普通物理学下册重点振动 习 题一、选择题1、某质点按余弦规律振动,它的x ~t 曲线如图4—8所示,那么该质点的振动初相位为[ ]。
A . 0; B .2π; C .2π-; D .π。
2、摆球质量为m ,摆长为l 的单摆,当其作简谐振动时,从正向最大位移处运动到正向角位移一半处,所需的最短时间是[ ]。
A .g l 3π; B .g l4π; C .g l 32π; D .gl92π。
3、两个同方向、同频率、等振幅的简谐振动合成后振幅仍为A ,则这两个分振动的相位差为[ ]。
A .60˚ ;B .90˚;C .120˚;D .180˚。
二、填空题1、一物体作简谐振动,周期为T ,则:(1)物体由平衡位置运动到最大位移的时间为 ;(2)物体由平衡位置运动到最大位移的一半处时间为 ;(3)物体由最大位移的一半处运动到最大位移处时间为 。
2、一质量为0.1kg 的物体以振幅为0.01m 作简谐振动,最大加速度为2m/s 04.0,则振动的周期为 ,通过平衡位置时的动能为 ;当物体的位移为 时,其动能为势能的一半。
3、有一个和轻弹簧相连的小球沿x 轴作振幅为A 的简谐振动,其表达式用余弦函数表示,若t =0的状态为已知,写出相应初相位值:初运动状态为x 0=-A 时,初相位为 ;初运动状态为过平衡位置向正向运动时,初相位为 ;初运动状态为x 0=2A时,初位相为 ;初运动状态为x 0=2A 时,初位相为 。
4、同方向同频率的两个简谐振动合成后振幅最大的条件是 ,振幅最小的条件是 。
一、选择题1.B ;2.A ;3.C 。
二、填空题1. (1)4T;(2)12T ;(3)6T ; 2. 3.14s ,2×10-5J ,m 008.0±; 3. π,2π-,3π±,4π±;4. πϕk 2=∆,πϕ)12(+=∆k ;例 一质点做简谐振动,其振动方程为:x =6.0×10-2cos(πt /3 - π/4) (SI) ,(1)振幅、周期、频率及初位相各为多少?(2)当x 值为多大时,系统的势能为总能量的一半?(3)质点从平衡位置移动到此位置所需最短时间为多少? 解 (1)振幅 m 1062-⨯=A,3/πω= πω2=∴ν,Hz 61= ωπ2=T ν1=s 6=初相位 4/πϕ-=(2)势能 ,2/2kx E p = 总能量 2/2kA E = 由题意, 4/2/22kA kx =得 m 1024.42-⨯±=x(3)从平衡位置运动到2/A x ±=的最短时间为T / 8,即s 75.08/68===T t例 已知一物体作简谐振动,A = 4cm ,ν=0.5Hz ,t =1s 时x =-2cm 且向x 正向运动,写出振动表达式。
解 方法一:由题意,T = 2 s ,ππω==T2 由旋转矢量图4—6所示,ϕ = π/3, 所以振动表达式为)3cos(4ππ+=t x方法二:由t =1s 时,x =-2cm ,即2)cos(4-=+=ϕπx ;则 ϕ =± π /3又由t =1s 时物体向x 正向运动,有0)sin(4>+-=ϕππv 可得 ϕ = π /3即振动表达式为 )3cos(4ππ+=t x例 质量为10g 的小球与轻弹簧组成的系统,按)328cos(1.0ππ+=t x (SI ) 的规律振动。
求:(1)振动的能量、平均动能和平均势能;(2)振动势能和振动动能相等时小球所处的位置;(3)小球在正向最大位移一半处、且向x 轴正向运动时,它所受的力、加速度和速度。
解 (1)由定义2222121A m kA E ω==J 1016.31.0)8(1010212223--⨯=⨯⨯⨯⨯=π J 1058.1212-⨯===E E E P k (2) 由定义)328(cos 2121)(2222ππω+==t A m kx t E p)328(sin 2121)(2222ππω+==t A m mv t E k要求 )()(t E t E p k =, 即 1)328(±=+ππt tg所以 )432(),42(328ππππππ±±=+k k t当m 0707.0)42cos(1.042328=±=±=+ππππππk x k t 时,当m 0707.0)432cos(1.0432328-=±=±=+ππππππk x k t 时,(3)当,2)(At x =且0)(>t v 时,有 32328ππππ-=+k t所以 m/s 18.2)3sin()(=--=πωA t v22m/s 6.31)()(-=-=t x t a ωN 316.0)6.31(1010)()(3-=-⨯⨯==-t ma t F例 两同方向、同频率的简谐振动 t x 3cos 41=;)3/3cos(22π+=t x 合成,求合成简谐振动的方程。
解 合成后ω不变,)3cos(ϕ+=t A x)cos(212212221ϕϕ-++=A A A A A)03/cos(2422422-⨯⨯⨯++=π72=22112211cos cos sin sin ϕϕϕϕϕA A A A tg ++=3/cos 20cos 43/sin 20sin 4ππ++=53= 33.0=ϕ所以合振动方程)33.03cos(72+=t x波动一、选择题1、简谐波在介质中传播的速度大小取决于[ ]。
A . 波源的频率;B . 介质的性质;C . 波源的频率和介质的性质;D . 波源的能量。
2、波速为4m/s 的平面简谐波沿x 轴的负方向传播。
如果这列波使位于原点的质元作cm)(2cos3t y π=的振动,那么位于x =4m 处质元的振动方程应为[ ]。
A .cm)(2cos 3t y π=; B .cm)(2cos 3t y π-=; C .cm)(2sin 3t y π=; D .cm)(2sin3t y π-=。
二、填空题1、图5—8为一传播速度u =10m/s 的平面简谐波在t =0时的波形图,则在t =1.5s 时,A 处质点的振动速度的大小为 ,A 处质点的振动速度方向为 ,A 处质点的振动加速度的大小为 。
2、一平面简谐波沿x 轴负方向以u =2m/s 的速度传播。
原点的振动曲线如图5—9所示,则这列平面简谐波的波动方程为 ,在x =4m 处质点的振动方程为。
3、写出沿x 轴正方向传播的平面简谐波的波动方程 ,分别阐述下述情况下波动方程的意义:如果x 给定,波动方程表示 ;如果t 给定,波动方程表示 ;如果x 、t 都在变化,波动方程表示 。
4、半波损失的条件是: 。
5、一细线作驻波式振动,其方程为t x y ππ40cos 3cos5.0=(SI ),则两列分波的振幅为 ,传播速度为 ,驻波相邻两波节之间的距离为 。
一、选择题1.B ;2.D 。
二、填空题1. 0.314m/s ,沿y 轴正向,0;2. m ]3)2(6cos[04.0ππ-+=x t y ,m 6cos 04.0t y π=;3. )(cos cxt A y -=ω,质点在不同时刻的位移;波线上各个x 处质点的位移;波线上各个不同质点在不同时刻的位移;4. 波由光疏媒质射向光密媒质时,反射波有相位为的π突变;5. 0.25m ,12.m/s ,3m 。
例1 人听觉的频率范围为16~20000Hz ,空气中声速332m/s (0℃),求人听觉的波长范围。
解:由波长与频率的关系:νu =λm 8.2016/33211===νu λm 1066.120000/332222-⨯===νu λ所以人听觉的波长范围为 m 8.20~1066.12-⨯例 一简谐波沿x 轴正方向传播,图5—1为t =T /4 时的波形曲线。
若振动以余弦函数表示,且各点振动的初相取-π到π之间的值,求0、1、2、3点的初位相?解 设0点的振动方程为:)cos(),0(ϕω+=t A t y t =T /4 时,0)2/cos()4/cos()4/,0(=+=+=ϕπϕωA T A T y0)2/sin()4/,0(>+-=ϕπωA T v得 πϕ=0同理可得:2/1πϕ=,02=ϕ,2/3πϕ-=例 某质点作简谐振动,周期为2s ,振幅为0.06m ,开始计时 (t =0),质点恰好在A /2处且向负方向运动,求:(1)该质点的振动方程;(2)此振动以速度u =2m/s 沿x 轴正方向传播时,形成的平面简谐波的波动方程; (3)该波的波长。
解 (1)Tπω2=π=, 06.0=A 0=t 时,质点恰好处在A /2 处,即03.00=y ϕcos 06.0=质点向负方向运动,即 0sin 06.00<-=ϕπv 所以 3/πϕ=质点的振动方程 ())SI ( 3/cos 06.00ππ+=t y(2)以该质点的平衡位置为坐标原点,振动的传播速度方向为坐标轴正方向,则波动方程为()[]3//cos 06.0ππ+-=u x t y()[])SI ( 3/2/cos 06.0ππ+-=x t(3)波长:uT =λm 4=例7 一平面余弦波沿x 轴正方向传播,波速为10cm/s ,如图5—4所示。
已知B 点的振动方程为:t y π2cos 3= 式中y 以cm 计,t 以s 计,OB =5cm 。
(1)试在图示坐标系中写出此波的波动方程;(2)求距O 点10cm 处的P 质点在t=3/4s 时的振动速度。
解 (1)设原点O 的振动方程为:)2cos(3),0(ϕπ+=t t y ① 则B 点的振动方程为])5(2cos[3),5(ϕπ+-=ut t y由题给条件,B 点的振动相位为t π2,cm/s 10=u ,得 πϕπϕπ=∴=+-t t 2)105(2 ② 由①②得波动方程为cm ])10(2cos[3),(ππ+-=xt t x y ③ (2)由③式得])10(2sin[6),(πππ+--=∂∂=xt t y t x v ∴ cm/s 85.186])101043(2sin[6)43,10(-=-=+--=ππππv光的干涉一、选择题1、波长mm 108.44-⨯=λ的单色平行光垂直照射在相距mm 4.02=a 的双缝上,缝后m 1=D 的幕上出现干涉条纹,则幕上相邻明纹间距离是:[ ]A .0.6mm ;B .1.2mm ;C .1.8 mm ;D . 2.4 mm 。
2、在杨氏双缝实验中,若用一片透明云母片将双缝装置中上面一条缝挡住,干涉条纹发生的变化是:[ ]A .条纹的间距变大;B .明纹宽度减小;C .整个条纹向上移动;D .整个条纹向下移动。