AP物理2:波

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例子问题

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例子问题1:

下列哪种电磁波频率最高?

可能的答案:

红外

γ

广播

微波

可见光

正确答案:

γ

解释

波的频率与波中的能量直接相关。电磁波谱中能量最大的波是伽马射线。伽马射线通常是由类星体、超高密度垂死恒星和原子弹爆炸释放出来的,这让你知道了伽马射线所涉及的能量的范围。

例子问题1:

对于开放管道,任何给定时间的波动模式公式可以由傅里叶正弦级数给出,其为无穷和:

是整数,和是管子的长度。每一个单独的值被称为谐波。

二次谐波的角频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

频率,当给出一个正弦或余弦符号的方程时,是括号内的值。对于二次谐波,频率为:

例子问题3:

声波1方程:

声波2方程:

在以下情况下,确定在什么时候两者之间将出现完全的建设性干扰:

可能的答案:

这些都不是

正确答案:

解释

会被破坏性干扰时

使用

插入值:

例子问题1:波干涉与衍射

波干扰是__________当波的振幅加在一起,形成一个更大的波,而它是__________当波浪的振幅相互作用形成一个整体较小的波时。

可能的答案:

毁灭性的……有建设性的

扩散……具有破坏性的

折射……有建设性的

建设性的……具有破坏性的

折射……诽谤的

正确答案:

建设性的……具有破坏性的

解释

当波浪加在一起形成一个更大的波时,想象它们构成了一个大波。另一方面,产生较小波浪的波浪被称为具有破坏性,因为它们相互“破坏”并产生较小的波浪,或者根本没有波浪。

例子问题2:波干涉与衍射

当光__________干扰,结果是__________整体轻,且当轻__________干扰,结果是__________光。

可能的答案:

这些都不是

减法……更明亮……此外……不光明的

破坏性的……更明亮……建设性地……不光明的

此外……更明亮……减法……不光明的

建设性地……更明亮……破坏性的……不光明的

正确答案:

建设性地……更明亮……破坏性的……不光明的

解释

因为光具有波的性质,所以会有干涉。当两个波峰相遇时,这被称为建设性干涉,并导致两个波峰相加,这意味着光变得更亮。当波峰和波谷相遇时,这被称为互消干涉,并导致两者部分或完全相互抵消,使观测到的光不那么明亮。

例子问题3:波干涉与衍射

假设单色光从空气中穿过一块玻璃。当光线穿过玻璃时,会发生折射。以下哪项光的参数不保持不变?

可能的答案:

所有这些参数都保持不变

频率

波长

能源

正确答案:

波长

解释

这个问题描述了这样一个场景:一束单色光从空气中折射到玻璃中。然后我们被要求确定哪个光的参数不会改变。

首先,让我们回顾一下什么是折射。折射是光从一种介质进入另一种介质时发生的现象。在此过程中,光线弯曲。光的这种弯曲是由于光的速度取决于它所传播的介质而变化。

当光穿过空气进入玻璃时,它的速度减慢了。这是因为玻璃的密度比空气大。此外,由于光速是波长和频率的函数,那么这些变量中的一个或两个都必须改变。当波长改变时,频率保持不变。思考这个问题的一种方法是运用能量守恒。如果频率改变了,那么光的能量也会改变。然而,光的能量在折射过程中保持不变。因此,只有波长和速度发生了变化。

因为频率保持不变,我们也知道周期也会保持不变,因为周期就是频率的倒数。同样,如上所述,能量不会改变,因为能量是频率的函数。

例子问题1:多普勒效应

一只蝙蝠以恒定的速度飞向一堵静止的墙.蝙蝠发出一种声音朝向墙壁,然后反射回球棒。如果空气中的声速是蝙蝠听到的声音频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

要回答这个问题,必须意识到我们需要使用多普勒效应的方程。首先,我们需要计算声音传到墙上的频率。然后,我们要计算反射波到达蝙蝠的频率。

多普勒效应方程为:

在第一种情况下,我们将考虑墙壁接收到的频率。在这个场景中,蝙蝠是移动的源,而墙是静止的观察者。因此,上式中的项为0。此外,由于蝙蝠正在向墙壁移动,我们应该期望墙壁接收到的频率为更大的比原来的频率。因此,我们需要在分母中减去源的速度,因为这将导致观测频率的预期增加。

现在我们有了从墙壁反射的频率,我们可以计算出蝙蝠所经历的频率。在这种情况下,墙现在是源头。但是因为它不动,我们可以说多普勒方程中的项是0。同样地,在这种情况下,蝙蝠现在是观察者并且仍然以.同样,因为蝙蝠正在向源移动,那么从概念上讲,我们应该期望蝙蝠观察到的频率大于墙壁反射的频率。为了确保这一点,我们需要添加多普勒方程分子中的项。

例子问题1:多普勒效应

如果一个音乐盒产生一个音调一个男孩正朝八音盒跑去,男孩听到的频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

运动观测器的多普勒效应公式为:

既然男孩正在接近,就要用积极的手势。声速是.把已知的代入公式。

例子问题1:多普勒效应

假设一辆汽车在并产生一个嘎。一个跑步的人走近那辆车。跑步者听到的频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

这个场景涉及移动的源和移动的观察者。

在这种情况下写出正确的多普勒效应公式。

由于观察者和源都在接近,分子上有一个正号分母上有一个负号。声速是.代入所有已知值,求频率。

问题4:多普勒效应

假设有两辆车正朝着另一辆车移动,每辆车的速度都是.如果其中一辆车开始按喇叭,频率为,另一辆车感知到的波长是多少?

可能的答案:

感知到的波长将与源波长相同,因为两辆车正在相互移动

正确答案:

解释

我们被告知有两辆车正在向另一辆车移动,其中一辆车正在以特定的频率发出声音。反过来,另一辆车会感知到不同频率的声音,因为两辆车都在相对移动。因此,我们可以把这个问题归类为一个涉及多普勒效应概念的问题。

由于两辆车正在向对方移动,我们可以得出结论,观测到的频率应该大于源频率。为了使它成立,我们需要加上上面的分子,然后减去分母。

但我们还没有结束。这个问题问的是感知的波长,而不是感知的频率。因此,我们需要使用以下公式将频率转换为波长:

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