| 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

一列简谐波沿$x$轴正方向传播,$t$时刻波形图如图中的实线所示,此时波刚好传到$P$点,$t+0.6\;\rm s$时刻的波形图如图虚线所示,$a$$b$$c$$P$$Q$是介质中的质点。

求这列波的波速可能值;

[["

$\\dfrac{50}{3}\\left(4n+ 3\\right)\\; \\text{m/s}(n=0,1,2,…)$

"]]

由图可知,这列波的波长$\lambda=40\;\rm m$,则

$0.6\;\text{s}=\left(n+\dfrac{3}{4}\right)T(n=0,1,2,…)$

故周期为$T=\dfrac{2.4}{4n+3}\ \text{s}(n=0,1,2,…)$

波速为$v=\dfrac{\lambda}{T}=\dfrac{40}{2.4}\left(4n+3\right)\; \text{m/s}=\dfrac{50}{3}\left(4n+3\right)\; \text{m/s}(n=0,1,2,…)$

若质点振动的周期$T\gt 0.6\;\rm s$,从波传到$P$质点开始计时,请写出$c$质点的振动方程。

[["

$y=10\\sin\\left(\\dfrac{5\\pi}{2}t- \\dfrac{\\pi}{2}\\right)\\ \\text{cm}$

"]]

若质点振动的周期$T\gt 0.6\;\rm s$,根据($1$)中周期计算可知,只能取$n=0$,故波的周期和波速为

$T=0.8\;\rm s$$v=50\;\rm m/s$

由图像可知$A=10\;\rm cm$$\omega=\dfrac{2\pi}{T}=\dfrac{5\pi}{2}\ \text{rad/s}$

波由$P$传播到$c$所用的时间为$t_{Pc}=\dfrac{x_{Pc}}{v}=\dfrac{70-60}{50}\ \text{s}=0.2\;\rm \text{s}$

则从波传到$P$质点开始计时,$c$质点的振动方程为$y=10\sin\left(\dfrac{5\pi}{2}t-\dfrac{\pi}{2}\right)\ \text{cm}$

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