清华大学《大学物理》习题库试题及答案--05-机械波习题 下载本文

(SI)

(1) 写出该平面简谐波的表达式;(2) 画出t = T时刻的波形图。

7.5206:沿x轴负方向传播的平面简谐波在t = 2 s时刻的波形曲线如图所示,设波速u = 0.5 m/s。 求:原点O的振动方程。

8.5516:平面简谐波沿x轴正方向传播,振幅为2 cm,频率为 50 Hz,波速为 200 m/s。在t = 0时,x = 0处的质点正在平衡位置向y轴正方向运动,求x = 4 m处媒质质点振动的表达式及该点在t = 2 s时的振动速度。

9.3078:一平面简谐波沿x轴正向传播,其振幅为A,频率为? ,波速为u。设t = t'时刻的波形曲线如图所示。求:(1) x = 0处质点振动方程;(2) 该波的表达式。

10.3099:如图所示,两相干波源在x轴上的位置为S1和S2,其间距离为d = 30 m,S1位于坐标原点O。设波只沿x轴正负方向传播,单独传播时强度保持不变。x1 = 9 m 和x2 = 12 m处的两点是相邻的两个因干涉而静止的点。求两波的波长和两波源间最小相位差。

11.3476:一平面简谐波沿Ox轴正方向传播,波的表达式为 y?Acos2?(?t?x/?),而另一平面简谐波沿Ox轴负方向传播,波的表达式为 y?2Acos2?(?t?x/?),求: (1) x = ? /4 处介质质点的合振动方程; (2) x = ? /4 处介质质点的速度表达式。

12.3111:如图所示,一平面简谐波沿x轴正方向传播,BC为波密媒质的反射面。波由P点反射,OP= 3? /4,DP= ? /6。在t = 0时,O处质点的合振动是经过平衡位置向负方向运动。求D点处入射波与反射波的合振动方程。(设入射波和反射波的振幅皆为A,频率为?。) y

u B 入射 x O x1 x2 x O D P S1 S2 O t=t′ x 反射 d C

3111图 3078图 3099图

一、选择题:

1.3147:B;2.3407:D;3.3411:C;4.3413:A;5.3479:A;6.3483:C; 7.3841:B;8.3847:D;9.5193:B;10.5513:C;11.3068:D;12.3071:D; 13.3072:A;14.3073:C;15.3152:C;16.3338:D;17.3341:A;18.3409:D;

19.3412:A;20.3415:D;21.3573:C;22.3575:A;23.3088:B;24.3089:C;

25.3287:D;26.3289:B;27.3295:D;28.3433:D;29.3434:C;30.3101:B;

31.3308:B;32.3309:C;33.3591:D;34.3592:D;35.5523:A;36.3112:B

二、填空题:

1.3065: 0.233m

2.3075: 125 rad/s; 338m/s; 17.0m

y?Acos2???ut3a??0.2?2cos(?t??x)23.3342: (SI)

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11y?2?10?3cos(200?t??x??)22 (SI) 4.3423:

5.3426: 5.0 ×104 2.86×102 m 1.43×103 m/s

-

6.3441: 7

Acos[?t?2?x?L?4?]?

Acos[2?(tx2L?)?(????2?)]T??

3442:

Acos[2?(tx2L?)?(????2?)]T?? 8.3572: 0.1cos(4?t?2?x)

9.3576: a/b

10.3852: 2 cm; 2.5 cm; 100 Hz; 250 cm/s 11.3853: 0.6m; 0.25m 12.5515: 3; 300 13.3062: ??????

165?(t?x/330)??] (SI)???.????:??? y?0.10cos[?[t?(1?x)/u]??} (SI) 15.3077: y?Acos{16.3133:

y2?Acos[2?(?t?y?Acos[2?(?t?L1?L2?x?L)??]; x??L1?k? ( k = ? 1,? 2,…)

?Lk)?]t1???2; ???, k = 0,?1,?2, … 17.3134:

18.3136: y1?Acos[2?t/T??]; y2?Acos[2?(t/T?x/?)??]

11yP?0.2cos(?t??)22 19.3330:

yP2?0.04cos(?t??)20.3344:

(SI)

y?Acos[2??(t?t0)?1?]2 21.3424:

3?222.3608: ??Sw23.3294: 2?

?24.3301: 25.3587: 2A 26.3588: 0 27.3589: 0

28.5517: 2k?? + ? /2, k = 0,±1,±2,…; 2k?? +3 ? /2,k = 0,±1,±2,

29.3154: y1??2Acos?t 或 y1?2Acos(?t??) v?2Asin?t

2A12?A2?2A1A2cos(2?L?2r)11??]cos(2??t??)?22 或 30.3313:

x11y?2Acos[2???]cos(2??t??)?22y?2Acos[2?10 / 14

x 或

y?2Acos[2?1?]cos(2??t)?2

11x?(k?)?22,k = 0,1,2,3,… 31.3315:

?32.3487: ??

x1?33.3597: 2

34.3115: 637.5; 566.7 三、计算题:

100?t?2?x) 1.3410:(1) 已知波的表达式为: y?0.05cos(与标准形式: y?Acos(2??t?2?x/?) 比较得:

A = 0.05 m, ? = 50 Hz, ? = 1.0 m--------------------------各1分 u = ?? = 50 m/s-----------------------------------------------------1分

(2) vmax?(?y?t)max?2??A?15.7 m /s------------------2分

amax?(?2y/?t2)max?4?2?2A?4.93?103 m/s2------------2分

(3) ???2?(x2?x1)/???,二振动反相---------------------------2分 2.5319:解:这是一个向x轴负方向传播的波

(1) 由波数 k = 2? / ? 得波长 ? = 2? / k = 1 m----------------------1分 由 ? = 2?? 得频率 ? = ? / 2? = 2 Hz------------------------------1分 波速 u = ?? = 2 m/s---------------------------------------------------------1分 (2) 波峰的位置,即y = A的位置,由:cos?(4t?2x)?1,有:

?(4t?2x)?2k? ( k = 0,±1,±2,…)

解上式,有: x?k?2t

当 t = 4.2 s 时, x?(k?8.4) m-------------------------------------------2分

所谓离坐标原点最近,即| x |最小的波峰.在上式中取k = 8,可得 x = -0.4 的波峰离坐标原点最近---------------------------------------------------------------------------------------2分

(3) 设该波峰由原点传播到x = -0.4 m处所需的时间为?t,则:

?t = | ?x | /u = | ?x | / (??? ) = 0.2 s ------------------------------1分

∴ 该波峰经过原点的时刻:t = 4 s -----------------------------------------2分

3.3086:解:设平面简谐波的波长为?,坐标原点处质点振动初相为?,则该列平面简谐波的表达式可写成:y?0.1cos(7?t?2?x/???) (SI)--------------------2分

t = 1 s时,y?0.1cos[7??2?(0.1/?)??]?0

因此时a质点向y轴负方向运动,故:

而此时,b质点正通过y = 0.05 m处向y轴正方向运动,应有:

7??2?(0.1/?)???1?2 ①--------------2分

y?0.1cos[7??2?(0.2/?)??]?0.05

17??2?(0.2/?)?????3 ②-----------------------------2分 且

由①、②两式联立得: ?? = 0.24 m------------1分;???17?/3--------------1分

∴ 该平面简谐波的表达式为:或

y?0.1cos[7?t??x17??]0.123 (SI)---------2分

y?0.1cos[7?t??x1??]0.123 (SI) -------------1分

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4.3141:解:(1) O处质点,t = 0 时,y0?Acos??0, v0??A?sin??0

12--------------------------------2分 所以:

又 T??/u? (0.40/ 0.08) s= 5 s-------2分

tx?y?0.04cos[2?(?)?]50.42 (SI)----------------4分 故波动表达式为:

????(2) P处质点的振动方程为:

t0.2?3?yP?0.04cos[2?(?)?]?0.04cos(0.4?t?)50.422 (SI)--------------2分

5.3142:解:(1) 比较t = 0 时刻波形图与t = 2 s时刻波形图,可知此波向左传播.在t = 0时刻,O处质点: 0?Acos?, 0?v0??A?sin?

故:

????12----------------------------------2分

1A/2?Acos(4????)2 又t = 2 s,O处质点位移为:

11???4????2, ? = 1/16 Hz------------------------------2分 所以: 41y0?Acos(?t/8??)2 (SI)-------------------------1分 振动方程为:

(2) 波速: u = 20 /2 m/s = 10 m/s

波长: ? = u??? = 160 m---------------------------------------------2分

tx1y?Acos[2?(?)??]161602 (SI)----------3分 波动表达式:

6.5200:解:(1) 如图A,取波线上任一点P,其坐标设为x,由波的传播特性,P点

的振动落后于? /4处质点的振动-----------------------------------2分

2?ut2??y?Acos[?(?x)]??4该波的表达式为: 2?ut?2??Acos(??x)?2?

?2??x)2? 2???Acos(x?)?2-------------------------2分

t = 02x (m)u

O P x 图A

????x

------3分

(2) t = T 时的波形和 t = 0时波形一样。t = 0时

??3?4y?Acos(??4 y (m) .A O ?4

u t = T 3? 图B 4 (m) ??x -A

y (m)0.5u-101按上述方程画的波形图见图B---------------------------3分

7.5206:解:由图,? = 2 m, 又 ∵u = 0.5 m/s, ∴ ? = 1 /4 Hz,T = 4 s------------------------------------3分

1T2题图中t = 2 s =。t = 0时,波形比题图中的波形

1?倒退2,见图--------------------------2分

此时O点位移y0 = 0(过平衡位置)且朝y轴负方向运动

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