大学物理自测题下(黄皮书)机械波动要点及详细答案

《大学物理学》机械波部分自主学习材料（解答）一、选择题10-1．图（a ）表示0t =时的简谐波的波形图，波沿x 轴正方向传播，图（b ）为一质点的振动曲线，则图（a ）中所表示的0x =处质点振动的初相位与图（b ）所表示的振动的初相位分别为（ C ） （A ）均为2π； （B ）均为π-； （C ）π与π-； （D ）2π-与2π。

【提示：图（b ）为振动曲线，用旋转矢量考虑初相角为2π-，图（a ）为波形图，可画出过一点时间的辅助波形，可见0x =处质点的振动为由平衡位置跑向负方向，则初相角为2π】10-2．机械波的表达式为0.05cos(60.06)y t x ππ=+，式中使用国际单位制，则（ C ） （A ）波长为5m ； （B ）波速为110m s -⋅；（C ）周期为13秒； （D ）波沿x 正方向传播。

【提示：利用2k πλ=知波长为1003λ=m ，利用u k ω=知波速为1100u m s -=⋅，利用2T πω=知周期为13T =秒，机械波的表达式中的“+”号知波沿x 负方向传播】10-3．一平面简谐波沿x 轴负方向传播，角频率为ω，波速为u ，设4Tt =时刻的波形如图所示，则该波的表达式为（ D ）（A ）cos[()]xy A t u ωπ=-+； （B ）cos[()]2x y A t u πω=--；（C ）cos[()]2x y A t u πω=+-；（D ）cos[()]xy A t uωπ=++。

【提示：可画出过一点时间的辅助波形，可见在4Tt =时刻，0x =处质点的振动为由平衡位置向正方向振动，相位为2π-，那么回溯在0t=的时刻，相位应为π】10-4．如图所示，波长为λ的两相干平面简谐波在P 点相遇，波在点1S 振动的初相是1ϕ，到P 点的距离是1r 。

波在点2S 振动的初相是2ϕ，到P 点的距离是2r 。

以k 代表零或正、负整数，则点P 是干涉极大的条件为（ D ）OO1S 2S r（A ）21r r k π-=； （B ）212k ϕϕπ-=； （C ）212122r r k ϕϕππλ--+=；（D ）122122r r k ϕϕππλ--+=。

第十四章波动14-1 一横波再沿绳子传播时得波动方程为。

（1）求波得振幅、波速、频率及波长；（2）求绳上质点振动时得最大速度；（3）分别画出t=1s 和t=2s时得波形，并指出波峰和波谷。

画出x=1.0m处质点得振动曲线并讨论其与波形图得不同。

14-1分析（1）已知波动方程（又称波函数）求波动的特征量（波速、频率、振幅A及彼长 等），通常采用比较法。

将已知的波动方程按波动方程的一般形式书写，然后通过比较确定各特征量（式中前“－”、“＋”的选取分别对应波沿x轴正向和负向传播）。

比较法思路清晰、求解简便，是一种常用的解题方法。

（2）讨论波动问题，要理解振动物理量与波动物理量之间的内在联系与区别。

例如区分质点的振动速度与波速的不同，振动速度是质点的运动速度，即；而波速是波线上质点运动状态的传播速度（也称相位的传播速度、波形的传播速度或能量的传播速度），其大小由介质的性质决定。

介质不变，彼速保持恒定。

（3）将不同时刻的t值代人已知波动方程，便可以得到不同时刻的波形方程，从而作出波形图。

而将确定的x值代入波动方程，便可以得到该位置处质点的运动方程，从而作出振动图。

解（1）将已知波动方程表示为与一般表达式比较，可得则（2）绳上质点的振动速度则（3） t=1s和 t＝2s时的波形方程分别为波形图如图14－1（a）所示。

x＝1.0m处质点的运动方程为振动图线如图14－1（b）所示。

波形图与振动图虽在图形上相似，但却有着本质的区别前者表示某确定时刻波线上所有质点的位移情况，而后者则表示某确定位置的时间变化的情况。

14-2 波源作简谐运动，其运动方程为，它所形成得波形以30m/s的速度沿一直线传播。

（1）求波的周期及波长；（2）写出波的方程。

14-2分析 已知彼源运动方程求波动物理量及波动方程，可先将运动方程与其一般形式进行比较，求出振幅地角频率及初相，而这三个物理量与波动方程的一般形式中相应的三个物理量是相同的。

习题及参考答案第五章 波动学基础参考答案思考题5-1把一根十分长的绳子拉成水平，用手握其一端，维持拉力恒定，使绳端在垂直于绳子的方向上作简谐振动，则（A ）振动频率越高，波长越长； （B ）振动频率越低，波长越长； （C ）振动频率越高，波速越大； （D ）振动频率越低，波速越大。

5-2在下面几种说法中，正确的说法是（A ）波源不动时，波源的振动周期与波动的周期在数值上是不同的； （B ）波源振动的速度与波速相同；（C ）在波传播方向上的任二质点振动位相总是比波源的位相滞后； （D ）在波传播方向上的任一质点的振动位相总是比波源的位相超前 5-3一平面简谐波沿ox 正方向传播，波动方程为010cos 2242t x y ππ⎡⎤⎛⎫=-+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦. (SI)该波在t =0.5s 时刻的波形图是（ ）5-4图示为一沿x 轴正向传播的平面简谐波在t =0时刻的波形，若振动以余弦 函数表示，且此题各点振动初相取-π到π之间的值，则（）（A ）1点的初位相为φ1=0（B ）0点的初位相为φ0=-π/2(m)(A )(m)(m)(B )(C )(D )思考题5-3图思考题5-4图（C ）2点的初位相为φ2=0 （D ）3点的初位相为φ3=05-5一平面简谐波沿x 轴负方向传播。

已知x=b 处质点的振动方程为[]0cos y A t ωφ=+，波速为u ，则振动方程为（ ）(A)()0cos y A t b x ωφ⎡⎤=+++⎣⎦(B)(){}0cos y A t b x ωφ⎡⎤=-++⎣⎦(C)(){}0cos y A t x b ωφ⎡⎤=+-+⎣⎦ (D)(){}0cos y A t b x u ωφ⎡⎤=+-+⎣⎦ 5-6一平面简谐波，波速u =5m·s -1，t =3s 时刻的波形曲线如图所示，则0x =处的振动方程为（ ）（A ）211210cos 22y t ππ-⎛⎫=⨯- ⎪⎝⎭ (SI) （B ）()2210cos y t ππ-=⨯+ (SI) （C ）211210cos 22y t ππ-⎛⎫=⨯+ ⎪⎝⎭ (SI) （D ）23210cos 2y t ππ-⎛⎫=⨯- ⎪⎝⎭ (SI) 5-7一平面简谐波沿x 轴正方向传播，t =0的波形曲线如图所示，则P 处质点的振动在t =0时刻的旋转矢量图是（ ）5-8当一平面简谐机械波在弹性媒质中传播时，下述各结论一哪个是正确的？ （A ）媒质质元的振动动能增大时，其弹性势能减少，总机械能守恒； （B ）媒质质元的振动动能和弹性势能都作周期变化，但两者的位相不相同；（C ）媒质质元的振动动能和弹性势能的位相在任一时刻都相同，但两者的数值不相等； （D ）媒质质元在其平衡位置处弹性势能最大。

一、选择题：1．3147：一平面简谐波沿Ox 正方向传播，波动表达式为]2)42(2cos[10.0π+-π=x t y (SI)，该波在t = 0.5 s 时刻的波形图是［ B ］2．3407：横波以波速u 沿x 轴负方向传播。

t 时刻波形曲线如图。

则该时刻 (A) A 点振动速度大于零 (B) B 点静止不动(C) C 点向下运动(D) D 点振动速度小于零 ［ ］3．3411：若一平面简谐波的表达式为 )cos(Cx Bt A y -=，式中A 、B 、C为正值常量，则：(A) 波速为C (B) 周期为1/B (C) 波长为 2π /C (D) 角频率为2π /B ［ ］4．3413：下列函数f (x 。

t )可表示弹性介质中的一维波动，式中A 、a 和b 是正的常量。

其中哪个函数表示沿x 轴负向传播的行波？(A) )cos(),(bt ax A t x f += (B) )cos(),(bt ax A t x f -=(C) bt ax A t x f cos cos ),(⋅= (D) bt ax A t x f sin sin ),(⋅= ［ ］5．3479：在简谐波传播过程中，沿传播方向相距为λ21（λ 为波长）的两点的振动速度必定(A) 大小相同，而方向相反 (B) 大小和方向均相同xu A B C D Ox (m) O 2 0.1 0y (m) ( A ) xO 2 0.1 0 y (m) ( B ) x (m) O 2 - 0.1 0 y (m) ( C ) x (m)O 2 y (m) ( D )- 0.1 0(C) 大小不同，方向相同 (D) 大小不同，而方向相反 ［ ］6．3483：一简谐横波沿Ox 轴传播。

若Ox 轴上P 1和P 2两点相距λ /8（其中λ 为该波的波长），则在波的传播过程中，这两点振动速度的(A) 方向总是相同 (B) 方向总是相反(C) 方向有时相同，有时相反 (D) 大小总是不相等 ［ ］7．3841：把一根十分长的绳子拉成水平，用手握其一端。

一、选择题：1．3147：一平面简谐波沿Ox 正方向传播，波动表达式为]2)42(2cos[10.0π+-π=x t y (SI)，该波在t = s 时刻的波形图是［ B ］2．3407：横波以波速u 沿x 轴负方向传播。

t 时刻波形曲线如图。

则该时刻(A) A 点振动速度大于零 (B) B 点静止不动 (C) C 点向下运动(D) D 点振动速度小于零 ［3．3411：若一平面简谐波的表达式为 )cos(Cx Bt A y -=，式中A 、B 、C 为正值常量，则：(A) 波速为C (B) 周期为1/B (C) 波长为 2? /C (D) 角频率为2? /B ［］4．3413：下列函数f (x 。

t )可表示弹性介质中的一维波动，式中A 、a 和b 是正的常量。

其中哪个函数表示沿x 轴负向传播的行波？(A) )cos(),(bt ax A t x f += (B) )cos(),(bt ax A t x f -=(C) bt ax A t x f cos cos ),(⋅= (D)bt ax A t x f sin sin ),(⋅= ［ ］5．3479：在简谐波传播过程中，沿传播方向相距为λ21（??为波长）的两点的振动速度必定(A) 大小相同，而方向相反 (B) 大小和方向均相同(C)大小不同，方向相同 (D) 大小不同，而方向相反y (m) y (m) - y (m) y (m)［ ］6．3483：一简谐横波沿Ox 轴传播。

若Ox 轴上P 1和P 2两点相距? /8（其中? 为该波的波长），则在波的传播过程中，这两点振动速度的(A) 方向总是相同 (B) 方向总是相反(C) 方向有时相同，有时相反 (D) 大小总是不相等 ［ ］7．3841：把一根十分长的绳子拉成水平，用手握其一端。

维持拉力恒定，使绳端在垂直于绳子的方向上作简谐振动，则 (A) 振动频率越高，波长越长 (B) 振动频率越低，波长越长(C) 振动频率越高，波速越大 (D) 振动频率越低，波速越大 ［ ］ 8．3847：图为沿x 轴负方向传播的平面简谐波在t = 0时刻的波形。

一、选择题：一、选择题：1．3147：一平面简谐波沿Ox 正方向传播，波动表达式为]2)42(2cos[10.0p+-p =x t y (SI)，该波在t = 0.5 s 时刻的波形图是时刻的波形图是［ B ］2．3407：横波以波速u 沿x 轴负方向传播。

t 时刻波形曲线如图。

则该时刻时刻波形曲线如图。

则该时刻 (A) A 点振动速度大于零点振动速度大于零 (B) B 点静止不动点静止不动(C) C 点向下运动点向下运动 (D) D 点振动速度小于零点振动速度小于零 ［ ］3．3411：若一平面简谐波的表达式为：若一平面简谐波的表达式为 )cos(Cx Bt A y -=，式中A 、B 、C 为正值常量，则：为正值常量，则：(A) 波速为C (B) 周期为1/B (C) 波长为波长为 2p /C C (D) 角频率为2p /B ［ ］4．3413：下列函数f (x 。

t )可表示弹性介质中的一维波动，式中A 、a 和b 是正的常量。

其中哪个函数表示沿x 轴负向传播的行波？轴负向传播的行波？(A) )cos(),(bt ax A t x f += (B) )cos(),(bt ax A t x f -=(C) bt ax A t x f cos cos ),(×= (D) bt ax A t x f sin sin ),(×= ［ ］5．3479：在简谐波传播过程中，沿传播方向相距为l21（l 为波长）的两点的振动速度必定动速度必定(A) 大小相同，而方向相反大小相同，而方向相反 (B) 大小和方向均相同大小和方向均相同 (C) 大小不同，方向相同大小不同，方向相同 (D) 大小不同，而方向相反大小不同，而方向相反xu A y B C D Ox (m) O 2 0.1 0y (m)( A ) x (m)O 2 0.1 0y (m) ( B )x (m) O 2- 0.1 0 y (m) ( C ) x (m)O 2 y (m)( D )- 0.1 0［ ］6．3483：一简谐横波沿Ox 轴传播。

一、选择题：1．3147 ：一平面简谐波沿O x 正方向传播，波动表达式为(SI) ，该波在t = 0.5 s 时刻的波形图是［B］y 0.10 cos[ 2 (t x )]2 42y (m)y (m)y (m)y (m)0.1 00.1 02222O O Ox (m)Ox (m)x (m)x (m)(A )- 0.10( C )(D )( B )-0.102．3407 ：横波以波速u沿x轴负方向传播。

t时刻波形曲线如图。

则该时刻(A) A 点振动速度大于零yu(B) B 点静止不动A (C) C 点向下运动D(D) D 点振动速度小于零［］C xO B3．3411 ：若一平面简谐波的表达式为y A cos(Bt Cx )，式中A、B、C 为正值常量，则：(A)波速为 C (B) 周期为 1/B (C) 波长为 2/C(D) 角频率为 2/B［］4．3413 ：下列函数 f (x 。

t )可表示弹性介质中的一维波动，式中A 、a 和 b 是正的常量。

其中哪个函数表示沿x 轴负向传播的行波？(A)f (x, t ) Acos(ax bt ) (B) f (x, t) Acos(axbt )(C)f (x, t)A cosax cosbt(D)f ( x, t)Asin ax sin bt［ ］15．3479 ：在简谐波传播过程中，沿传播方向相距为 2（ 为波长）的两点的振动速度必定(A)大小相同，而方向相反(B)大小和方向均相同(C)大小不同，方向相同(D)大小不同，而方向相反［］6．3483 ：一简谐横波沿 Ox 轴传播。

若 Ox 轴上 P 1 和 P 2 两点相距 /8（其中 为该波的波长），则在波的传播过程中，这两点振动速度的(A)方向总是相同(B)方向总是相反(C)方向有时相同，有时相反(D)大小总是不相等［］7．3841 ：把一根十分长的绳子拉成水平y ，用手握其一端。

维持拉力恒定，使绳端在垂直于绳子的方向上作简谐振动，则uyuxa(A) 振动频率越高，波长越长 O(B) 振动频率越低，波长越长 3847 图Oxb(C)振动频率越高，波速越大5193 图(D) 振动频率越低，波速越大［ ］8．3847 ：图为沿 x 轴负方向传播的平面简谐波在t = 0 时刻的波形。

第八章 振动与波动本章提要1. 简谐振动· 物体在一定位置附近所作的周期性往复运动称为机械振动。

· 简谐振动运动方程()cos x A t ωϕ=+其中A 为振幅，??为角频率，（?t+?）称为谐振动的相位，t ＝0时的相位??称为初相位。

· 简谐振动速度方程d ()d sin xv A t tωωϕ==-+ · 简谐振动加速度方程222d ()d cos xa A t tωωϕ==-+· 简谐振动可用旋转矢量法表示。

2. 简谐振动的能量· 若弹簧振子劲度系数为k ，振动物体质量为m ，在某一时刻m 的位移为x ，振动速度为v ，则振动物体m 动能为212k E mv =· 弹簧的势能为212p E kx =· 振子总能量为P22222211()+()221=2sin cos k E E E m A t kA t kA ωωϕωϕ=+=++3. 阻尼振动· 如果一个振动质点，除了受弹性力之外，还受到一个与速度成正比的阻尼作用，那么它将作振幅逐渐衰减的振动，也就是阻尼振动。

· 阻尼振动的动力学方程为222d d 20d d x xx t tβω++= 其中，γ是阻尼系数，2mγβ=。

（1） 当22ωβ>时，振子的运动一个振幅随时间衰减的振动，称阻尼振动。

（2） 当22ωβ=时，不再出现振荡，称临界阻尼。

（3） 当22ωβ<时，不出现振荡，称过阻尼。

4. 受迫振动· 振子在周期性外力作用下发生的振动叫受迫振动，周期性外力称驱动力 · 受迫振动的运动方程为22P 2d d 2d d cos x x F x t t t mβωω++= 其中，2k m ω=，为振动系统的固有频率；2C m β=；F 为驱动力振幅。

· 当驱动力振动的频率p ω等于ω时，振幅出现最大值，称为共振。

机械波1．提示：1(,)cos[2()]t xy x t A T πϕλ=-+，2012(,)cos[2()]x t y x t A T λπϕλ+=-+，1sin[2()],dy t xv A dtTωπϕλ==--+2112sin[2()]x dy t v A v dtTλωπϕλ+==--+=-2．提示：波速取决于媒质的性质，振动速度是媒质中质元的运动速度3．提示：由图可知O 点处质元的运动方向向下，00,0,,t t y v A ω===-sin[2],dy t v A dtTωπϕ==-+0sin(0),2v A A πωϕωϕ=-+=-=4．提示：由图可知：8,160/,3,m u m s A m λ===则120,240uH Z v T νωππλ=====由图可知O 点处质元的运动方向向上，则当0,0,sin[2()],dy t xt x v A A dtT ωπϕωλ====--+=时可得2πϕ=-5．提示：在最大位移处，胁变最小，它的速度为0，因此动能为0，对于简谐波动能等于势能。

6．提示：对于A 点的上下运动可当作机械振动，在其偏离平衡位置最大位移处其动能为0，因此A 点在向平衡位置方向运动，则可知波沿X 轴负方向传播 7．提示：12,2πϕϕ-=2121122224r r πϕϕπϕπππλλ⎛⎫⎛⎫∆=---=--⨯=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭8．提示：由波腹条件22xk k x πλπλ=±⇒=±二、填空题 １．CB ，Bπ2，Cπ2，lC ，lC -提示：将已知波的方程与波的标准方程2(,)cos[]xy x t A t πωϕλ=-+或(,)cos[()]xy x t A t uωωϕ=-+对比可得波长和波速，位相差为：222[()][]t r d t r d cdπππωϕωϕλλλ-++--+==２．Lλπϕ2-；Nk k x x ∈±=,1λ；zk k x x ∈++=,)21(1λ。