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1、第十四章第十四章波動(dòng)波動(dòng)14-1如本題圖所示,一平面簡(jiǎn)諧波沿ox軸正向傳播,波速大小為u,若P處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方程為,求:(1)O處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程;(2)該波的波動(dòng)方程;)cos(????tAyP(3)與P處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)狀態(tài)相同質(zhì)點(diǎn)的位置。解:(1)O處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方程:y0=Acos[ω(tLu)φ](2)波動(dòng)方程y0=Acos?ω[t(xL)uφ?(3)質(zhì)點(diǎn)位置x=L?k2πuω(k=0123……)14-2一簡(jiǎn)諧波,振動(dòng)周期T=12s,波長(zhǎng)?=1
2、0m,振幅A=0.1m,當(dāng)t=0時(shí)刻,波源振動(dòng)的位移恰好為正方向的最大值,若坐標(biāo)原點(diǎn)和波源重合,且波沿ox軸正方向傳播,求:(1)此波的表達(dá)式;(2)t1=T4時(shí)刻,x1=?4處質(zhì)點(diǎn)的位移;(3)t2=T2時(shí)刻,x1=?4處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度。解:(1)y=0.1cos(4πt2πx10)=0.1cos4π(tx20)(SI)(2)當(dāng)t1=T4=18(s)x1=λ4=104m處質(zhì)點(diǎn)的位移y1=0.1cos4π(T4λ80)=0.1cos4π
3、(1818)=0.1m(3)振速)20(4sin4.0xttyv??????ππt2=T2=14(S)在x1=λ4=104(m)處質(zhì)點(diǎn)的振速v2=0.4πsin(ππ2)=1.26ms14-3一簡(jiǎn)諧波沿x軸負(fù)方向傳播,圓頻率為,?波速為u。設(shè)時(shí)刻的波形如本題圖所示,求該波的4Tt?表達(dá)式。解:由圖可看出,在t=0時(shí),原點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)位移y0=-A,說(shuō)明原點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)初相,因而波動(dòng)方程為???0])(cos[?????uxtAy14-4本題圖
4、表示一平面余弦波在t=0時(shí)刻與t=2s時(shí)刻的波形圖,求:(1)坐標(biāo)原點(diǎn)處介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程;(2)該波的波方程。解:由圖可知:原點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)初相;20????OPLx習(xí)題14-1圖yuAx0A?習(xí)題14-3圖不同位置的能流密度SPI?。解:解:由分析可知,半徑r處的能疏密度為24rPI??當(dāng)r1=5.0m、r2=10.0m時(shí),分別有22211mW1027.14??????rPI?23222mW1018.34??????rPI?14-8
5、一彈性波在媒質(zhì)中傳播的速度u=103ms,振幅A=1.0?10?4m,頻率?=103Hz,媒質(zhì)的密度為?=800kgm3。求:(1)波的平均能流密度;(2)一分鐘內(nèi)垂直通過一面積S=4.0?10?4m2的總能量。解:解:(1)由能流密度I的表達(dá)式得2mW1058.1221522222??????vuAuAI????(2)在時(shí)間間隔s60??t內(nèi)垂直通過面積S的能量為J1079.33????????tIStPW14-9如本題圖所示,三個(gè)同
6、頻率,振動(dòng)方向相同(垂直紙面)的簡(jiǎn)諧波,在傳播過程中在O點(diǎn)相遇;若三個(gè)簡(jiǎn)諧波各自單獨(dú)在S1、S2和S3振動(dòng)方程分別為y1=Acos(ωtπ2),y2=Acosωt和y3=2Acos(ωt?π2),且S2O=4?,S1O=S3O=5?(?為波長(zhǎng)),求O點(diǎn)的合振動(dòng)方程。(設(shè)傳播過程中各波振幅不變)解:每一波傳播的距離都是波長(zhǎng)的整數(shù)倍,所以三個(gè)波在O點(diǎn)的振動(dòng)方程可寫成y1=A1cos(ωtπ2)y2=A2cosωty3=A3cos(ωtπ2)
7、其中A1=A2=A,A3=2A在O點(diǎn),三個(gè)振動(dòng)疊加,利用振幅矢量圖及多邊形加法(如圖)可得合振動(dòng)方程y=24Atcos()ωπ?14-10本題圖中和是波長(zhǎng)均為的兩個(gè)相干波的波源,相距34,的位相1S2S??1S比超前。若兩波單獨(dú)傳播時(shí),在過和的直線上各點(diǎn)的強(qiáng)度相同,不隨距離變2S2?1S2S化,且兩波的強(qiáng)度都是,則在、連線上外側(cè)和外側(cè)各點(diǎn),合成波的強(qiáng)度分0I1S2S1S2S別為多少?解:在的外側(cè),兩波源引起的分振動(dòng)的相位差1SS3S1S
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