振动波动部分例题及作业
振动波动作业习题及解答
Ch.10.振动、Ch.11波动作业习题及解答AωOXt =0图2A图1ωt =0OX=010-1. 一小球与轻弹簧组成的谐振动系统,振动规律为0.05cos(8π3),x =t +π(t 的单位为秒, x 的单位为米)。
求: (1) 振动的角频率、周期、振幅、初相、速度和加速度的最大值； (2) t =1s 、t =2s 、t =10s 时刻的相位； (3) 分别画出位移、速度和加速度与时间的关系曲线。
解(1): 将小球的运动方程0.05cos(8π3),x =t +π与谐振动的表达式0cos()x A t ωϕ=+比较知，系统的角频率、周期、振幅和初相分别为：108π(s );=2(4)s ;0.05(m );3;T A πωπωπϕ-====系统振动速度、加速度的表式分别为02220sin(4sin(8π3)(m s);cos( 3.2cos(8π3)(m s )v =dx /dt =-A t t +πa =dv /dt =-A t t +πωωϕπωωϕπ+)=-0.+)=-速度和加速度的最大值为：12220.4π 1.26(m s );=3.2π31.6(m s )m m v A a A ωω--==≈=≈ 解(2): 由相位表达式0()8/3t t t ϕωϕππ=+=+知， t =1s 、t =2s 、t =10s 时刻振子的相位分别为：2549241333333(1s )8π(2s )16(10s )80t +t t +ππππππϕϕπϕπ=====+====；； 解(3): x (t ), v (t ), a (t )曲线如下图所示。
10-2.（选作题）某个与轻弹簧相连的小球，沿X 轴作振幅为A 的简谐振动，周期为T 。
其振动表达式用余旋函数表示。
若t =0时小球的运动状态分别为：(1) 0x A =-； (2) 过平衡位置向X正向运动； (3) 过x =0.5A 向X 负向运动； (4) 过x =X 正向运动。
振动和波动习题课(改)
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
大学物理振动波动例题习题
振动波动一、例题（一）振动1.证明单摆是简谐振动，给出振动周期及圆频率。
2. 一质点沿x 轴作简谐运动，振幅为12cm ，周期为2s 。
当t = 0时, 位移为6cm ，且向x 轴正方向运动。
求: (1) 振动表达式；(2) t = 0.5s 时，质点的位置、速度和加速度；(3)如果在某时刻质点位于x =-0.6cm ，且向x 轴负方向运动，求从该位置回到平衡位置所需要的时间。
3. 已知两同方向，同频率的简谐振动的方程分别为：x 1= 0.05cos (10 t + 0.75π) 20.06cos(100.25)(SI)x t π=+求：(1)合振动的初相及振幅.(2)若有另一同方向、同频率的简谐振动x 3 = 0.07cos (10 t +ϕ 3 ), 则当ϕ 3为多少时 x 1 + x 3 的振幅最大?又ϕ 3为多少时 x 2 + x 3的振幅最小?（二）波动1. 平面简谐波沿x 轴正方向传播，振幅为2 cm ，频率为 50 Hz ，波速为 200 m/s 。
在t = 0时，x = 0处的质点正在平衡位置向y 轴正方向运动，求：(1)波动方程(2)x = 4 m 处媒质质点振动的表达式及该点在t = 2 s 时的振动速度。
2. 一平面简谐波以速度m/s 8.0=u 沿x 轴负方向传播。
已知原点的振动曲线如图所示。
求：（1）原点的振动表达式；（2）波动表达式；（3）同一时刻相距m 1的两点之间的位相差。
3. 两相干波源S 1和S 2的振动方程分别是1cos y A t ω=和2cos(/2)y A t ωπ=+。
S 1距P 点3个波长，S 2距P 点21/4个波长。
求：两波在P 点引起的合振动振幅。
4.沿X 轴传播的平面简谐波方程为：310cos[200(t )]200x y π-=- ，隔开两种媒质的反射界面A 与坐标原点O 相距2.25m ，反射波振幅无变化，反射处为固定端，求反射波的方程。
波动与振动-答案和解析
1. 一简谐振动的表达式为)3cos(ϕ+=t A x ，已知0=t 时的初位移为, 初速度为s -1，则振幅A = ，初相位 =解：已知初始条件，则振幅为：(m )05.0)309.0(04.0)(222020=-+=-+=ωv x A 初相： 1.1439.36)04.0309.0(tg )(tg 1001或-=⨯-=-=--x v ωϕ因为x 0 > 0, 所以 9.36-=ϕ2. 两个弹簧振子的的周期都是, 设开始时第一个振子从平衡位置向负方向运动，经过后，第二个振子才从正方向的端点开始运动，则这两振动的相位差为 。
解：从旋转矢量图可见，t = s 时，1A 与2A反相，即相位差为。
3. 一物块悬挂在弹簧下方作简谐振动，当这物块的位移等于振幅的一半时，其动能是总能量的 （设平衡位置处势能为零）。
当这物块在平衡位置时，弹簧的长度比原长长l ∆,这一振动系统的周期为 解：谐振动总能量221kA E E E p k =+=，当A x 21=时4)2(212122EA k kx E p ===，所以动能E E E E p k 43=-=。
物块在平衡位置时， 弹簧伸长l ∆，则l k mg ∆=，lmgk ∆=，振动周期gl km T ∆==ππ224. 上面放有物体的平台，以每秒5周的频率沿竖直方向作简谐振动，若平台振幅超过 ，物体将会脱离平台（设2s m 8.9-⋅=g ）。
解：在平台最高点时，若加速度大于g ，则物体会脱离平台，由最大加速度g A v A a m ===22)2(πω 得最大振幅为1A 1A 2Ax=t .0=t 5.0=t(m)100.11093.9548.94232222--⨯≈⨯=⨯==ππv g A 5. 一水平弹簧简谐振子的振动曲线如图所示，振子处在位移零、速度为A ω-、加速度为零和弹性力为零的状态，对应于曲线上的 点。
振子处在位移的绝对值为A 、速度为零、加速度为-2A 和弹性力-kA 的状态，对应于曲线的 点。
振动波动例题
解：
t =0
x =0 y =0
y0= 0.03 cos(2 ×2.5 t π ) π 2
v0
π j= 2
π 2 x π y = 0.03 cos 2 ×2.5 t 2 π 0.24 π 50 x π 0.03 cos 5 t π =
2 6 0.03 cos 5 (t 10 x ) π π = 2 6
例1. 有一个和轻弹簧相联的小球，沿x 轴作振幅为A的简谐振动，其表达式用余弦 函数表示。若t =0 时，球的运动状态为: (1)x0=-A; (2)过平衡位置向x 正方向运动; (3)过x=A/2处向 x 负方向运动; A (4)过 处向 x 正方向运动; 2 试用矢量图示法确定相应的初相的值，并写 出振动表式。
由波形图得：t =1/3 s时
y/cm
10
x0
v< 0 y0 =-0.05
o
-5
20
x/cm
1 0.05 0.1cos( j ) 3
1 2 j 3 3
j
3
波动方程为：
πx + π y =10cos π t 20 3
O点(x =0)的振动方程为：
cm (1)
π π 解： A =0.24m ω = 2 = 2 = π =1.57s-1 T 2 4 x 0 = A =0.24m φ =0 t =0 v0 = 0
振动方程为： x = 0.24 cosπ t 2 (1) t =0.5s cos (π × 0.5 ) x = 0.24 2 = 0.24 cos 0.25π
= 0.24 ×
2 =0.17m 2
(2)
大学物理习题详解—振动与波动部分
第十二章 机械振动简谐振动12．1 一倔强系数为k 的轻弹簧，下端挂一质量为m 的物体，系统的振动周期为1T ，若将此弹簧截去一半的长度,下端挂一质量为12m 的物体,则系统振动周期2T 等于 （A ）21T ；（B ）1T ；（C ）1T /2；（D ）1T /2 ；（E ）1T /4． ［ ］ 答：（C ）分析：一根弹簧，弹性系数为k ，把它截短以后，k 不是减小了，而是增大了。
弹簧的弹力大小取决于弹簧的形变，在伸长相同的长度x 的情况下，弹簧越短，其变形越大，弹力f 也越大。
而胡克定律为：f kx =，即 fk x=，因此弹簧变短后弹性系数k 增大。
12T = 22k k =，下端挂一质量为12m 的物体，则系统振动周期2T 为： 2T 1112222T ⎛=== ⎝ 12．2 图（下左）中三条曲线分别表示简谐振动中的位移x ，速度v 和加速度a ，下列说法中那一个是正确的？（A ）曲线3、1、2分别表示x 、v 、a 曲线； （B ）曲线2、1、3分别表示x 、v 、a 曲线； （C ）曲线1、3、2分别表示x 、v 、a 曲线； （D ）曲线2、3、1分别表示x 、v 、a 曲线； （E ）曲线1、2、3分别表示x 、v 、a 曲线．第12. 3题图v (a)(b)t答：（E ）分析：位移x 与加速度a 的曲线时刻都是反相的，从图上看曲线1、3反相，曲线2是速度v 曲线；另外，速度比位移的位相超前2π，加速度比速度的位相超前2π，从图上看曲线3比2超前了2π，3是加速度曲线；曲线2比1超前了2π，1是位移曲线12．3 在t =0时，周期为T 、振幅为A 的单摆分别处于图（上右）(a)、(b)、(c)三种状态，若选单摆的平衡位置为x 轴的原点，x 轴正向指向右方，则单摆作小角度摆动的振动表达式分别为（1） ； （2） ； （3） ． 答：（1）X =A cos (t T π2－2π) （2）X =A cos (t T π2+2π) （3）X =A cos (t Tπ2+π)． 分析：关键是写出初位相，用旋转矢量法最方便：ωx xx（a ）φ= -π/2ω ω（b ）φ= π/2（c ）φ= π12．4 设振动周期为T ，则a 和b 处两振动的时间差t ∆=____________。
振动波动检测题解答
A, x k;
1 C , x (2k 1) ; 2
1 B, x k ; 2
D, x (2k 1) 4.
振动和波动检测题部分解答
解:
y y1 y2 A cos
2x 0
2x
cos 2t
cos
时
2x
(2k 1)
2
x (2k 1)
由(1)、(2)两式可得
m2 g k x
振动和波动检测题部分解答
m1x T 2 m2 g
应该选 B
振动和波动检测题部分解答
2 一简谐振动曲线如图所示,则振动周期为[ B ]
x(cm)
A,2.62s; C,2.20s;
B,2.40s; D,2.00s.
4 2
t (s )
1
o
振动和波动检测题部分解答
解:
2 振动方程为 x 4 10 cos( ) T
2
当t=0时,
x0 0.02
2 v0 A sin 0 T
3
2 x 4 cos( ) T 3
振动和波动检测题部分解答
t 1时，x 0
2 0 0.04 cos( ) T 3
y
B
O
x
L
振动和波动检测题部分解答
解:
t x 设 y反 A cos[ 2 ( ) ' ] T t L y入B A cos[ 2 ( ) ] T
y 反B
t L A cos[ 2 ( ) ] T
2L
反OB '
振动波动作业解
x A/2
2
5 3 2 6
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 T t 6 5 12s 5
2
2 t t T
物理系：史彭
史彭振动波动作业解
4．一质点作简谐振动，已知振动频率为 f，则振动动能的 变化频率是： [ B ]
1 1 2 E K m m[A sin( t )] 2 2 2
3 1 2 2 sin t cos t ] 10 2 [sin sin t cos cos t ] 10 2 3 3 2 2 2 cos(t ) 10 2 3 x / 2 2 y cos(t ) 10 2 u 3 2 2x 2 y cos(t ) 10 u 3
x’ x
1 x y Acos[ (t ) ] u
物理系：史彭
史彭振动波动作业解
2.一平面简谐波沿 OX 轴传播，波函数为 y A cos[2 (t x / ) ] ， 则在X1=L处，介质质点振动的初相位是 ；与X1处质点振动 状态相同的其它质点的位置是 ；与X1处质点振动速度大小 相同，但方向相反的其它各质点的位置是 。 各点初相位 2x / y X1=L
3 sin (t ) 4
2
1 2 1 E kA m 2 A2 2 2
EK 3 E 4
物理系：史彭
史彭振动波动作业解
二、填空题 1．一质点作简谐振动，其振动曲线如图所示。根据此图， 它的周期 ；用余弦函数描述时初相位 。
2
x
7 t t 12
物理系：史彭
史彭振动波动作业解
2．一质点作简谐振动，周期为 T 。质点由平衡位置向 X 轴正方向运动时，由平衡位置到二分之一最大位移这段路 所需要的时间为 [ B ]
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0 2
2 A 4 或 3 3
4 A 3 2 2
O
A
x
[例2]如图的谐振动x-t 曲线，试求其振 x/m 动表达式 2 解：由图知
[例7]两列相干平面简谐波沿x轴传播。 波源S1和S2相距d=30m，S1为坐标原点, 已知x1=9m和x2=12m处的两点是相邻的 两个因干涉而静止的点。求两波的波长 和两波源的最小位相差
S1
解：设S1、S2的初相位为1 、2 因x1和x2处为相邻干涉静止点，有0x1 Nhomakorabeax2
S2
x
x x2 2 (d x1 ) 2x1 [ 2 ] [1 ] (2k 1) 2 (d 2 x1 ) 2 1 (2k 1) 2 (d 2 x2 ) 同理 2 1 (2k 3)
2 T 4s T 2
x0 A
由旋转矢量法得
0.24 0.24 x 0 x 0.24 cos t m 2 (2) t=0.5s: 1 x 0.24 cos 0.17 m 2 2 2 2 F ma m x 0.01 ( ) 0.17 2 3 4.19 10 N
v0
即
x 0, v 0
2
2
O
x
[ 例 3] 质量为 0.01kg 物体作周期为 4s 、振 幅为0.24m的简谐振动。t=0时,位移 x=0.24m。求(1)谐振动表达式；(2)t=0.5s 时 , 物体的位置和所受的力； (3) 物体从 初始位置运动至 x =-0.12m 处所需的最短 时间 解：(1)设振动表达式为 x A cos( t ) 其中 A 0.24 m
A 2 m, T 2s O 2t / s 1 2 T 设振动表达式为 x A cos( t ) v A sin( t ) t=0时： x 0 即 0 A cos 2
又
旋转矢量法
A sin 0 sin 0 2 x 2 cos(t ) m 2
0.4
y A cos(t ) A 0 . 2 m x m 0.4 m
u 2 0 . 08 2 2 2 0.4 5 又t =0时： y 0 v 0 2 y m u 2 y 0.2 cos( t ) m 5 2 0 x m 波动方程为 2 x y 0.2 cos[ (t ) ]m 5 0.08 2
0
2 (3) t min 2 3 t min 3 0.12 2 3 4 t min 0.24 x s 0.24 0 2 3 T T 或 t min 4 12 T T T 6 12 4 4 s A x A 0 3
[例4]一水平放置的弹簧振子，质量为m ，弹性系数为k，当它振动时，在什么位 置动能和势能相等？它从该位置到达平 衡位置所需的最短时间为多少？
x / cm
0.05
2 T 20
1
0.1
1振动在t=0时：
t / s 1 2 2
x0 0 v0 0
5 M 4 5 x 5 2 cos(20 t ) cm A 4
2
5 A 2 x1 5 cos(20t 2) cm x2 5 cos(20t ) cm 2 2 由旋转矢量法 A 0M 1 0M 2 5 2 cm
解： (1)
1 2 1 2 2 kx kA 2 2
2 x A 2
即
(2)
t 2 4 4
t
4
m k
O
2 A 2
x
[例5]已知两谐振动的曲线(如图),它们是 同频率的谐振动,求它们的合振动方程 解：由图知 A 5 cm T 0.1s
5 0 5
0
S1
x1
S2
相减得
4 ( x2 x1 )
2( x2 x1 ) 2 (12 9) 6 m 2 (d 2 x2 ) 2 1 (2k 3) (2k 5)
k=-2时，位相差最小
2
2 1
作业：9-1、9-7、9-9、9-11、 9-15
2振动在t=0时： x0
5 4
O
M1
x
[例6]下图为一平面余弦横波 t=0时的波 形，此波形以u=0.08米/秒的速度沿x轴 正向传播。求：a,b两点的振动方向； 0点的振动方程；波动方程 解：由波形传播过程知 a向下, b向上 y m 设 0 点振动方程为 u 0.2
a b
O
0.2