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基础物理(II)第9、10章测验试题
一、单选题:(每题4分,共40分)
1、 一个质点作简谐运动,振幅为A,在起始时刻质点的位移为,且向x 轴正方向运动,代表此简谐运动的旋转矢量为( )
题-1 图
( )(A) (B) (C) (D),且向x轴正方向运动,其相应的旋转矢量图(b),由旋转矢量法可知初始相位为。
振动曲线上给出质点从处运动到处所需时间为1s,由对应旋转矢量图可知相应的相位差:,
则角频率为:,
周期:,故选(B).
3、 两个同周期简谐运动曲线如图(a)所示,x1的相位比x2 的相位( )
(A) 落后 ()超前 (C)落后 (D)超前
4、 两个同振动方向,同频率,振幅均为的简谐运动合成后,振幅仍为,则这两个简谐运动的相位差为( )(A) (B) () (D)时,合成后的振幅3仍为。正确答案是(C).
5、 图(a)表示t =0 时的简谐波的波形图,波沿x 轴正方向传播图(b)为一质点的振动曲线.则图(a)中所表示的x =0 处振动的初相位与图(b)所表示的振动的初相位分别为( )
(A)均为零 (B) 均为 (C)均为() 与 (E)与分析与解:本题给了两个很相似的曲线图,但本质却完全不同.求解本题要弄清振动图和波形图不同的物理意义.图(a)描述的是连续介质中沿波线上许许多多质点振动在t 时刻的位相状态.其中原点x=0处质点位移为零,其运动方向由图中波形状态和波的传播方向可以知道是沿y 轴负向(它将继承前一个质点的状态),利用旋转矢量法可以求出该质点振动的初相位为π/2.
图(b)是一个质点的振动曲线图,该质点在t=0 时位移为0,t >0 时,质点向y 轴正向运动,故由旋转矢量法可判知初相位为-π/2。所以答案为(D).
6、一横波以速度u沿x轴负方向传播,t时刻波形图如图(a)所示,则该时刻各点的状态( )A); B)); D)分析:波沿x轴负方向传播,标出各质点运动方向,A、B、D处质点均向y轴负向运动,且B处质点处在运动速度最快的位置,因此答案(B)(D)不对。
A处质点位于正最大位移处;C处质点位于平衡位置,且向y轴正方向运动,画出它们的旋转矢量图:
如旋转矢量图所示,A、C点的相位分别为0和,故答案为(C).
7、 如图所示,两列波长为λ的相干波在点P 相遇.波在点S1 振动的初相是φ1 ,点S1 到点P的距离是r1 .波在点S2的初相是φ2 ,点S2 到点P 的距离是r2 ,以k 代表零或正、负整数,则点P 是干涉极大的条件为( )
分析与解:干涉极大的条件为两分振动的相位差,而两列波传到P 点时的两分振动相位差为:故选项(D)正确.
8、 在波长为的驻波中,两个相邻波腹之间的距离为( )
(B) (C) (D)
分析与解: 驻波方程为:,其中是其波线上各点振动的振幅。显然,当时,振幅极大,称为驻波的波腹,因此相邻波腹间距离为。正确答案(B).
9、当波在弹性介质中传播时,介质中质元的最大形变量发生在( ).
(A)质元离开其平衡位置最大位移处; (B)质元离开其平衡位置A/2处;(C)质元离开平衡位置A/处; (D)质元在平衡位置处(A为振幅);
分析:由波动时的形变因子知,平衡位置处形变最大,
所以(D正确)。
10、一弹簧振子作简谐运动,当位移为振幅的一半时,其动能为总能量的( )。
(A)1/2; (B)1/; (C) /2; (D)1/4; (E)3/4;
分析:由旋转矢量图知,当位移为振幅的一半时,位相为?/3。
再由振动动能与总能量公式的比值: 所以( E)是正确。
二、应用题:(每题8分,共40分)
1、如图(a)所示,两个轻弹簧的劲度系数分别为、 .当物体在光滑斜面上振动时.(1) 证明其运动仍是简谐运动;(2) 求系统的振动频率.
.
证:设物体平衡时(在0点),两弹簧伸长分别为、,则由物体受力平衡,有: (1)
当物体沿x 轴移动位移x时,两弹簧又分别被拉伸和,即相对于平衡位置总位移 .则物体受力为:
(2)
将式(1)代入式(2)得
(3)
可见,物体在任意位置时受力F与位移x的关系为正比反向,满足回复力性质。由式(3)得、,而总伸长量,则得:
式中为常数(串联弹簧公式)。可见,系统所受合力是一个线性回复力,则物体作简谐运动,振动频率为:
讨论:(1)由本题的求证可知,斜面倾角θ 对弹簧是否作简谐运动以及振动的频率均不产生影响.事实上,无论弹簧水平放置、斜置还是竖直悬挂,物体均作简谐运动.而且可以证明它们的频率相同,均
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