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机械振动及机械波计算题.docx

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机械振动与机械波(计算题) 1. (16分)如图甲是*简谐横波在t=0时刻的图像,如图乙是A点的振动图像,试求:〔1〕A点的振幅多大、此时振动的方向如何. 〔2〕该波的波长和振动频率。 〔3〕该波的波速的大小及方向如何. n y /cm 0乙八. 2\,/4 t / x 10-2S0 - 乙 2. 〔10分〕如图1所示,一列简谐横波沿*轴正方向传播,波速为v = 80m/s P、S、Q是波传播方向上的三个质点,距离PS = 0.4m SQ = 0.2m在七=的时刻,波源P从平衡位置〔* = 0 y = 0处开场向上振动〔y轴正方向〕,振幅为15cm,振动周期T = 0.0Ls -V PS Q * 图1 〔1〕求这列简谐波的波长入; 〔2〕在图2中画出质点P的位移一时间图象〔在图中标出横轴的标度,至少画出一个周期〕; 〔3〕在图3中画出波传到Q点时的波形图〔在图中标出横轴的标度〕。 y/c 15 -15 */m y/c 15 0 1''1— t/ X -15 3. (9分)(1以下说法中正确的选项是 A. 水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色,这是由光的衍射造成的 B. 根据麦克斯韦的电磁场理论可知,变化的电场周围一定可以产生变化的磁场 C. 狭义相对论认为:不管光源与观察者做怎样的相对运动,光速都是一样的 D. 在“探究单摆周期与摆长的关系 的实验中,测量单摆周期应该从小球经过最大位移处开场计时,以减小实验误差 (2)如图9所示,一个半径为R的1透明球体放置在水平面上,一束蓝光从A点沿水平 4 方向射入球体后经B点射出,最后射到水平面上的C点.OA = R,该球体对蓝光的折 2 射率为侦3.则它从球面射出时的出射角0=;假设换用一束红光同样从A点射 向该球体,则它从球体射出后落到水平面上形成的光点与C点相比,位置填 “偏左、“偏右或“不变). (3) 一列简谐横波沿*轴正方向传播,周期为2 s t=0时刻的波形如图10所示.该列波 的波速是m/s;质点a平衡位置的坐标*a=2.5 m再经s它第一次经过 平衡位置向y轴正方向运动. 4. 如图12-2-12甲所示,在*介质中波源A、B相距d = 20 m , t=0时两者开场上下振动,A只振动了半个周期,B连续振动,所形成的波的传播速度都为v=1.0 m/s,开场阶段两波源的振动图象如图乙所示. (1) 定性画出t=14.3时A波所达位置一定区域内的实际波形; (2) 求时间t=16 s内从A发出的半波前进过程中所遇到的波峰个数. 5. 如图12-2-11所示,实线是*时刻的波形图,虚线是0.2后的波形图. (1) 假设波沿*轴负方向传播,求它传播的可能距离. (2) 假设波沿*轴正方向传播,求它的最大周期. (3) 假设波速是35 m/s求波的传播方向. 6. 如图12-2-9所示,空间同一平面上有A、B、C三点,AB = 5 m,BC = 4 m,AC = 3m,A、C两点处有完全一样的波源,振动频率为1360 Hz波速为340 m/s则BC连线上振动最弱的位置有几处. 7. (2021年****一模)一列沿*轴正方向传播的简谐横波在t=0时的波形如下图,t=0.6s时,B点第三次出现波峰.则这列波的周期是多少.*=50 cm处的质点A回到平衡位置的最短时间为多少. 8. 如下图为一列简谐波在\ = 0时刻的图象.此时波中质点M的运动方向沿y轴负方向,且' = 0.55时质点M恰好第3次到达y轴正方向最大位移处.试求: (1) 此波沿什么方向传播. (2) 波速是多大. (3) 从 t1 = 0至t3 = 1.2 s质点N运动的路程和q时刻相对于平衡位置的位移分别是多少. 9. 在O点有一波源,t=0时刻开场向+y方向振动,形成沿*轴正方向传播的一列简谐横波。距离O点为*「3m的质点A的振动图象如图甲所示;距离O点为*「4m的质点B的振动图象如图乙所示。求:〔1〕该波的周期〔2〕该波的波速 2 10. 一列简谐横波在t=0时刻的波形如下图,质点P此时刻沿-y方向运动,经过0.1s第一次到达平衡位置,波速为5m/s,则 ① 该波沿〔选填“ + *或“-* 〕方向传播; ② 写出图中Q点〔坐标为*=7.5m的点〕的振动方程; ③ 求P点的横坐标为*。 11. 一列简谐波在均匀介质中传播,从波源的振动传播到b点时开场计时,图甲所示为t=0.25时刻介质中的波动图象,图乙为b点从t=0 s开场计时的振动图象,求:(1)这列简谐波的传播方向; (2) t= 0.25时刻,质点O的速度方向;1 (3) 质点做简谐运动的频率; (4) 简谐波传播速度的大小. 12. 一列波沿*轴正方向传播的简谐波,在t=0时刻的波形图如下图,此时波恰好传播到Q点,这列波在P处出现两次波峰的最短时间间隔是0.4 s -可修 编.求:〔1〕这列波的波速是多少. 〔2〕经过多少时间质点R处于波峰位置. 13. 机械横波*时刻的波形图如下图,波沿*轴正方向传播,质点p的坐标*=0.32m.从此 时刻开场计时.问: ① 假设每间隔最小时间0.4重复出现波形图.求波速“ ② 假设p点经0.4到达平衡位置.求波速“ 14. 〔15分〕〔1〕〔6分〕一简谐横波沿*轴正向传播,t=0时刻的波形如图〔a〕所示,*=0.30m处的质点的振动图线如图〔b〕所示,该质点在t=0时刻的运动方向沿y轴 〔填“正向 或“负向 〕。该波的波长大于0.30m,则该波的波长为 m。 〔2〕〔9分〕一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的局部外表镀上不透明薄膜, 以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。该玻璃的折射率为 '以,求镀 膜的面积与立方体外表积之比的最小值。 15. 在*介质中形成一列简谐波,t=0时刻的波形如图中的实线所示. (1)假设波向右传播,零时刻刚好传到B点,且再经过0.6 s, 点也开场起振,求: ① 该列波的周期T; ② 从t=0时刻起到P点第一次到达波峰时止,O点对平衡位置的位移y0及其所经过的路程s0各为多少. (2假设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. 16. 〔8分〕如下图,一根柔软的弹性绳子右端固定,左端自由,A、B、C、D……N、O为绳上等间隔的点,点间间隔为50cm,现用手拉着绳子的端点A使其上下振动,假设A点开场向上,经0.3秒第一次到达波谷,G点恰好开场振动,则 〔1〕绳子形成的向右传播的横波速度为多大. 〔2〕从A开场振动,经多长时间J点第一次到达波峰. 17. 模块3-4试题 〔1〕一列简谐横波,沿*轴正向传播。位于原点的质点的振动图象如图1所示。①该振 动的振幅是cm;②振动的周期是s ;③在t等于1周期时,位于原点的 4 质点离开平衡位置的位移是cm。图2为该波在*一时刻的波形图,A点位于 *=0.5n处。④该波的传播速度为m/s;⑤经过1周期后,A点离开平衡位置的 2 位移是cm。 〔2〕如图,置于空气中的一不透明容器中盛满*种透明液体。容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.(tm长的线光源。靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板,另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜,用来观察线光源。开场时通过望远镜不能看到线光源的任何一局部。将一光源沿容器底向望远镜一侧平移至*处时,通过望远镜刚好可能看到线光源底端。再将线光源沿同一方向移动8.(tm,刚好可以看到其顶端。求此液体的折射率n。 18. 〔8分〕【物理一物理3-4】 〔1〕渔船常利用超声波来探测远外鱼群的方位。*超声波频率为1.0x105Hz,*时刻该超声波在水中传播的波动图像如下图。 ① 从该时刻开场计时,画出x 7.5 10 3m处质点做简谐运动的振动图像〔至少一个周期〕。 ② 现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4s,求鱼群与渔船间的距离〔忽 略船和鱼群的运动〕。 〔2〕如下图,一段横截面为正方形的玻璃棒,中间局部弯成四分之一圆弧形状,一细束单色光由MN端面的中点垂直射入,恰好能在弧面EF上发生全反射,然后垂直PQ端面射出。 ① 求该玻璃棒的折射率。 ② 假设将入射光向N端平移,当第一次射到弧面EF上时〔填“能 “不能 或“无 法确定能否〕发生全反射。 19. 【物理-选修3-4】〔15分〕 〔1〕如下图,一列简谐横波沿*轴传播,实线为日=0时刻的波形图,虚线为t2= 0.25s时刻的波形图,这列波的周期大于0.25s则这列波的传播速度大小和方向可能是: A. 2m/s,向左B. 2m/s,向右 C. 6m/s,向左D. 6m/s,向右 〔2〕单色光束射到折射率n=1.414的透明球外表,光束在过球心的平面内,入射角i=450 研究经折射进入球内后,又经内外表反射一次,再经球面折射后射出的光线,如图示。〔图中已画出入射光和出射光〕. ① 在图中画出光线在球内的路径和方向。 ② 求入射光和出射光之间的夹角a; ③ 如果入射的是一束白光,问那种颜色光的a角最大.哪种颜色的a角最小. 20. 【物理一一选修3 —4】〔15分〕 〔1〕〔5分〕振源以原点O为平衡位置,沿y轴方向做简谐运动,它发出的简谐波在*轴上以v=2m/s沿正方向传播,在*一时刻的波形如下图。在原点的右方有一质元P从图示时刻开场,经过0. 5,在*轴下方且向上运动,则质元P所在的位置可能是。 A. 0. 5 m B. 1. 5m C. 2. 5 m D. 3. 5m 〔2〕〔10分〕如下图,高度为H=1m圆柱形容器中盛满折射率是的*种透明液体,容器底部安装一块平面镜,容器直径L=2H,在圆心。点正上方h高度处有一点光源S。 ① 点光源S发出的光在水中传播的速度为多少. ② 从液体上方观察要使S发出的光照亮整个液体外表,h应该满足什么条件. 〔sin370.6〕 21. [物理一一选修3-4]〔15分〕 -可修 编. 〔1〕〔5分〕以下说法正确的选项是〔〕 A. 波的图象表示介质中“*个质点在“各个时刻的位移 B. 当波源与观察者相互远离时,观察到的频率变小 C. 光的偏振现象说明光是纵波 D. 均匀变化的磁场产生均匀变化的电场,均匀变化的电场产生均匀变化的磁场 E. 狭义相对论认为,在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是一样的,真空的光速都是一样的。 〔2〕〔10分〕高速公路上的标志牌都用“回归反射膜制成,夜间行车时,它能把车灯射出的光逆向返回。这种“回归反射膜 是用球体反射元件制成的。如图,透明介质球的球心位于。点,半径为R,光线DC平行于直径AOB射到介质球的C点,DC与AB的距离H =33R.假设DC光线进入介质球折射后,经一次反射,再折射后射出的光线与入射光线平行,试作出光路图,并算出介质球的折射率. 22. [物理选修3-4模块] 〔1〕如下图,质点O在垂直*轴方向上做简谐振动,形成了沿*轴传播的横波。在t=0时刻质点。开场向上运动,经0.2s第一次形成图示波形,由此判断在任2.5s时刻,质点A、B的运动情况是〔〕 A. A点位于*轴的下方。 B. B点位于*轴的上方。 C. A点正往上运动。 D. B点正往上运动。 〔2〕如下图,透明介质球的半径为R,光线DC平行直径AB射到介质球的C点,DC与AB的距离H=0.8R。 ① 试证明:DC光线进入介质球后,第一次到达介质球的界面时,在界面上不会发生全反射.〔要求作图说明理由〕 ② 假设DC光进入介质球后,第二次到达介质球的界而时,从球内折射出的光线与入射光线平行,求介质的折射率. 23. 〔物理选修3 — 4〕〔15分〕 〔1〕〔5分〕如图〔甲〕是沿*轴正方向传播的一列横波在t=0的一局部波形,此时P点的位移为*。则此后P点的振动图象是如图〔乙〕中的〔填入选项前的字母,有填错的不得分〕° 〔2〕〔10分〕如下图,将一个折射率为n的透明长方体放在空气中,矩形ABCD是它的 1 一个截面,一单色细光束入射到P点,入射角为。。AP ^ AD,求: ① 假设要使光束进入长方体后能射至AD面上,角。的最小值为多少. ② 假设要此光束在AD面上发生全反射,角。的*围如何. 24. 〔15分〕[物理一一选修3-4 ] 〔1〕图1为一简谐波在t=0时刻的波形图,介质中*=4 m质点做简谐运动的表达式为 y=4sin5nt,求该波的速度,并判断波的传播方向。 〔2〕半径为R的玻璃半圆柱体,横截面如图2所示,圆心为O,两条平行单色光沿截面射向圆柱面,方向与底面垂直,光线1的入射点A为圆柱面的顶点,光线2的入射点 为B,且AOB 60,该玻璃对红光的折射率n J3。求两条光线经圆柱面和底面折射后的交点与O点的距离d。假设入射的是单色蓝光,则距离d将比上面求得的结果大还是小. 25. 模块3-4试题 〔1〕2021年诺贝尔物理奖获得者高锟被称为光导纤维之父。光纤由折射率为气的内芯和折射率为%的包层构成,则%%〔填〉,〈或=〕。假设光导纤维长度为〔光以入射角 射到内芯与包层的界面上「如图12所示,光在真空中传播的速度为c,则光在内芯中传播的速度为,光信号从光导纤维的一端传播到另一端所需时间为。 〔2〕如图13所示,甲乙两船相距40m,一列水波在水面上从左向右传播,当*时刻甲船位于波峰时乙船恰位于波谷,且峰、谷间的高度差为0.4m。假设波速为4m/s,通过 计算答复:①9s后甲处于上升还是下降状态.②9s内甲上下运动了多少路程. -可修 编. 参考答案 1.〔1〕A点的振幅5cm、此时振动的方向向上 —25H Z 轴负向传播。 2.〔1〕由入=vT 〔2分〕 求出入=0.8m 〔1分〕 〔3〕〔4 分〕 〔2〕 图2 〔3〕沿* 〔2〕〔3 分〕 3. ⑴C (2)6° 偏右(3)2 0.25 4. 5. (1)图见解析 (1)4(i^ — )m 4 (n= 0,1,2,,3 …)(2)0.8 s (3)沿*轴负方向 6. 8处 7. : 8. 9. T 12s,v 1m /s 10. 11. 12. 〔2〕①-*〔2 分〕② 5cos5-t cm〔2 分〕③ *=2.5m〔2 分〕 ⑴向*轴负方向传(2)轴正方向(3) (3) 2 Hz⑷ 〔1〕V _ 10m /s〔2〕t x/v 史二 T 10m /s 8 m/s. 四 0.7s(n 5 0,1,2 0.24 s 0.1(1)沿*轴负方向 (2)2 m/s (3)120 cm 2.5 cm 13. ① 2(m/s)②0.8+n (m/s)(n=0,1,2,,3...) 14. 〔1〕正向 0.8 〔2〕n/4 15. T - 0.2s (1〕①v ②0.3m⑵ 当波速v=20 m/s时 经历0.525时间,波沿*轴方向传 播的距离x vt 10.5m,即 x (5-1) 4 (5 !)T 实线波形变为虚线波形经历了4,故 波沿*轴负方向传播. 4分 16.〔Dv == ^-=10m/s〔3 分〕波 t 0.3s x 4. 5 〔2〕波由波源传到J需时间t1,则t1= 士 前s=0.45s(2分) 波刚传到J时,J也向上起振。第一次到波峰再需 ' 时间m 1…2 (2分) (1分) -8〔填对一个给 则了彳丁二。.^ 所以对应总时间t=t+t2=0.55s 【答案】〔1〕〔5分〕① 8②0.2③0④10⑤ 1分〕 〔2〕n=1.3 18. 〔1〕①如下图 ② x 30 m 〔2〕①n <2 ②能 19. 〔1〕BC 〔2〕①如下图 ② 30° ③ 红光最大,紫光最小 20. 〔1〕C 〔2〕①v 1.8 108m/s ② 3 m h 1m 21. 〔1〕B E 〔2〕光路如下图。 球的折射率为J3 22. 〔1〕AB 〔2〕①证明见解析。 ② 1.79 23. 〔1〕B 〔2〕① arcsi*n - ,Z UTSO U W番暮厘TW P 3〕s/M(H〔I〕.成 [zu闻 son t son ⑦
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