| 波的多解问题 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选修3-4

第十二章 机械波

12.2 波的图像

波的多解问题

如图所示,某一宽阔水域由浅水区和深水区组成。浅水区水面$S$处有一波源由平衡位置开始沿竖直方向做简谐振动,起振方向向下,频率$f=2\;\rm Hz$,其向四周传播的水面波可近似看作简谐横波。波源产生的其中一列水面波沿直线$SOS$'传播,$O$点在浅水区和深水区的分界线上,$\overline{SO} = 9\;\rm m,\overline{OS'} = 7\;\rm m$,水面波在浅水区和深水区的传播速度之比为$3:4$。某时刻,该水面波正好传到$S$'处,且此时$O$$S$均在波峰位置。已知该深水区的水面波波长在$\dfrac{2}{5}\;\rm m\sim \dfrac{1}{2}\;\rm m$范围内,则$(\qquad)$

["

$S$'的起振方向向下

","

该水面波在浅水区和深水区的波长之比为$4:3$

","

该浅水区的水面波波长为$\\dfrac{1}{3}\\;\\rm m$

","

该深水区的水面波波速为$\\dfrac{8}{9}\\;\\rm m/s$

"]
[["ACD"]]

$\rm A$$S$'的起振方向与振源的起振方向相同应向下,故$\rm A$正确;

$\rm B$、波的周期不变,与介质无关,$\lambda=vT$,波长与波速成正比,所以波长之比为$3:4$,故$\rm B$错误;

$\rm CD$$O$$S$均在波峰,故$9=N_{1}\lambda_{1}$$N_{1}=1$$2$$3$,⋯⋯),因为水面波正好传到$S$'处,

$7 = N_{2}\lambda_{2} + \dfrac{3}{4}\lambda_{2}(N_{2} = 0,1,2, \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot )$,则$\lambda_{2} = \dfrac{7}{N_{2} + \dfrac{3}{4}}$

由题意$\dfrac{2}{5} \leqslant \dfrac{7}{N_{2} + \dfrac{3}{4}} \leqslant \dfrac{1}{2},N_{2}$可取$14$$15$$16$

由于$\lambda_{1}:\lambda_{2}=3:4$

则联立通解$7\;\rm N_{1}=12\;\rm N_{2}+9$,代入$N_{2}=14$$15$$16$

要使$N_{1}$为整数可得$N_{2}=15$$N_{1}=27$

代入上述波长表达式,可得$\lambda_{1} = \dfrac{1}{3}\;\rm m$$\lambda_{2} = \dfrac{4}{9}\;\rm m$$v_{1} = \dfrac{2}{3}\;\rm m/s$$v_{2} = \dfrac{8}{9}\;\rm m/s$,故$\rm CD$正确;

故选:$\rm ACD$

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