题目
(1)一简谐振动可用余弦函数表示,其曲线如图所示,则此简谐振动的三个特征量为A= _ , = _。= _(2)产生机械波的必要条件是_ _。(3)一放置在水平桌面上的弹簧振子,振幅,周期T=0.5 s,当t=0时,物体在平衡位置,向负方向运动,则物体的运动方程_。(4)波源作简谐运动,其运动方程为,式中y的单位m,t的单位s,它所形成的波以的速度沿着一直线向右(设为x的正方向)传播,则波动方程为_。(5)平面简谐波的波动方程为式中y的单位m,t的单位s,则波动方程的初相位为_,角频率_,波速为_。
(1)一简谐振动可用余弦函数表示,其曲线如图所示,则此简谐振动的三个特征量为A= _ , = _。
= _

(2)产生机械波的必要条件是_ _。
(3)一放置在水平桌面上的弹簧振子,振幅,周期T=0.5 s,当t=0时,物体在平衡位置,向负方向运动,则物体的运动方程_。
(4)波源作简谐运动,其运动方程为,式中y的单位m,t的单位s,它所形成的波以
的速度沿着一直线向右(设为x的正方向)传播,则波动方程为_。
(5)平面简谐波的波动方程为式中y的单位m,t的单位s,则波动方程的初相位为_,角频率_,波速为_。
题目解答
答案
(1)
根据图示,简谐振动的三个特征量为:
振幅值A=1 m
角频率
初相位
(2) 产生机械波的必要条件
产生机械波的必要条件是振源和弹性介质。
(3) 弹簧振子的运动方程
已知振幅 和周期
物体的运动方程为:
(4) 波动方程的计算
已知波源作简谐运动的方程为 ,波速为
波动方程为:
(5) 平面简谐波的波动方程和特征量
已知波动方程为:
初相位为 ,角频率为
,波速为
解析
步骤 1:确定振幅A
振幅A是简谐振动的最大位移,从图中可以看出最大位移为1m。
步骤 2:确定角频率ω
角频率ω与周期T的关系为$\omega =\dfrac {2\pi }{T}$,从图中可以看出周期T=0.5s,因此$\omega =\dfrac {2\pi }{0.5}=4\pi rad/s$。
步骤 3:确定初相位φ0
初相位φ0是t=0时的相位,从图中可以看出t=0时,位移为0,且向正方向运动,因此初相位φ0=0。
【答案】
A=1m, ω=4πrad/s, φ0=0。
(2)
【解析】
产生机械波的必要条件是振源和弹性介质。
【答案】
振源和弹性介质。
(3)
【解析】
步骤 1:确定振幅A
振幅A=2×10^-2m。
步骤 2:确定角频率ω
角频率ω与周期T的关系为$\omega =\dfrac {2\pi }{T}$,周期T=0.5s,因此$\omega =\dfrac {2\pi }{0.5}=4\pi rad/s$。
步骤 3:确定初相位φ0
初相位φ0是t=0时的相位,从题意可知t=0时,物体在平衡位置,向负方向运动,因此初相位φ0=-π/2。
步骤 4:写出运动方程
运动方程为$x(t)=A\cos (\omega t+\varphi _{0})$,代入A、ω和φ0的值,得到$x(t)=2\times {10}^{-2}\cos (4\pi t-\dfrac {\pi }{2})$。
【答案】
$x(t)=2\times {10}^{-2}\cos (4\pi t-\dfrac {\pi }{2})$。
(4)
【解析】
步骤 1:确定波源的运动方程
波源的运动方程为$y=4\times {10}^{-3}\cos 240\pi t$。
步骤 2:确定波速v
波速v=30m/s。
步骤 3:确定波动方程
波动方程为$y(x,t)=A\cos (\omega t-\dfrac {\omega }{v}x+\varphi _{0})$,代入A、ω、v和φ0的值,得到$y(x,t)=4\times {10}^{-3}\cos (240\pi t-\dfrac {240\pi }{30}x)$。
【答案】
$y(x,t)=4\times {10}^{-3}\cos (240\pi t-\dfrac {240\pi }{30}x)$。
(5)
【解析】
步骤 1:确定初相位φ0
初相位φ0是t=0时的相位,从波动方程中可以看出初相位φ0=π/2。
步骤 2:确定角频率ω
角频率ω是波动方程中的系数,从波动方程中可以看出角频率ω=π。
步骤 3:确定波速v
波速v是波动方程中的系数,从波动方程中可以看出波速v=10m/s。
振幅A是简谐振动的最大位移,从图中可以看出最大位移为1m。
步骤 2:确定角频率ω
角频率ω与周期T的关系为$\omega =\dfrac {2\pi }{T}$,从图中可以看出周期T=0.5s,因此$\omega =\dfrac {2\pi }{0.5}=4\pi rad/s$。
步骤 3:确定初相位φ0
初相位φ0是t=0时的相位,从图中可以看出t=0时,位移为0,且向正方向运动,因此初相位φ0=0。
【答案】
A=1m, ω=4πrad/s, φ0=0。
(2)
【解析】
产生机械波的必要条件是振源和弹性介质。
【答案】
振源和弹性介质。
(3)
【解析】
步骤 1:确定振幅A
振幅A=2×10^-2m。
步骤 2:确定角频率ω
角频率ω与周期T的关系为$\omega =\dfrac {2\pi }{T}$,周期T=0.5s,因此$\omega =\dfrac {2\pi }{0.5}=4\pi rad/s$。
步骤 3:确定初相位φ0
初相位φ0是t=0时的相位,从题意可知t=0时,物体在平衡位置,向负方向运动,因此初相位φ0=-π/2。
步骤 4:写出运动方程
运动方程为$x(t)=A\cos (\omega t+\varphi _{0})$,代入A、ω和φ0的值,得到$x(t)=2\times {10}^{-2}\cos (4\pi t-\dfrac {\pi }{2})$。
【答案】
$x(t)=2\times {10}^{-2}\cos (4\pi t-\dfrac {\pi }{2})$。
(4)
【解析】
步骤 1:确定波源的运动方程
波源的运动方程为$y=4\times {10}^{-3}\cos 240\pi t$。
步骤 2:确定波速v
波速v=30m/s。
步骤 3:确定波动方程
波动方程为$y(x,t)=A\cos (\omega t-\dfrac {\omega }{v}x+\varphi _{0})$,代入A、ω、v和φ0的值,得到$y(x,t)=4\times {10}^{-3}\cos (240\pi t-\dfrac {240\pi }{30}x)$。
【答案】
$y(x,t)=4\times {10}^{-3}\cos (240\pi t-\dfrac {240\pi }{30}x)$。
(5)
【解析】
步骤 1:确定初相位φ0
初相位φ0是t=0时的相位,从波动方程中可以看出初相位φ0=π/2。
步骤 2:确定角频率ω
角频率ω是波动方程中的系数,从波动方程中可以看出角频率ω=π。
步骤 3:确定波速v
波速v是波动方程中的系数,从波动方程中可以看出波速v=10m/s。