15.在某介质中形成一列简谐波,t=0时刻的波形如图中的实线所示.
(1)若波向右传播,零时刻刚好传到B点,且再经过0.6s,P点也开始起振,求: ①该列波的周期T;
②从t=0时刻起到P点第一次达到波峰时止,O点对平衡位置的位移y0及其所经过的路程S0各为多少?
(2)若该列波的传播速度大小为20m/s,且波形中由实线变成虚线需要经历0.525s时间,则该列波的传播方向如何?
考点:波长、频率和波速的关系;横波的图象. 专题:波的多解性.
分析:(1)①波向右匀速传播,根据传播距离x=6m,时间t=0.6s,求出波速,由图读出波长,求出周期.
②当图示时刻x=﹣0.5m处的振动传到P点时,P点第一次达到波峰.根据波形的平移求出从t=0时刻起到P点第一次达到波峰时所经历的时间,分析O点的位移,求解路程. (2)由波速和时间求出波传播的距离,研究与波长的关系,根据波形的平移确定波的传播方向.
解答:解:由图象知,λ=2m,A=2cm. (1)若波向右传播,则 ①波速v==10m/s,由v=
得:T=0.2s
②当图示时刻x=﹣0.5m处的振动传到P点时,P点第一次达到波峰,此过程波传播的距离s=7.5m
则由t=0到P点第一次到达波峰为止,经历的时间 △t==0.75s=3T.
故O点在t=0时的振动方向沿y轴正方向,经过△t=3T时间,O点振动到波谷,位移y0=﹣2cm
经过的路程S0=?4A=0.3m.
(2)若波速v=20m/s,时间t=0.525s,则波沿x轴方向传播的距离为 x=vt=10.5m=(5+)λ
根据波形的平移可知,波沿x轴负方向传播.
答:(1)若波向右传播,①该列波的周期T=0.2s;②从t=0时刻起到P点第一次达到波峰时止,O点对平衡位置的位移y0及其所经过的路程S0各是﹣2cm、0.3m. (2)波沿x轴负方向传播.
点评:本题是知道两个时刻的波形研究波传播的距离、波速、周期的问题.第(2)问可以根据波的周期性,运用数学知识列出通项式,再确定波的传播方向.
16.如图1所示,质量M=0.6kg的平板小车静止在光滑水平面上.当t=0时,两个质量都是m=0.2kg的小物体A和B(A和B均可视为质点),分别从左端和右端以水平速度v1=5.0m/s和v2=2.0m/s冲上小车,当它们相对于车停止滑动时,没有相碰.已知A、B与车面的动摩擦因数都是0.20,g取10m/s2.求:
(1)车的长度至少是多少? (2)B在C上滑行时对地的位移.
(3)通过分析在图2中所给的坐标系中画出0至4.0s内小车运动的速度v﹣时间t图象.
考点:动量守恒定律;匀变速直线运动的速度与时间的关系;匀变速直线运动的位移与时间的关系.
专题:直线运动规律专题.
分析:(1)以A、B和车组成的系统为研究对象,该系统水平方向动量守恒,根据动量守恒定律列方程求解.
(2)对系统运用功能关系,系统克服摩擦力做的功等于系统动能的减少量,列方程求解即可.
(3)第一阶段:A、B同时在车上滑行时,滑块对车的摩擦力均为μmg,方向相反,车受力平衡而保持不动.当B的速度减为0时,此过程结束,第二阶段:B停止运动后,A继续在车上滑动,物体A与车将有共同速度v,最终做匀速直线运动.根据运动学公式结合牛顿第二定律进行求解.
解答:解:(1)设A、B相对于车停止滑动时,车的速度为v,规定向右为正方向,根据动量守恒定律得:
mv1﹣mv2=(M+2M)v, 得:v=0.6m/s,方向向右.
设A、B在车上相对于车滑动的距离分别为s1和s2,由功能关系得: μmgs1+μmgs2=mv22+mv12﹣(M+2m)v2 得:s1+s2=0.72m 故车长最小为0.72m;
(2)开始A、B相对于车运动时,A对C和B对C的滑动摩擦力等大反向,故C静止. 当B对地速度为0时,B与C相对静止,即B与C有共同速度0.
所以此前B对地位移SB===1m
(3)车的运动分以下三个阶段:
第一阶段:A、B同时在车上滑行时,滑块对车的摩擦力均为,方向相反,车受力平衡而保持不动.当B的速度减为0时,此过程结束.设这段时间内滑块的加速度为a,根据牛顿第二定律:μmg=ma a=μg,
滑块B停止滑动的时间t=
=1.0s
第二阶段:B停止运动后,A继续在车上滑动,设到时刻物体A与车有共同速度v, 则第三阶段:之后,车以速度v做匀速直线运动到为止. 小车运动的速度﹣﹣时间图线如图所示.
答:(1)车的长度至少是0.72m; (2)B在C上滑行时对地的位移为1m.
(3)通过分析在图2中所给的坐标系中画出0至4.0s内小车运动的速度v﹣时间t图象如图.
点评:把动量守恒和能量守恒结合起来求解是常见的问题.此题要求清楚运动过程中能量的转化.以及能够知道小车在整个过程中的运动情况.