| 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

一列简谐横波沿$x$轴传播,$a$$b$是位于$x$轴上$x_{1}=1\;\rm m$$x_{2}=7\;\rm m$处的两质点,$a$$b$的振动图像分别如图甲、图乙所示。

请写出质点$a$的振动方程;

[["

质点$a$的振动方程为$y = - 5\\sin\\dfrac{\\pi}{2}t(\\;\\rm cm)$

"]]

根据图甲振动图像可知,振幅为$A=5\;\rm cm$,周期为$T=4\;\rm s$

则质点$a$的振动方程为$y = - A\sin\dfrac{2\pi}{T}t = - 5\sin\dfrac{2\pi}{4}t(\;\rm cm) = - 5\sin\dfrac{\pi}{2}t(\;\rm cm)$

求该波的波长;

[["

该波的波长为$\\dfrac{24}{4n + 1}\\;\\rm m$$\\dfrac{24}{4n + 3}\\;\\rm m$,($n=0$$1$$2$⋯)

"]]

由两质点的振动图像可知,$t=0$时刻,质点$a$处于平衡位置且向下运动,质点$b$位于波峰处,若该简谐横波沿$x$轴正方向传播,则两质点间的距离满足

$(n + \dfrac{1}{4})\lambda = 6\;\rm m$,($n=0$$1$$2$⋯)

可得波长为:

$\lambda = \dfrac{24}{4n + 1}\;\rm m$,($n=0$$1$$2$⋯)

若该简谐横波沿$x$轴负方向传播,则两质点间的距离满足

$(n + \dfrac{3}{4})\lambda = 6\;\rm m$,($n=0$$1$$2$⋯)

可得波长为:

$\lambda = \dfrac{24}{4n + 3}\;\rm m$,($n=0$$1$$2$⋯)

$x_{1}$$x_{2}$之间距离小于一个波长,求该波的传播速度大小。

[["

若该简谐横波沿$x$轴正方向传播,该波的传播速度大小为$6\\;\\rm m/s$;若该简谐横波沿$x$轴负方向传播,该波的传播速度大小为$2\\;\\rm m/s$

"]]

$x_{1}$$x_{2}$之间距离小于一个波长,由($2$)问可知,$n$$0$,若该简谐横波沿$x$轴正方向传播,波长为

$\lambda=24\;\rm m$

则该波的传播速度大小为$v = \dfrac{\lambda}{T} = \dfrac{24}{4}\;\rm m/s = 6\;\rm m/s$

若该简谐横波沿$x$轴负方向传播,波长为

$\lambda=8\;\rm m$

则该波的传播速度大小为$v = \dfrac{\lambda}{T} = \dfrac{8}{4}\;\rm m/s = 2\;\rm m/s$

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