- 机械波的衍射和干涉
- 共2010题
如图所示为一列简谐波在时刻的图象,已知质点M的振动方程为
(cm),此波中质点M在
____________s时恰好第3次到达y轴正方向最大位移处,该波的波速为____________m/s。
正确答案
0.9,1
(选修模块3-4)(15分)
小题1:以下说法中正确的是 ( )
小题2:平行光a垂直射向一半径为R的玻璃半球的平面,其截面如图所示,发现只有P、Q之间所对圆心角为60°的球面上有光射出,则玻璃球对a光的折射率为 ,若仅将a平行光换成b平行光,测得有光射出的范围增大,设a、b两种色光在玻璃球中的速度分别为va和vb,则va vb(选填“>”、“<”或“=”).
小题3:在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点,相邻两质点间的距离均为0.1m,如图(a)所示.一列横波沿该直线向右传播,t=0时到达质点1,质点1开始向下运动,振幅为0.2m,经过时间0.3s第一次出现如图(b)所示的波形.试写出质点1的振动方程.
正确答案
小题1:BC
小题2:2
小题3:
略
声波在空气中的传播速度为340 m/s,一木匠在屋顶每秒敲钉2下,一观察者恰巧在看到木匠把锤举到最高时,听见敲钉的声音,如果木匠上举和下击锤的时间相等,则观察者和木匠之间的最短距离是_______________m,如果观察者是在远处借助仪器看到木匠的动作,若用n表示听到响声前看到的木匠把锤举到最高处的次数,则它们之间可能的距离的一般表达式为_______________m.
正确答案
85 85(2n-1)
(1)由于每秒敲钉2次,则从敲钉到举到最高所用时间为t= s,所以最短距离为s=vt=340×
m="85" m.
(2)从第一次敲打到听到该声音所用时间为
t=(2n-1)
可能距离为s′="vt′=85(2n" -1) m.
地震波的纵波和横波在地表附近的传播速度分别为9.1 km/s和3.7 km/s,在一次地震时某观测站记录的纵波和横波的到达时刻相差50 s,地震的震源距这个观测站的距离约为多少千米?
正确答案
设震源距观测站的距离为s,假设纵波传播时间为t1,横波传播时间为t2,由题设要件有Δt=t2-t1
即:Δt=t2-t1==50.
所以s="312" km.
因同一频率不同种类的机械波在相同的介质中传播速度不相同,导致时间差的出现.
某同学设计了一个用单摆的实验装置验证机械能守恒的实验如图所示 通过光控门,可以从时间显示仪上读小球挡光的时间。他的实验步骤是:
①用刻度尺测出摆线长,再用游标卡尺测量摆球的直径如图所示。
②将摆球拉离平衡位置使得摆球的高度升高摆长,闭合时间显示仪开关,由静止释放摆球,从时间显示仪读出摆球挡光时间
。
③断开时间显示仪开关,撤去光控门,将摆球拉离平衡位置一个很小的角度(),由静止释放摆球,用秒表测出摆球作N次全振动的时间是
回答:摆球的直径是 cm
用秒表测出摆球作N次全振动的时间时应在摆球经过 时开始计时,当地的重力加速度是 (用字母表示各物理量)
在误差允许的范围内得到 (用字母表示各物理量),就验证了摆球运动过程中机械能守恒。
为减小误差,在体积相同的条件下,摆球应选用 实心金属球。
正确答案
940 (2分) 平衡位置(或最低点)(1分) (2分)
(2分) 密度较大的
摆球的直径是29mm+8×0.05mm=29.40mm=2.940cm
因为最高点不好确定,所以每次经过平衡位置开始计时,根据,可得当地的重力加速度是
,
在误差允许的范围内得到
为减小误差,在体积相同的条件下,摆球应选用密度较大的实心金属球
有两列简谐横波a、b在同一媒质中沿x轴正方向传播,波速均为v=25m/s。在t=0时两列波的波峰正好在x=2.5m处重合,如图所示。由于上式中m、n在整数范围内无解,所以不存在波谷与波谷重合处。
(1)求两列波的周期Ta和Tb;
(2)求t=0时两列波的波峰重合处的所有位置;
(3)辨析题:分析并判断在t=0时是否存在两列波的波谷重合处。
某同学分析如下:既然两列波的波峰与波峰存在重合处,那么波谷与波谷重合处也一定存在。只要找到这两列波半波长的最小公倍数,……,即可得到波谷与波谷重合处的所有位置。
你认为该同学的分析正确吗?若正确,求出这些点的位置;若不正确,指出错误处并通过计算说明理由。
正确答案
解:(1)从图中可以看出两列波的波长分别为λa=2.5m、λb=4.0 m,因此它们的周期分别为
,
(2)两列波波长的最小公倍数为s=20 m
t=0时,两列波的波峰重合处的所有位置为x=(2.5±20)km(k=0,1,2,…)
(3)该同学的分析不正确
要找两列波的波谷与波谷重合处,必须从波峰重合处出发,找到这两列波半波长的整数倍恰好相等的位置。设距离x=2.5 m为L处两列波的波谷与波谷相遇。并设
,式中m、n均为正整数
只要找到相应的m、n即可
将λa=2.5 m,λb=4.0 m代入并整理,得
由于上式中m、n在整数范围内无解,所以不存在波谷与波谷重合处
在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点,相邻两质点的距离均为,如图11(a)所示,一列横波沿该直线向右传播,
时到达质点1,质点1开始向下运动,经过时间
第一次出现如图(b)所示的波形.则该波的周期为 ,波速为 。
正确答案
,12L /Δt
分析:由图确定波长,t=0时到达质点1,质点1开始向下运动,则介质中所有质点起振方向均向下.图b中质点9此刻振动方向向上,说明波不是才传到质点9,而是传到9后又经过了 周期,则时间△t与周期的关系为△t=1.5T,求出周期,再由波速公式求解波速.
解:横波沿该直线向右传播,图示时刻质点9的振动方向向上.由题波源1的起振动方向向下,则第一次出现如图(b)所示的波形,振动传到质点9后,又传播了周期,则时间△t与周期的关系为△t=1.5T,T=
△t.
由图读出波长λ=8L,则波速v==
.
故本题答案是:,12L /Δt.
如图所示的三个图线分别是用不同的传感器测出的不同物体的振动图线.从三个图线可知,这三个物体振动的共同特点是具有________,三个物体中,最简单的振动是________的振动.图中心脏跳动的图线是某人的心电图,方格纸每个小方格的宽度是0.5 cm,心电图记录仪拖动方格纸的速度是1.8 cm/s.则此人的心率是________次/分.
正确答案
周期性,弹簧振子,67.5(62.0~72.0)
试题分析:机械波是由物体的机械振动产生的,由于物体的振动频率不同,产生的波形也不相同,有规律振动产生的波具有周期性,无规律振动产生的波不具有周期性.由图可知,心脏振动的波形和音叉振动的波形都具有周期性,它们都具有周期性(或它们都是有规律的),三个物体中,最简单的振动是弹簧振子的振动,图中心脏跳动的图线是某人的心电图,方格纸每个小方格的宽度是0.5 cm,心电图记录仪拖动方格纸的速度是1.8 cm/s.则此人的心脏振动的周期是:,心率是
(62.0~72.0)次/分.
点评:本题的解题关键是通过观察图象寻找其共同的规律.
绳中有列正弦横波,沿x轴传播,图中6—12中a、b是绳上两点,它们在x轴方向上的距离小于一个波长。a、b两点的振动图象如图6-13所示。试在图6-12上a、b之间画出t=1.0s时的波形图。
正确答案
首先我们先由振动图象确定t=1.0s时a、b 两质点在波形图上的位置以及振动方向,然后在一列已经画好的常规波形图上按题意截取所需波形既可。因为题中没给波的传播方向,所以要分两种情况讨论。
解答:
由振动图象可知:t=1.0s时,质点a处于正向最大位移处(波峰处),质点b处于平衡位置且向下振动。先画出一列沿x轴正方向传播的波形图,如图6-14所示。在图左侧波峰处标出a点。b点在a的右测,到a点距离小于1个波长的平衡位置,即可能是b1、b2两种情况。而振动方向向下的点只有b2。题中所求沿x轴正方向传播的波在a、b之间的波形图即为图6-14中ab2段所示。画到原题图上时波形如图6-15甲(实线)所示。
同理可以画出波沿x轴负方向传播在a、b之间的波形图,如图6-15乙(虚线)所示。
某人想听到自己发出的声音的回声,若已知声音在空气中的传播速度为340 m/s,那么他至少要离障碍物多远?(原声与回声区分的最短时间0.1 s)
正确答案
17 m
设障碍物至少和人相距为s,则应有2s=vt.
可得:s==
m="17" m.
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