机械振动和波习题课

第三单元机械波第1课波的形成一、基础巩固1.关于机械振动和机械波，下列说法中正确的是（）A．物体作机械振动时，一定产生机械波B．没有机械振动，也可能形成机械波C．有机械波，一定有质点作机械振动D．机械振动和机械波的产生无关【答案】C【解析】机械振动在介质中的传播称为机械波，所以有机械波必有机械振动，而有机械振动若没介质不会形成机械波，故C正确，ABD错误．2.下列关于横波、纵波的说法错误的是（）.A．凸凹相间的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷B．质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫横波C．纵波的波形是疏密相间的，质点分布最密的部分叫密部，分布最疏的地方叫疏部D．质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波【答案】B【解析】物理学中把质点的振动方向与波的传播方向垂直的波称作横波，在横波中，凸起的最高处称为波峰，凹下的最低处称为波谷，故A正确；把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线的波称作纵波，故B错误，D正确；质点在纵波传播时来回振动，其中质点分布最密集的地方称为密部，质点分布最稀疏的地方称为疏部，故C正确。

本题要求选错误的，故选B。

3.将一部手机调在接收信号就发出声响并且振动的状态，然后将这部手机放在密封的玻璃罩內，当我们抽掉玻璃罩内的空气后，再发出信号呼叫该手机，你可以看到（）.A．手机发出声音同时振动B．手机发出声音但是不振动C．手机没有发出声音也不振动D．手机没有发出声音但是在振动【答案】D【解析】声音是由物体的振动产生的，声音的传播需要介质，声音在真空中不能传播，所以抽调玻璃罩内的空气后，声音传播不出来，故能看到手机没有发出声音但是在振动，故D正确，ABC错误。

4.关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是（）.A．振动是波动的成因，波动是振动的传播B．一旦波源振动起来，介质中的各个质点也就同时开始振动C．波动过程是介质中质点由近及远移动的过程D．横波的传播需要介质，纵波的传播不一定需要介质【答案】A【解析】振动是的波的成因，波动是振动的传播，故A正确；机械波的形成可表述为离波源近的质点带动离波源远的质点，故离波源近的质点振动的早一些，故B错误；波动过程是介质中质点振动形式由近及远移动，而质点不随波迁移，故C错误；机械横波与纵波的传播，都需要介质，故D错误。

x)
yBP
Acos[ t
2
(30 x)]
l
两波同频率，同振幅，同方向振动，所以相干静止的点满足：
(t 2 x) [t 2 (30 x)]
l
l
(2k 1)
k 0,1,2,...
化简后 30 2x kl
30 2x kl O x
X
因为： l u 4m
x 15 k 2
1
3
x 3 102 sin(4t 1 ) （SI）
2
6
画出两振动的旋转矢量图，并求合振动的振动
方程.
x1
5
102
cos(4t
1 3
)
x2
3
102
sin(4t
1 6
)
3
102
cos(4t
1 6
1 2
)
3 102 cos(4t 2 ) 3
x x1 x2
1
2 102 cos(4t 1 )
7.一简谐振动曲线如图所示，试由图确
定在t=2s时刻质点的位移为
，速
度为
。
t=2s, x=0
Vm
A
2 A
T
3
102
8.已知两个简谐振动 曲线如图所示，
X1的位相比X2的位相
A) 落后 1
2
C) 落后
B) 超前 1 √
2
D) 超前
9.一简谐振动的振动曲线如图，求此振动的 周期。
解： =/3+ /2=5/6 t=5= 5/6 = /6
2
之间)
（1）2 1 2k k 0,1,2,
A A1 A2 振动加强; 此时有= 1= 2
A1

振动和波习题课Ⅰ教学基本要求振动和波动1.掌握描述简谐振动和简谐波的各物理量（特别是相位）及各量间的关系。

2.理解旋转矢量法。

3.掌握简谐振动的基本特征，能建立一维简谐振动的微分方程，能根据给定的初始条件写出一维简谐振动的运动方程，并理解其物理意义。

4.理解同方向、同频率的两个简谐振动的合成规律。

5.理解机械波产生的条件。

掌握由已知质点的简谐振动方程得出平面简谐波的波函数的方法及波函数的物理意义。

理解波形图线。

了解波的能量传播特征及能流、能流密度概念。

6.了解惠更斯原理和波的叠加原理。

理解波的相干条件，能应用相位差和波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。

7.理解驻波及其形成条件。

了解驻波和行波的区别。

8.了解机械波的多普勒效应及其产生原因。

在波源或观察者单独相对介质运动，且运动方向沿二者连线的情况下，能用多普勒频移公式进行计算。

9.了解电磁波的性质。

Ⅱ内容提要一、振动1.简谐振动的定义：恢复力F=-kx微分方程d2x/d t2+ω2x=0运动方程x=A cos(ωt+ϕ0)弹簧振子ω=(k/m)1/2，单摆ω=(g/l)1/2，复摆ω=(mgh/J)1/2；2.描述谐振动的物理量：(1)固有量：固有频率ω，周期T，频率ν其关系为ω=2π/T=2πνν=1/T(2)非固有量，振幅A: A=(x02+v02/ω2)1/2 位相ϕ: ϕ=ωt+ϕ0 初位相ϕ0: tanϕ0=-v0/(ω x0)(再结合另一三角函数定出ϕ0)；3.旋转矢量法(略)；4.谐振动能量：E k=E sin2(ωt+ϕ0) E p=E cos2(ωt+ϕ0) E=E k+ E p5.谐振动的合成：(1)同方向同频率两谐振动的合成A=[A12+A22+2A1A2cos(ϕ20-ϕ10)]1/2tgϕ0=(A1sinϕ10+A2sinϕ20)/(A1cosϕ10+A2cosϕ20) (再结合另一三角函数定出ϕ0)拍∆ω<<ω1拍频∆ν=|ν2-ν1|(2)相互垂直振动的合成ω1=ω2时为椭圆方程：x2/A12+y2/A22- 2(x/A1)(y/A2)cos(ϕ20-ϕ10)=sin2(ϕ20-ϕ10)ω1与ω2成简单整数比时成李萨如图形二、波动1.机械波的产生的条件:(1)波源,(2)媒质.机械波的传播实质是相位(或振动状态)的传播,质量并不迁移；2.描述波的物理量：波长λ，频率ν，周期T，波速.u其关系为T=1/ν=λ/u u=λ/T=λν3.平面简谐波的波动方程y=A cos[ω(t-x/u)+ϕ0]=A cos[2π(t/T-x/λ)+ϕ0]=A cos[2π(νt-x/λ)+ϕ0]4.平均能量密度w=ρA2ω2/2，能流密度(波的强度) I=w u=ρA2ω2u/25.惠更斯原理(略)；6.波的叠加原理：独立性，叠加性；7.波的干涉(1)相干条件：频率相同，振动方向相同，位相差恒定。

4 4
A = 5 / cos α = 5 2 cm
2
πt 3π t= 0 t= 2 s (1) x = 5 2 × 10 cos( )( SI ) 4 4 3 π 2 (2) v = ω A sin = 5 2 × 10 sin( π ) 4 4 = 3 . 93 × 10 2 m / s
v A1
O X O
v A1
X O
A2
v A1
X
v A2
反相 同相
振动2比振动 超前 振动 比振动1超前 比振动
四、谐振动的合成 1。同方向、同频率的谐振动的合成： 。同方向、同频率的谐振动的合成：
A=
2 A12 + A2 + 2 A1 A2 cos( 2 1
A1 sin 1 + A2 sin 2 tg = A1 cos 1 + A2 cos 2
v0 tg = ω x0
两同频率的谐振动在任意时刻的相位差： 两同频率的谐振动在任意时刻的相位差：
= 2 1
振动2比振动1超前 > 0 LLLLL 落后 < 0 = = 2 kπ ( k = 0 ,1L ) 振动2和振动1同相 = ( 2 k + 1 )π ( k = 0 ,1L ) LLL反相
8. 一系统作简谐振动，周期为 ，以余弦函数 一系统作简谐振动，周期为T，
1 表达振动时，初相位为零。 表达振动时，初相位为零。在 0 ≤ t ≤ T范围 2 T/8或3T/8 时动能和势能相等 系统在t=_________时动能和势能相等。 时动能和势能相等。 内，系统在
解： x = Acosωt
x = 2cos(ωt + )
O t=0
5 Vm = ωA = 5 ω = 2 5 π x = 2cos( t )cm 2 2