作业解答分析

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6-9 一平面简谐波以速度u?0.08m?s?1沿Ox轴正向传播,图示为其在t =0 时刻的波形图,

求(1)该波的波动方程;(2)P 处质点的运动方程.

题6-9 图

分析 (1) 根据波形图可得到波的波长λ、振幅A 和波速u,因此只要求初相φ,即可写出波动方程.而由图可知t =0 时,x =0 处质点在平衡位置处,且由波的传播方向可以判断出该质点向y 轴正向运动,利用旋转矢量法可知φ=-π/2.(2) 波动方程确定后,将P 处质点的坐标x 代入波动方程即可求出其运动方程yP =yP(t).

解 (1) 由图可知振幅A =0.04 m, 波长λ=0.40 m, 波速u =0.08m·s-1 ,则ω=2π/T =2πu/λ=(2π/5)s-1 ,根据分析已知φ=-π/2,因此波动方程为

x?π??2π?y?0.04cos??t?????5?0.08?2?(2) 距原点O 为x =0.20m 处的P 点运动方程为

?m?

π??2πy?0.04cos?t??2??5

?m?

6-14 图(a)是干涉型消声器结构的原理图,利用这一结构可以消除噪声.当发动机排气噪声声波经管道到达点A 时,分成两路而在点B 相遇,声波因干涉而相消.如果要消除频率为300 Hz 的发动机排气噪声,则图中弯管与直管的长度差Δr=r2 -r1 至少应为多少? (设声波速度为340 m·s-1 )

题6-14 图

分析 一列声波被分成两束后再相遇,将形成波的干涉现象.由干涉相消条件,可确定所需的波程差,即两管的长度差Δr.

解 由分析可知,声波从点A 分开到点B 相遇,两列波的波程差Δr =r2 - r1 ,故它们的相位差为

Δ??2π?r2?r1?/??2πΔr/?

由相消静止条件Δφ=(2k +1)π,(k =0,±1,±2,…) 得 Δr =(2k +1)λ/2 根据题中要求令k =0 得Δr 至少应为

?r??/2?u/2v?0.57m

6-19 一警车以25 m·s-1 的速度在静止的空气中行驶,假设车上警笛的频率为v=800 Hz.求:(1) 静止站在路边的人听到警车驶近和离去时的警笛声波频率;(2) 如果警车追赶一辆速度为15m·s-1 的客车,则客车上人听到的警笛声波的频率是多少? (设空气中的声速u =330m·s-1 )

分析 由于声源与观察者之间的相对运动而产生声多普勒效应,由多普勒频率公式可解得结果.在处理这类问题时,不仅要分清观察者相对介质(空气)是静止还是运动,同时也要分清声源的运动状态.

解 (1) 根据多普勒频率公式,当声源(警车)以速度?s =25 m·s-1 运动时,静止于路边的观察者所接收到的频率为

uv??vu??s警车驶近观察者时,式中?s前取“-”号,故有

??vv1u?865.6Hz

u??s警车驶离观察者时,式中?s前取“+”号,故有

??vv2u?743.7Hz

u??s(2) 客车的速度为?0=15 m·s-1 ,声源(警车)与客车上的观察者作同向运动时,观察者收到的频率为

??vv3u??0?826.2Hz

u??s

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