機械行業管理及振動波管理分析-資料下載頁

　　

【正文】 20 cm 52．一列波沿繩子傳播時，繩上有相距 3m的 P和 Q兩點，P點和 Q點的振動圖象如圖所示（實線為 P點的振動圖象，虛線為 Q點的振動圖象） .這列波的波長和波速的可能值是 A、 6 m． 30 m／ s ； B、 6 m． 12 m／ s C． 2 m． 12 m／ s ； D、 2 m． 10 m／ s （ C ） （ AD ） 65 知識內容 四、波特有的現象 —— 干涉與衍射 1．干涉現象與衍射現象 （ 1）波繞過障礙物的現象，叫做波的衍射． （ 2）頻率相同的兩列波疊加，使某些區域的振動加強，某些區域的振動減弱，并且振動加強和振動減弱的區域互相間隔，這種現象叫做波的干涉． 2．波發生明顯衍射現象的條件 能夠發生明顯的衍射現象的條件是：障礙物或孔縫的尺寸比波長小，或者跟波長相差不多． 3．波的疊加原理 在兩列波重疊的區域里，任何一個質點的總位移，都等于兩列波分別引起的位移的矢量和． 4．波干涉的條件 兩個頻率相同的波源發出的波疊加，將出現穩定的波干涉圖樣．在波峰與波峰、波谷與波谷相遇的地方，質點的振動總是被加強，在波峰與波谷相遇的地方，質點的振動總是被減弱 66 問題討論 兩列相干波在發生干涉的區域中質點的振動情況： 設兩相干波源單獨引起的振幅分別為 A1和 A2，若 A1≠A 2，則在振動加強區中質點振動的振幅為 A1+ A2，在振動減弱區中質點的振幅為 |A1－ A2|，不論加強區還是減弱區中的質點都仍然在其平衡位置附近做振動，它們的振動位移仍隨時間發生周期性變化．因此，某一時刻 ,加強區中質點的振動位移有可能小于減弱區中質點的振動位移 .若A1=A2，則減弱區中質點的振幅為零 ,不振動。 將一只小瓶立于水波槽中，在槽中激發水波，若想在瓶子后面看到水波繞進的現象，激發水波的振子振動頻率大些好還是小些好 ?為什么 ? 當障礙物或孔的尺寸比波長小或相差不多時，能發生明顯衍射現象；由于瓶子的直徑已確定，故水波的波長越長越好，所以，激發水波的振子振動頻率越小越好， f越小，水波的 λ 越大， λ 就更接近瓶子的直徑。 67 例題分析 例 1 空氣中兩列波長相同的聲波發生干涉現象，若在某一時刻， P點恰好是兩列波的波峰相遇， Q點是兩列波的波谷相遇，則 ( )． A． P點的振幅最大， Q點的振幅最??； B． P、 Q兩點的振幅均是原兩列波振幅的和； C． P、 Q兩點的振動頻率相同； D． P、 Q兩點始終處于最大位移和最小位移處． 解析： 由題可知， P、 Q兩點是振動加強區域內的點，兩點的振幅都最大，都等于兩列波振幅之和，所以 A錯 B對． 對于干涉現象，不論是振動加強區還是振動減弱區，各質點都在以相同的頻率做簡諧振動，位移是周期性變化的，而不是恒定不變的．減弱區的質點振幅比加強區質點振幅小，加強區質點位移最大值比減弱區的位移最大值大，但也有位移為零的時刻，所以 C對 D錯． 答案： B、 C 68 例題分析 [例 2] 如圖所示是兩列相干波 (實線為波峰，虛線為波谷 )發生干涉時產生的圖樣．圖中， a、 b、 c、 d、 e各點的振動情況如何，試分析之． [解答 ] 根據波的疊加原理可知， a點是波峰與波谷相遇，振動最弱； b、 c點是波峰與波峰、波谷與波谷相遇，振動最強； d處于振動 “ 加強帶 ” 上，因此也是振動加強點，只是在此時刻它恰好振動到平衡位置上； e點既不在振動 “ 加強帶 ” 上，也不在振動 “ 減弱帶 ” 上，因此它的振幅不是最大也不是零． 例 在做水波通過小孔衍射的演示試驗時，激發水波的振子振動頻率為 5Hz，水波在水槽中傳播速度為 ／ s，為使實驗效果明顯，使用小孔直徑 d應為多少 ? 解析： 根據 v=λf 得 λ=v/f=由發生明顯衍射現象的條件可知，小孔直徑 d應跟波長 不多，或比 。 69 例題分析 例 一列波在傳播的過程中通過一個障礙物，發生了一定程度的衍射，以下哪種情況一定能使衍射現象更加明顯 ( ) 增大障礙物的尺寸，同時增大波的頻率； B．增大障礙物的尺寸，同時減小波的頻率； C．縮小障礙物的尺寸，同時增大波的頻率； D．縮小障礙物的尺寸，同時減小波的頻率． 解析： 波在同種介質中傳播速度相同，由 v=λf 可知， f減小， λ 增大；而發生明顯衍射的條件是障礙物的尺寸跟波長差不多，或者比波長小，所以縮小障礙物尺寸，減小波的頻率，能使障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長小，衍射現象明顯， 故 D正確 。 70 課堂練習 53．如圖所示，正中 O是水面上一波源．實、虛線分別表示該時刻的波峰、波谷， A是擋板， B是小孔．經過一段時間，水面上的波形將分布于 A、整個區域 ； B．陰影 Ⅰ 以外區域 C．陰影 Ⅱ 以外區域； D．上述答案均不對 （ B ） 54．如圖是不同頻率的水波通過相同的小孔所能到達區域的示意圖， 情況中水波的頻率最大； 情況中水波的頻率最小 c a 71 課堂練習 55．空氣中兩列波長相同的簡諧波發生干涉現象，若在某一時刻 P點恰好是兩列波的波峰相遇， Q點恰好是兩列波的波谷相遇，則 A、 P點的振幅最大， Q點的振幅最小 B． P、 Q兩點的振幅均是原兩列波振幅之和 C． P、 Q兩點的振動頻率相同 D． P、 Q兩點始終處于最大位移和最小位移處 56．如圖所示，在均勻介質中， S1和 S2是兩個振動情況完全相同的波源，在它們之間的連線上有 A、 B、 C三點，S1A= AB=BC=CS2=189。λ ，由此可知 A． B點的振動總是最強， A點的振動總是最弱 B、 B點的振動總是最弱， C點的振動總是最強 C． A、 B、 C的振動總是最弱 D． A、 B、 C的振動總是最強 （ BC ） （ D ） 72 知識內容 第五節 聲波 一、聲波 1．聲源的概念： 各種振動著的發聲物體，都是聲源． 2．聲波及其傳播條件 （ 1）聲源振動發出的聲音，在氣體、固體和液體中傳播形成聲波． （ 2）發聲體周圍必須有傳聲的介質，在不同的介質里，聲波的傳播速度不同，在 00C的空氣里聲速是 332 m／ s，在 200C時是 344 m／ s．聲波在水中速度約為空氣里的 倍，在金屬里聲速更大． 3．日常生活中有關聲音的反射、衍射和干涉的現象 聲波遇到障礙物會反射回來，反射回來的聲波傳到人耳就是回聲．假如回聲比原來的聲音滯后 ，人就能把兩者區分開來．聲波的波長約在 cm到 17 m之間，所以能繞過一般障礙物而發生衍射現象．聲波也能發生干涉現象． 73 課堂練習 58．關于聲音的傳播，下列說法中正確的是 A、聲音只有在介質中才能傳播 B．聲波是橫波而不是縱波 C．不同頻率的聲波在同一介質中有不同的波速 D．同一頻率的聲波在不同介質中有不同的波速 59．頻率為 500Hz的聲音在水中傳播時的波長為 m，由此可知，水中的聲速等于 m/s． 60．下列各種頻率的振動，人耳能感受到的是 A、 6 Hz； B、 600Hz； C． 6000 Hz D． 60000 Hz （ AD ） 1450 （ BC ） 74 例題分析 例 1 關于多普勒效應，下列說法正確的是： A．當聲源與觀察者間有相對運動時，才會發生多普勒效應； B．多普勒現象發生了，說明聲源的頻率變化了； C．若觀察者聽到的音凋比平時高了，說明觀察者與聲源正在靠近； D．若觀察者聽到的音調比平時低了，說明觀察者與聲源正在靠近． 解析：多普勒效應的發生，是因為波源與觀察者之間有相對運動，使觀察者接收到的頻率發生了變化．所以，二者有相對運動時，觀察者接收到的頻率才可能發生變化，多普勒效應才可能會發生，所以 A對． 多普勒現象發生了，說明觀察者接收到的頻率變化了，但波源的頻率不變，所以 B錯． 觀察者聽到的音調變高了，說明他在單位時間內接收到的波數增多了，只有當觀察者與聲源靠近時，才會出現波數增多的情況，所以 C對， D錯． 75 例題分析 例 2 正在報警的警鐘，每隔 ，一個人坐在以60km／ h的速度向警鐘行駛的火車中，求此人在 5min以內聽到響聲的次數是多少 ?已知聲音在空氣中的速度為 340m／ s． 解析：響聲在空氣中的間隔類似一個波長λ=340 =170m．人與聲音的相對速度， 60 1070340 / 3v m s? ? ?,所以人接收到的警聲的頻率 1070 3 170vf H z?? ? ??所以此人 5min內聽到響聲的次數n=ft= 5 60=629 (次 ) 76 課堂練習 62．在空房間里唱歌，歌聲會余音線繞，這是由于聲波的 A、干涉； B．衍射； C．反射； D．折射； 63． “ 聞其聲不見其人 ” 從聲學角度來看是聲波的衍射現象． “ 雷聲轟鳴 ” 是聲波的 現象． 64．兩個振動情況完全相同的聲源 A和 B的頻率為 50 Hz，相距 10 m，聲音的傳播速度為 340 m／ s，則 AB間連線上距B m或 m處聽不到聲音． （ C ） 反射 77 知識內容 二、超聲波 人耳朵能夠感受到的聲波頻率范不越過20230Hz。 超聲波及其特點 頻率超過聲波范圍的機械波叫做超聲波，超聲波有兩個特點：一是能量大，二是沿直線傳播。 超聲波的應用 超聲波的應用是根據它能量大和沿直線傳播的特點 78 例題分析 例 ： A．次聲波的波長長，衰減小，衍射性能好，故能傳播很遠的距離； B．建立次聲波監測站，可探知幾千千米外的核爆炸和導彈發射，也可探知火山爆發、地震、隕石落地、大氣湍流、雷暴、磁暴等自然現象產生的次聲波； C．超聲波頻率高、波長短，接近直線傳播，因此超聲波的方向性好，且容易得到方向集中的超聲波束； D．超聲波在水中的傳播距離比電磁波遠，故用聲納可探知水下潛艇的位置；超聲波功率大，穿透能力強，故可用于超聲探傷。 解析：次聲波的波長大約在 17m以上，在空氣中傳播時，衰減極小，傳播幾千 km后，吸收還不到萬分之一。地震、臺風、核爆炸、大氣湍流等都產生次聲波．探測次聲波，已成為研究地球、海洋、大氣等大規模運動的重要手段，故 A、 B都對。 超聲波的特點是頻率高、波長短、方向性強，功率大，穿透本領大，特別是在液體、固體中傳播時，衰減極小，在海水中，由于海水的導電性良好，電磁波在海水中傳播時，吸收非常嚴重，而海水對超聲波幾乎不吸收，因而利用超聲波雷達一聲納，可探測潛艇和魚群的準確方位和距離，故 C、 D對。 79 課堂練習 61．某一聲納（水聲測位儀）發出 105Hz的超聲波，每次共發出 80個全波，每秒發射 20次，則在 1min內，發射超聲波的時間共有 s． 6下列關于超聲波的應用的說法中，正確的是 A、超聲波可以用來探測金屬零部件內部的裂紋 B、超聲波可以用來探測水中物體的位置 C、用超聲波來擊碎腎結石，主要是利用了超聲波具大的能量 D、用超聲波來清洗物品上的污垢，主要是利用了超聲波直線傳播的性質 （ ABC ） 80