察到的弹簧振子的振动图象.已知经过1s后振子第一次回到平衡位置.振子振幅为5cm(设平衡位置向上方为正方向,时间轴上每格代表0.5s).
(2)乙在甲观察3.5s后,开始观察并记录时间,试在图乙中画出乙观察到的弹簧振子的振动图象.
正确答案
(1)由题意知振子的振动周期为2s,又t=0时振子正好经过平衡位置向下运动,则画出的甲观察到的振子振动图象如图下面左图所示.
(2)3.5s时振子的位置应该和1.5s时的位置相同,处于波峰位置,从而画出的乙观察到的振子的振动图象如下面右图所示.
红光在真空中波长为7×10-7m,在玻璃中红光的折射率为1.5.光在真空中的速度C=3×108m/s
(1)红光的频率是多少?(保留2位有效数字)
(2)红光在玻璃中传播的波速是多少?
(3)红光在玻璃中传播的波长是多少?(保留2位有效数字)
正确答案
(1)红光、紫光在真空中的波速.C=3×108m/s
由v=c=λf得
f==
=4.3×1014Hz
②由n=得红光在玻璃中波速为
v==
m/s=2×108m/s
(3)由n==
=
得到红光在玻璃中传播的波长
λ==
m=4.7×10-7m
答:(1)红光的频率是4.3×1014Hz.
(2)红光在玻璃中传播的波速是2×108m/s.
(3)红光在玻璃中传播的波长是4.7×10-7m.
湖面上停着A、B两条小船,它们相距30m.一列水波正在湖面上沿AB连线的方向传播,传播速度为4m/s,当A船位于波峰时,B船位于波谷,两船之间还有一个波峰,求每条小船1min上下浮动的次数.
正确答案
A船位于波峰时B船恰位于波谷,两船之间还有一个波峰,两船之间的距离等于1.5个波长,
即有:λ==20m
则周期:T==
=5s,
每条小船1min上下浮动的次数:n==
=12次
答:每条小船1min上下浮动12次.
波源S1和S2振动方向相同,频率均为4 Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA=2 m,如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4 m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求:
(1)简谐横波的波长;
(2)OA间合振动振幅最小的点的位置。
正确答案
解:(1)设简谐横波波长为λ,频率为ν,波速为v,则
①
代人已知数据得λ=1m ②
(2)以O为坐标原点,设P为OA间的任意一点,其坐标为x,则两波源到P点的波程差△l为
△l=x-(2-x),0≤x≤2 ③
其中x、△l以m为单位
合振动振幅最小的点的位置满足,k为整数 ④
联立③④式,得x=0.25m,0.75 m,1.25 m,1.75 m ⑤
一列简谐横波沿直线传播,由于此直线上的A、B两质点相距6 m,某时刻t1,A质点处在正的最大位移处,B质点恰处在平衡位置,从这一时刻起,又经过Δt="0.05" s时,A质点恰好回到平衡位置,B质点正好在负的最大位移处,设波的传播方向是由A到B,且波长λ>6 m,周期T>Δt,试求这列波的波长、频率和波速.
正确答案
24 m,15 Hz,360 m/s或8 m,5 Hz,40 m/s
按照题中条件,画出该列横波在t1时刻的波形图如图所示.由于λ<AB,则B点只可能为图中B1、B2的位置.
当为B1时,波长λ1=4×6 m="24" m,B1向上振动,当B1到负最大位移需时间Δt=T1(Δt<T=,所以振动周期T1=
Δt=
×0.2 s,频率f1=
="15" Hz,
波速v1=
="360" m/s.
当为B2时,波长λ2=×4 m="8" m,B2向下振动,当B2到负最大位移需时间Δt=
T2,T2=4Δt="0.2" s,频率f2=
="5" H
有一种示波器可以同时显示两列波形,对于这两列波,显示屏上横向每格代表的时间间隔相同,利用此示波器可以测量液体中的声速,实验装置的一部分如图甲所示:管内盛满液体,音频信号发生器所产生的脉冲信号由置于液体内的发射器发出,被接收器所接收。图乙为示波器的显示屏。屏上所显示的上、下两列波形分别为发射信号与接收信号,若已知发射的脉冲信号频率为f=2 000 Hz,发射器与接收器的距离为s=l.30m。(已知所测声速应在1 300~1 600 m/s之间)
(1)写出计算声速的表达式v=____________;
(2)在此液体中声速的大小为____________m/s。(保留整数)
正确答案
(1)其中n=0,1,2,…
(2)1 444
如图所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,波速为12 m/s,位于x1="7" cm的A点正好达到正向最大位移时,位于x2="10" cm的B点恰好经过平衡位置向下运动,那么这列波的频率为_____________.
正确答案
100(4n+3) Hz(n=0,1,2,…)
根据题意画出一列波,并在其上找出A、B点,设波长为λ,则(n+)λ="AB=3" cm="0.03" m得λ=
m,频率f=
="100(4n+3)" Hz(n=0,1,2,…).
一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光,每道闪光称为一个光脉冲.若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10-11s,波长为694.3nm,发射功率为1.0×1010w,问
(1)每列光脉冲的长度是多少?
(2)用红宝石激光器照射皮肤上色斑,每10mm2色斑上吸收能量达到60J以后,便逐渐消失,一颗色斑的面积为50mm2,则要吸收多少个红宝石激光脉冲,才能逐渐消失?
正确答案
解:(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需要的时间,所以一个光脉冲的长度为△L=c△t=3.0×108×l.0×10-11 m=3.0×10-3 m
(2)一个光脉冲所具有的能量为:△E=P△t=1.0×1010×l.0×10-11 J
消除面积为50mm2的色斑需要的光脉冲数是:n==300(个)
(选修3-4选做题)
在某介质中形成一列简谐波
(1)波向右传播,在0.1s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;
②从=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0及其所经过的路程0各为多少?
③在下图中画出B点的振动图象。
(2)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
(1)①
②0=-2cm,0=34cm
③图“略”
(2)波沿轴负方向传播
一列简谐波沿x轴方向传播,已知x轴上x1=0和X2=1 m两处质点的振动图象分别如图甲、乙所示,求此波的传播速度。
正确答案
解:由所给出的振动图象可知周期T=4×10-3 s。由图象可知t=0时刻,x1=0的质点P在正最大位移处,x2=1 m的质点Q在平衡位置向y轴负方向运动,所以当简谐波沿x轴正向传播时PQ间距离为;当波沿x轴负向传播时PQ 间距离为
因为,所以
同理因为,所以
因此可得,波沿x轴正向传播时的波速
波沿x轴负向传播时的波速
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