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如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

题文

(1)(6分)如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围内相遇。已知波的频率为5Hz,两列波的振幅均为lcm,则波的传播速度为     m/s;两列波相遇后,x=3m处质点的振幅为      cm。

如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

(2)(9分)如图所示,一玻璃砖的横截面为半圆形,O为圆心,半径为R,MN为直径,P为OM的中点,MN与水平放置的足够大光屏平行,两者间距为d=
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围
R。一单色细光束沿垂直于玻璃砖上表面的方向从P点射入玻璃砖,光从弧形表面上A点射出后到达光屏上Q点。已知玻璃砖对该光的折射率为n=
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围
,求光束从P点到达Q点所用的时间(不考虑反射光,光在真空中传播速度为c)。

如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

题型:未知 难度:其他题型

答案

(1)40  2   (2)
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

解析


(1)两列波在同一介质中传播,波速相同,根据
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围
得,
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围
.波发生叠加时,质点参与了两列波的振动,根据对称性,两列波的波峰或波谷同时传到x=3m处质点,该质点振动始终加强,根据叠加原理,振幅等于两列波振幅之和,即A=1cm+1cm=2cm.
(2)根据题设做出光路图如图所示

如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

设出射点处的入射角为
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围
,折射角为
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围
.由几何关系知:

如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围
,      ①

如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

设光在玻璃砖中的传播速度为
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围
,传播时间为
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围
,则

如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围


如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

联立①②③④解得
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

由折射定律得:
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

由几何关系知,
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

设光从A到Q所用时间为
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围
,则

如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

联立①②⑤⑥⑦解得
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

因此从P到Q的时间为
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围

考点

据考高分专家说,试题“(1)(6分)如图所示,同种介质中有两列.....”主要考查你对 [波长、频率和波速 ]考点的理解。

波长、频率和波速

波长:

1.定义:在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,叫做波长,通常用λ表示
另一种定义方式:两个相邻的、在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长
2.意义:波长反映了波在空间的周期性
平衡位置相距
的质点振动相同,平衡位置相距的质点振动相反(其中n=0,l,2…)
3.备注:①注意定义中两个要素:“总是”,“相邻”
②在横波中两个相邻的波峰(或波谷)间的距离等于波长。在纵波中两个相邻的密部(或疏部)间的距离等于波长。
③在一个周期内机械波传播的距离等于一个波长
周期与频率:

1.概念:在波动中,各个质点的振动周期或频率是相同的,它们都等于波源的振动周期或频率,这个周期或频率也叫做波的周期或频率
2.关系:频率与周期的关系:
3.备注:①波源振动一个周期,被波源带动的质点刚好完成一个全振动,波在介质中传播一个波长
②波的频率等于单位时间内波形成完整波的个数;等于单位时间内通过介质中某点完整波形的个数;等于介质内已开始振动的任一质点在单位时间内完成全振动的次数;等于单位时间内沿波传播方向上传播距离与波长的比值,即传播距离内包含完整波形的个数
③每经历一个周期,波形图重复一次

波速:

1.定义:单位时间内振动向外传播的距离
2.定义式:
3.意义:波速是指振动在介质中传播的快慢程度
4.备注:波速与质点振动速度不同,且与其无关
三者关系:

1.定量关系:经过一个周期T,振动在介质中传播的距离等于一个波长λ,所以
2.决定因素:(1)周期T和频率f取决于波源,与v、λ无关,与介质无关。波从一种介质进人另一种介质时,周期和频率是不变的。
(2)波速v由介质本身性质决定,与f,λ无关。
(3)波长λ决定于v和f(或T),只要v和f其中一个改变,λ就改变

质点振动方向与波的传播方向的互判方法:

已知质点的振动方向可判断波的传播方向;相反,已知波的传播方向可判断质点的振动方向。
1.上下坡法
沿波的传播方向看,“上坡”的点向下振动,“下坡”的点向上振动,简称“上坡下,下坡上”。如图所示。
逆着波的传播方向看,“上坡”的点向上振动,“下坡’’的点向下振动。

2.同侧法
在波的图像上的某一点,沿纵轴方向画出一个箭头表示质点振动方向,并设想在同一点沿x轴方向画一个箭头表示波的传播方向,那么这两个箭头总是在曲线的同侧。如图所示。
的质点振动相同,平衡位置相距的质点振动相反(其中n=0,l,2…)
3.备注:①注意定义中两个要素:“总是”,“相邻”
②在横波中两个相邻的波峰(或波谷)间的距离等于波长。在纵波中两个相邻的密部(或疏部)间的距离等于波长。
③在一个周期内机械波传播的距离等于一个波长
周期与频率:

1.概念:在波动中,各个质点的振动周期或频率是相同的,它们都等于波源的振动周期或频率,这个周期或频率也叫做波的周期或频率
2.关系:频率与周期的关系:
3.备注:①波源振动一个周期,被波源带动的质点刚好完成一个全振动,波在介质中传播一个波长
②波的频率等于单位时间内波形成完整波的个数;等于单位时间内通过介质中某点完整波形的个数;等于介质内已开始振动的任一质点在单位时间内完成全振动的次数;等于单位时间内沿波传播方向上传播距离与波长的比值,即传播距离内包含完整波形的个数
③每经历一个周期,波形图重复一次

波速:

1.定义:单位时间内振动向外传播的距离
2.定义式:
3.意义:波速是指振动在介质中传播的快慢程度
4.备注:波速与质点振动速度不同,且与其无关
三者关系:

1.定量关系:经过一个周期T,振动在介质中传播的距离等于一个波长λ,所以
2.决定因素:(1)周期T和频率f取决于波源,与v、λ无关,与介质无关。波从一种介质进人另一种介质时,周期和频率是不变的。
(2)波速v由介质本身性质决定,与f,λ无关。
(3)波长λ决定于v和f(或T),只要v和f其中一个改变,λ就改变

质点振动方向与波的传播方向的互判方法:

已知质点的振动方向可判断波的传播方向;相反,已知波的传播方向可判断质点的振动方向。
1.上下坡法
沿波的传播方向看,“上坡”的点向下振动,“下坡”的点向上振动,简称“上坡下,下坡上”。如图所示。
逆着波的传播方向看,“上坡”的点向上振动,“下坡’’的点向下振动。

2.同侧法
在波的图像上的某一点,沿纵轴方向画出一个箭头表示质点振动方向,并设想在同一点沿x轴方向画一个箭头表示波的传播方向,那么这两个箭头总是在曲线的同侧。如图所示。
如图所示,同种介质中有两列简谐横波相向传播,实线表示的波向x轴正方向传播,虚线表示的波向x轴负方向传播,在t=0时刻,两列波已在2m≤x≤4m范围


3.带动法(特殊点法)
如图所示为一沿x轴正方向传播的横波,根据波的形成,靠近波源的点能带动它邻近的离波源稍远的点,可判断质点的振动方向。在质点P附近靠近波源一方的图线上另找一点P',若P’在P上方,P '带动P向上运动,则P向上运动;若P’在P下方,P带动 P’向下运动,则P’向下运动。

4.微平移法
将波形沿波的传播方向做微小移动,如图中虚线所示,由于质点仅在y轴方向上振动,所以,即质点运动后的位置,故该时刻A、B沿y轴正方向运动,C、D沿y轴负方向运动。

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