| 振动图像和波动图像综合 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

振动图像和波动图像综合

如图($a$)、($b$)分别表示一列横波上相距$6\;\rm m$的两个质点$A$$B$的振动图像。已知波长为$6\;\rm m\lt \lambda\lt 12\;\rm m$,求:

求这列波的周期$T$和波长$\lambda$

[["

$0.6\\;\\rm s$$8\\;\\rm m$

"]]

由图可知,这列波的周期为$T=0.6\;\rm s$

若波由$A$$B$传播,由波的周期性知$x_{AB}=\left( n+\dfrac{1}{4} \right)\lambda(n=0,1,2,3\cdots)$

由于$6\;\rm m\lt \lambda\lt 12\;\rm m$,此时无解;

若波由$B$$A$传播,由波的周期性知$x_{AB}=\left( n+\dfrac{3}{4} \right)\lambda(n=0,1,2,3\cdots)$

由于$6\;\rm m\lt \lambda\lt 12\;\rm m$,可知,当$n=0$$\lambda=8\;\rm m$

综上所述,波由$B$$A$传播,周期为$0.6\;\rm s$,波长为$8\;\rm m$

这列波通过$A$$B$两点经历的时间;

[["

$0.45\\;\\rm s$

"]]

结合上述分析可知,该波的波速为$v=\dfrac{\lambda}{T}=\dfrac{40}{3}\ \rm m/s$

则这列波通过$A$$B$两点经历的时间$t=\dfrac{x_{AB}}{v}=\dfrac{6}{\dfrac{40}{3}}\ \text{s}=0.45\;\rm \text{s}$

$P$点距$B$$\dfrac{2}{3}\ \text{m}$,且在$AB$的中间,则从$t_{1}=0$开始,$P$点经过$0.65\;\rm s$通过的路程是多少?

[["

$9\\;\\rm cm$

"]]

结合上述分析可知,由于$BP=\dfrac{2}{3}\ \text{m}=\dfrac{1}{12}\lambda$

可知,$P$点经过$t=\dfrac{1}{12}T=0.05\;\rm \text{s}$

振动到平衡位置,结合数学三角函数的知识可以求得,$P$点的振动方程为$y=2\sin\left( \dfrac{2\pi}{0.6}t-\dfrac{\pi}{6} \right)\ \text{cm}$

可知,$P$点在$0.05\;\rm s$时间内的路程为$s_{1}=1\;\rm cm$

再继续运动$t'=T=0.6\;\rm s$

通过的路程为$s_{2}=4 A=8\;\rm cm$

$P$点经过$0.65\;\rm s$通过的路程$s=s_{1}+s_{2}=9\;\rm cm$

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