第三章 大学物理规范作业(本一)15解答.ppt

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111 * 大学物理规范作业 总(15) 单元测试三(振动和波动) 1.一质点作简谐振动,其振动曲线如图所示。根据此图可知,它的周期T= ;用余弦函数描述时,其初相为 。 一、填空题 所以 解: 由旋转矢量图可得: 因此从t=0到t=2的时间内旋转矢量转过的角度为: 2.两同方向同频率简谐振动,其合振动振幅为20cm,此合振动与第一个简谐振动的位相差为π/6,若第一个简谐振动的振幅为 cm,则第二个简谐振动的振幅为 cm,第一、二两个简谐振动的位相差为 。 10 可得第二个谐振动得振幅为10cm,  解: 利用旋转矢量法,如图示, 与第一个谐振动的位相差为 3.质量为m,劲度系数为k的弹簧振子在t=0时位于最大位移x=A处,该弹簧振子的振动方程为x=_________;在t1=____________时振子第一次达到x=A/2处;t2=____________时振子的振动动能和弹性势能正好相等;t3=______________时振子第一次以振动的最大速度vm=___________沿轴正方向运动。 解:依题意 弹簧振子的振动方程: 振子第一次到达x=A/2处时位相变化??=?/3,有: 振动动能和弹性势能正好相等时,有: 即: 解得: 振子第一次以振动的最大速度vm沿轴正方向运动时,位相变化??=3?/2,有: 4.一平面简谐波沿x轴正向传播,振幅为A,频率为?,传播速度为u,t=0时,在原点O处的质元由平衡位置向y轴正方向运动,则此波的波动方程为____________________;距离O点3?/4处的P点(如图所示)的振动方程为_____________;若在P点放置一垂直于x轴的波密介质反射面,设反射时无能量损失,则反射波的波动方程为_______________;入射波和反射波因干涉而静止的各点位置为x=_________。 解: 依题意,O点振动方程为: 波动方程为: 将x=3?/4代入波动方程,得P点的振动方程: 若在P点放置一垂直于x轴的波密介质反射面,这时存在半波损失现象。 因P点是波节位置,而相邻波节之间的距离为?/2;故入射波和反射波因干涉而静止的各点位置为x=3?/4,?/4 5.如图所示,地面上波源S所发出的波的波长为λ,它与高频率波探测器D之间的距离是d,从S直接发出的波与从S发出的经高度为H的水平层反射后的波,在D处加强,反射线及入射线与水平层所成的角相同。当水平层升高h距离时,在D处再一次接收到波的加强讯号。若Hd,则 。 O O’ 分析: 当水平层和地面相距为H时,D处波程差为: 当水平层升高h距离时,D处的波程差为: h=λ/2 6.一平面余弦波在直径为0.14米的圆柱形玻璃管内传播,波的强度9×10 -3J/m2s,频率300Hz,波速300m/s,波的平均能量密度为______________,最大能量密度为_____________;在位相相差为2π的两同相面间的能量为____________J。 解:波强由 平均能量密度为 能量密度为 最大能量密度为 相邻两同相面间的能量为 二、计算题 1.一质量为10g的物体作直线简谐振动,振幅为24cm,周期为4s ,当t=0时,位移x=24cm。(1)t=0.5s时作用在物体上合力;(2)由起始位置运动到x=12cm处所需最少时间。 解:⑴ A=0.24m , 设 有: 振动方程为: 负号表示F的方向沿X轴负向。 得: (2)当质点从由起始位置运动到x=12cm处时,旋转矢量转过的角度为: 2.劲度系数分别为k1 、k2的两个弹簧按图1、2的方式连接,证明质点m做简谐振动,并求振动频率。 图1中m偏离平衡位置为x时, k1 、k2 变形为x1 、x2 : 两弹簧受力相同有 得到: 质点m受力为: 符合简谐振动方程,等效弹性系数 频率 : 图2中m向右偏离平衡位置为x时, k1 、k2 变形为x ,产生弹力均指向左侧: 质点m受力为: 易见相当于弹性系数为k=k1 +k2 ,频率为 3.据报道,1976年唐山大地震时,当地某居民曾被猛地向上抛起2m高。设地震横波为简谐波,且频率为lHz,波速为3km/s,它的波长多大?振幅多大? 。 解:人离地的速度即是地壳上下振动的最大速度,为 地震波的振幅为 地震波的波长为 *

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