普通物理学第五版波动答案

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1、这里是普通物理学第五版 1 本答案是对普通物理学第五版第十六章的答案本章共8节内容习题有42题希望大家对不准确的地方提出宝贵意见 2 答案以ppt的格式没有ppt的童鞋请自己下一个有智能手机的同学可以下一个软件在手机上看的哦亲们赶快行动吧 16 1 1 试计算在270C时氦和氢中的声速各为多少并与同温度时在空气中的声速比较空气的平均摩尔质量为29 10 3kg mol 2 在标准状态下声音在空气中的速率为331m s 空气的比热容比是多少 3 在钢棒中声速为5100m s 求钢的杨氏模量钢的密度 7 8 103kg m3 目录结束解 1 目录结束 2 3 目录结

2、束 16 2 1 已知在室温下空气中的声速为340m s 水中的声速为1450m s 能使人耳听到的声波频率在20至20000Hz之间求这两极限频率的声波在空气中和水中的波长 2 人眼所能见到的光可见光的波长范围为400nm 居于紫光至760nm 展于红光求可见光的频率范围 lnm l0 9m 目录结束 1 在空气中 2 在水中目录 7 5 1014Hz 395 1014Hz 3 可见光目录结束 16 3一横波沿绳子传播时的波动表式为 x y的单位为m t的单位为s 1 求此波的振幅波速频率和波长 2 求绳子上各质点振动的最大速度和最大加速度 3 求x 0 2m处的质点在

3、t 1s时的相位它是原点处质点在哪一时刻的相位 4 分别画出t 1s 1 25s 1 50s各时刻的波形目录结束 A 0 05m 0 05 10 0 5 m s 解 1 2 目录结束 t 1s 目录结束 16 4设有一平面简谐波 x y以m计 t以s计 1 求振幅波长频率和波速 2 求x 0 1m处质点振动的初相位目录结束 t 0 解两式比较得到目录结束 16 5一平面简谐纵波沿线圈弹簧传播设波沿着x轴正向传播弹簧中某圈的最大位移为3 0cm 振动频率为2 5Hz 弹簧中相邻两疏部中心的距离为24cm 当t 0时在x 0处质元的位移为零并向x轴正向运动试写出该波

4、的波动表式目录结束解目录结束 16 6一平面简谐波沿x轴正向传播振幅A 0 lm 频率n l0Hz 当t 1 0s时x 0 1m处的质点a的振动状态为此时x 20cm处的质点b的振动状态为求波的表式目录结束解沿轴正向传播的波动方程为目录结束由式 1 2 可得目录结束 16 7已知一沿x轴正向传播的平面余弦波在t 1 3s时的波形如图所示且周期T 2s 1 写出O点和P点的振动表式 2 写出该波的波动表式 3 求P点离O点的距离目录结束由波形图得到目录结束波动方程为 O点 x 0 的振动方程为求P点的振动方程目录结束目录结束 16 8一平

5、面波在介质中以速度u 20m s沿x轴负方向传播已知a点的振动表式为 1 以a为坐标原点写出波动方程 2 以距a点5m处的b点为坐标原点写出波动方程目录结束解 1 以a点为原点在x轴上任取一点P 坐标为x 2 以b点为坐标原点目录结束 16 9一平面简谐波在t 0时的波形曲线如图所示波速u 0 08m s 1 写出该波的波动表式 2 画出t T 8时的波形曲线目录结束目录结束 2 当t T 8时目录结束 16 10一列沿x正向传播的简谐波已知t1 0时和t2 0 25s时的波形如图所示试求 1 P点的振动表式 2 此波的波动表式 3 画出o点的振动曲线目录结束

6、解目录结束目录结束 16 11已知一沿x轴负方向传播的平面余弦波在t 1 3s时的波形如图所示且周期T 2s 1 写出o点的振动表式 2 写出此波的波动表式 3 写出Q点的振动表式 4 Q点离o点的距离多大目录结束解 1 对于O点 O点的振动规律目录结束 2 波动方程为 3 对于Q点由式 1 可知目录结束 16 12一正弦式声波沿直径为0 14m的圆柱形管行进波的强度为9 0 10 3 W m2 频率为300Hz 波速为300m s 问 1 波中的平均能量密度和最大能量密度是多少 2 每两个相邻的相位差为2 的同相面间有多少能量目录结束解最大能量密度

7、wm 相邻同相面之间的波带所具有的能量等于一个周期内通过S面的能量目录结束 16 13一平面简谐声波的频率为500Hz 在空气中以速度u 340m s传播到达人耳时振幅A l0 4cm 试求人耳接收到声波的平均能量密度和声强空气的密度 1 29kg m3 目录结束解目录结束 16 14两人轻声说话时的声强级为40dB 闹市中的声强级为80dB 问闹市中的声强是轻声说话时声强的多少倍目录结束解目录结束 16 15一波源以35000W的功率向空间均匀发射球面电磁波在某处测得波的平均能量密度为7 8 10 15J m3求该处离波源的距离电磁波的传播速度为3 0 10

8、8m s 目录结束 34 5km 3500 解目录结束 16 16一扬声器的膜片半径为0 1m 使它产生lkHz 40W的声辐射则膜片的振幅应多大已知该温度下空气的密度为 1 29kg m3 声速为344m s 目录结束 0 38mm 解目录结束 16 17一弹性波在介质中以速度u 103m s传播振幅A 1 0 10 4m 频率n 103Hz 若该介质的密度为800kg m3 求 1 该波的平均能流密度 2 1分钟内垂直通过面积S 4 10 4m2的总能量目录结束解目录结束 16 18距一点声源10m的地方声音的声强级是20dB 若不计介质对声波的吸收求 1

9、距离声源5 0m处的声强级 2 距声源多远声音就听不见了目录结束 10lg4 6dB 解 1 设声波为一球面波即距离增加一倍减少6dB 所以距声源处的声强级为26dB 目录结束 2 目录结束 16 19一扬声器发出的声波在6m远处的强度为1 0 10 3W m2 频率是2000Hz 设没有反射而且扬声器向各方向均匀地发射 1 在30m处的声强为多大 2 6 0m处的位移振幅为多大 3 6 0m处的压强振幅为多大目录结束 4 0 10 5 W m2 1 72 10 7 m 0 924 10 5 N m2 解目录结束 16 20天线P Q为两个以同相位同频率同振幅振

10、动的相干波源它们在同一介质中设频率为n 波长为l P Q间距离为3l 2 R为PQ延长线上离Q很远的一点两波在该点的振幅可视为相等试求 1 自P发出的波在R点的振动与自Q发出的波在R点的振动的位相差 2 R点的合振动的振福目录结束解目录结束 16 21设S1和S2为两相干波源相距l 4 S1的相位比S2的相位超前 2 若两波在S1 S2连线方向上的强度相同均为I0 且不随距离变化问S1 S2连线上在S1外侧各点的合成波的强度如何又在S2外侧各点的强度如何目录结束在S1外侧无波传播在S2外侧各点干涉加强解在S1外侧各点目录结束 16 22同一介质中的两个

11、波源位于A B两点其振幅相等频率都是100Hz 相位差为若A B两点相距为30m 波在介质中的传播速度为40m s 试求AB连线上因干涉而静止的各点位置目录结束解选择A点为坐标原点对于A B间的任意一点C 不可能产生干涉相消目录结束 16 23地面上波源S与高频率波探测器D之间的距离为d 从S直接发出的波与从S发出经高度为H的水平层反射后的波在D处加强反射线及入射线与水平层所成的角度相同当水平层逐渐升高h距离时在D处测不到讯号不考虑大气的吸收试求此波源S发出波的波长目录结束解设 2 3两波在D处干涉相消 1 3两波在D处干涉加强得到目录结束由图得

12、到目录结束 16 24有一平面波的波动方程为此波传到隔板上的两个小孔A B上 A B相距1m PA PB 如图所示若从A B传出的子波到达P时恰好相消求P点到A点的距离目录结束解目录结束 16 25如图所示三个同频率振动方向相同垂直纸面的简谐波在传播过程中于P点相遇若三个简谐波各自单独在S1 S2 和S3的振动表式分别为 S2P 4l S1P S3P 5l l为波长求P点的合振动表式设传播过程中各波的振幅不变目录结束解由旋转矢量图可得目录结束 16 26图为声音干涉仪用以演示声波的干涉 S为扬声器 D为声音探测器如耳或话筒路径SBD的长度可

13、以变化但路径SAD是固定的干涉仪内有空气且知声音强度在B的第一位置时为极小值100单位而渐增至B距第一位置为0 0165m的第二位置时有极大值900单位求 1 声源发出的声波频率 2 抵达探测器的两波的相对振幅设声波在传播过程中振幅不变目录结束空气中声速 1 由题意 2 解目录结束 16 27两个波在一很长的弦线上传播设其波动表式为用SI单位 1 求各波的频率波长波速 2 求节点的位置 3 在哪些位置上振幅最大目录结束 400m s 解目录结束 2 波节的位置 3 波腹的位置目录结束 16 28一弦上驻波的表式为 1 组成此驻波的备分行波的波幅及波

14、速为多少 2 节点间的距离为多大 3 t 2 0 10 3s时位于x 0 05m处的质点速度为多少目录结束 2 波节间距目录结束 t 2 0 10 3 s 14 96 m s x 0 05 m 将t及x的数值代入得到目录结束 16 29在一根线密度m 10 3kg m和张力F l0N的弦线上有一列沿x轴正方向传播简谐波其频率 n 50Hz 振幅A 0 04m 已知弦线上离坐标原点x1 0 5m处的质点在t 0时刻的位移为 A 2 且沿y轴负方向运动当传播到x2 10m固定端时被全部反射试写出 1 入射波和反射波的波动表式 2 人射波与反射波叠加的合成波在0 x 10区间

15、内波腹和波节处各点的坐标 3 合成波的平均能流目录结束 1 传x2到的处的振动方程为目录结束考虑到x2处的半波损失反射波的波动方程为目录结束 2 波节位置目录结束 3 合成后形成驻波平均能流密度为零目录结束 16 30在如图所示的驻波演示实验中电动音叉的频率为400Hz 设弦线AB上形成3个波腹其振幅为0 30cm 波在弦线上的速度为320m s 1 求此弦线的长度 2 若以弦线中点为坐标原点试写出驻波的表式目录结束解目录结束 16 31测定气体中声速的孔脱 Kundt 法如下一细棒其中部夹住一端有盘D伸入玻璃管如图管中撤有软木屑管的另一

16、端有活塞P 使棒纵向振动移动活塞位置直至软木屑形成波节和波腹图案在声压波腹处木屑形成凸蜂若已知棒中纵波的频率n 量度相邻波腹间的平均距离d 可求得管内气体中的声速u试证目录结束解目录结束 16 32 1 火车以90km h的速度行驶其汽笛的频率为500Hz 一个人站在铁轨旁当火车从他身边驶过时他听到的汽笛声的频率变化是多大设声速为340m s 2 若此人坐在汽车里而汽车在铁轨旁的公路上以54km h的速率近看火车行驶试问此人听到汽笛声的频率为多大目录结束火车接近时取负号火车离开时取正号波源运动速度解目录结束 2 目录结束 16 33正在报警的警钟每隔0 5s钟响一声一声接一声地响着有一个人在以60km h的速度向警钟行驶的火车中问这个人在lmin内听到几响目录结束解一分钟能听到125响目录结束 16 34一声源的频率为1080Hz 相对于地以30m s的速率向右运动在其右方有一反射面相对于地以65m s的速率向左运动设空气中的声速为331m s 求 1 声源在空气中发出声音的波长 2 每秒钟到达反射面的波数 3 反射

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