机械波练习分析和总结.docxVIP

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【例题1】关于机械波的概念,下列说法中正确的是( )A.质点振动的方向总是垂直于波的传播方向B.简谐波沿长绳传播,绳上相距半个波长的两个质点振动位移的大小相等C.任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长D.相隔一个周期的两个时刻的波形相同

分析与解答:

质点振动的方向可以与波的传播方向垂直(横波),也可以与波的传播方向共线(纵波),故A选项错误.

相距一个波长的两个质点振动位移大小相等、方向相同,相距半个波长的两个质点振动位移大小相等、方向相反,B选项正确.这是由于相距半个波长的两个质点的振动状态相差半个周期,所以它们的位移大小相等、方向相反.

波每经过一个周期就要向前传播一个波长,但介质中的各个质点并不随波向前迁移,只是在各自的平衡位置附近振动,向前传播的是质点的振动状态.所以C选项错误.

在波的传播过程中,介质中各点做周期性的振动,相隔一个周期,各质点的振动又回到上一周期的振动状态.因此,相隔一个周期的两时刻波形相同.故D选项正确.

波动是振动的结果,波动问题中很多知识点与振动有关系,因此要搞清波动与振动的联系与区别,在解决问题时才能抓住关键.

【例题2】一列横波沿直线在空间传播,某一时刻直线上相距为d的M、N两点均处在平衡位置,且M、N之间仅有一个波峰,若经过时间t,N质点恰好到达波峰位置,则该列波可能的波速是多少?

分析与解答:

本题没有给定波的传播方向,仅告诉我们在某一时刻M、N两点均处在平衡位置,且M、N之间仅有一个波峰.由此我们可以推想,处在直线MN上的各个质点在该时刻相对平衡位置的位移可能会有以下四种情况,即波的图像有以下四种图形(如图1中A、B、C、D图,各图中均为左端为M,右端为N):

若波的传播方向由M到N,那么:

图1

在A图中,经过时间t,N恰好到达波峰,说明时间t内波向右前进的距离

,且,

所以波速.

在B图中,经过时间t,波峰传到N点,则波在时间t内向右前进的距离,且,

所以波速 .

在C图中,经过时间t,波向右前进的距离,且,所以波速 .

在D图中,经过时间t,波向右前进的距离,且,所以

波速 .

若波的传播方向从N到M,那么:

在A图中,质点N此时要向下振动,经过时间t,N到达波峰,则时间,在时间t内波向左前进的距离,所以波速 .

在B图中,经过时间t,N到达波峰,则时间,在此时间内波向左前进的距离,所以波速 .

在C图中,波在时间t内向左前进的距离,且,所以波速.

在D图中,质点N经过1/4T变为波峰,所以 ,在时间t内波向左前进的距离,所以波速 .

所以该列波可能的波速有五种 .

其实上述解决问题的方法过于程序化,如果能够判断出八种情况下该时刻波

形图上的波峰在传播方向上到N点的距离S,波速v就等于 .例如:最后一

种情况中,波峰在传播方向上到N点的距离它情况读者可自行解决.

【例题3】一列横波如图2所示,波长虚线表示t=0.005s时刻的波形图.

2

求:(1)波速多大?

若2Tt-tT,波速又为多大?

,所以波速 .其

,实线表示t=0时刻的波形图,

1

2 1

若Tt-t,并且波速为3600m/s,则波沿哪个方向传播?

2 1

分析与解答

因为题中没有给出波的传播方向,故需要对波沿x轴正方向和x轴负方向传播分别进行讨论.又因为题中没有

给出与周期T的关系,故需要考虑到波的重复性.

若波沿x轴正方向传播,则可看出是波形传播的最小距离 波传播的可能距离是

则可能的波速为

若波沿x轴负方向传播,则可看出是波形传播的最小距离波传播的可能距离是

则可能的波速为

当时,根据波动与振动的对应性可知 ,这时波

速的通解表达式中n=1.

若波沿x轴正方向传播,则波速为v=(1600n+400)m/s=2000m/s

若波沿x轴负方向传播,则波速为v=(1600n+1200)m/s=2800m/s

当 ,波速为3600m/s时,根据波动与振动的对应性可知

,所以波向前传播的距

离大于波长 ,而且可以计算出

由于波长等于8m,这样波向前传播了

难判断出波是沿x轴向右传播的.

也可以由波速的通解表达式来判断:若波沿x轴正方向传播,则波速为

若波沿x轴负方向传播,则波速为

,当

n=2时, .

所以波是沿x轴向右传播的.练

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