高中 | 振动图像和波动图像综合 题目答案及解析

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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

平静的湖面上漂浮着浮子$A$和浮子$B$,两个浮子距离不超过$3\;\rm m$。一条大鱼在两浮子连线的延长线上某位置(如图甲所示)翻起频率稳定的波浪。当水波刚传播到$A$浮子时波形图如图乙所示,从该时刻开始计时,$A$$B$浮子的振动图像如图丙所示,求:

该水波传播的速度大小,及图乙所示时刻$P$点的运动方向;

[["

$1.25\\;\\rm m/s$,图乙所示时刻$P$点沿$y$轴负方向运动

"]]

根据图乙、图丙可知,该波波长$\lambda=1.0\;\rm m$,周期$T=0.8\;\rm s$,故波速$v=\dfrac{\lambda}{T}= \dfrac{1.0}{0.8}\ \text{m}/\text{s}=1.25\;\rm \text{m}/\text{s}$

同侧法可知,图乙所示时刻$P$点沿$y$轴负方向运动;

$A$$B$两浮子间可能的距离。

[["

$0.25\\;\\rm m$$1.25\\;\\rm m$$2.25\\;\\rm m$

"]]

图丙可知,浮子$A$开始浮动时,浮子$B$已在波峰,故波从浮子$B$传到浮子$A$的时间,满足$t=nT+ \dfrac{1}{4}T(n=0,1,2,3...)$

$n=0$时,波从浮子$B$传到浮子$A$的时间$t_{0}=0.2\;\rm s$

$AB$距离$x_{0}=vt_{0}=0.25\;\rm m$

$n=1$时,波从浮子$B$传到浮子$A$的时间$t_{1}=1.0\;\rm s$

$AB$距离$x_{1}=vt_{1}=1.25\;\rm m$

$n=2$时,波从浮子$B$传到浮子$A$的时间$t_{2}=1.8\;\rm s$

$AB$距离$x_{2}=vt_{2}=2.25\;\rm m$ 

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