Контрольные работы по физике — 1 полугодие

Контрольная работа №1

(10 класс) Механика

Вариант №1

1          На рычаг, находящийся в равновесии,  действуют силы F1 = 10 Н и  F2 = 4 Н (см. рисунок). С какой силой рычаг давит на опору? Массой рычага пренебречь.

1)14                                 2)10 Н             3)6 Н               4)4 Н

2.   На движущееся тело массой 2 кг начала действовать постоянная тормозящая сила. Величина импульса этой силы к моменту остановки тела составила 4 Н ⋅ с.  Какой была скорость тела в момент начала торможения?

1)2 м/с                  2)0,5 м/с         3)8 м/с            4)1 м/с

3. Тело движется по оси x. По графику зависимости проекции скорости тела υx от времени t установите, какой путь прошло тело  за время от t1 = 0 до t2 = 4 c.

1)10 м          2)15 м             3)45 м             4)20 м

4.

Два маленьких шарика массой m каждый притягиваются друг к другу с силой F. Расстояние между центрами шариков равно r. Каков модуль сил гравитационного притяжения друг к другу двух других шариков, если масса одного 2m, масса другого m/2, а расстояние между их центрами r/2?

1)4F                2)2F                3)F/2               4)F/4

 

5. Пружина под действием груза, подвешенного к ней, удлинилась на 2 см. Этот же груз подвесили к пружине с вдвое большей жёсткостью. Удлинение второй пружины оказалось равным

1)1 см              2)2 см             3)0,5 см          4)4 см

 

6.Навстречу друг другу летят шарики из пластилина. Модули их импульсов равны  соответственно 5×10

–2 кг×м/с и 3×10–2 кг×м/с. Столкнувшись, шарики слипаются. Импульс слипшихся шариков равен

1)8×10–2 кг×м/с      2)4×10–2  кг×м/с       3)2×10–2 кг×м/с         4)√34 ×10–2 кг×м/с

7. Тело массой 1 кг, брошенное с уровня земли вертикально вверх, упало обратно. Перед ударом о землю оно имело кинетическую энергию 200 Дж. С какой скоростью тело было брошено вверх? Сопротивлением воздуха пренебречь.

1)10  м/с               2)20 м/с          3)30 м/с          4)40 м/с

8. На рисунке изображена поперечная волна, распространяющаяся по шнуру, в некоторый момент времени. Расстояние между какими точками равно длине волны?

1)0B                      2)AB               3)0D                4)AD

9. На тело в инерциальной системе отсчета действуют две силы. Какой из векторов, изображенных на правом рисунке, правильно указывает направление ускорения тела в этой системе отсчета?

1)1.1                   2)2            3)3                  4)4

10. Массивный груз, подвешенный к потолку на пружине, совершает вертикальные свободные колебания. Пружина всё время остается растянутой. Как ведут себя потенциальная энергия пружины, кинетическая энергия груза, его потенциальная энергия в поле тяжести, когда груз движется вверх к положению равновесия?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается        2) уменьшается          3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Потенциальная энергия пружины

Кинетическая энергия груза

Потенциальная энергия груза в поле тяжести

11. Установите соответствие между зависимостью проекции скорости тела от времени (все величины выражены в СИ) и зависимостью координаты  этого тела от времени (начальная координата тела равна 0).

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

СКОРОСТЬ                                                              КООРДИНАТА

А)υx=−2          Б)υx=5−t                      1)x=−2t         2)x=−2t2         3)x=5t−0,5t2    4)x=5t+2t2

 

 

 

 

 

Контрольная работа №1

(10 класс) Механика

Вариант №2

1. Ученик выполнял лабораторную работу по исследованию условий равновесия рычага. Результаты, которые он получил, занесены в таблицу:

F1 , Н

l1 , м

F2 , Н

l2, м

30

?

15

0,4

Каково плечо l1 , если рычаг находится в равновесии?

1)1 м         2)0,2 м                        3)0,4 м                        4)0,8 м

2. Два автомобиля движутся по прямому шоссе: первый – со скоростью υ⃗ , второй – со скоростью –4 υ⃗ . Скорость второго автомобиля относительно первого равна

1)–5 υ⃗                        2)–3 υ⃗          3)3 υ⃗             4)5 υ

3.

Искусственный спутник обращается вокруг планеты по круговой орбите радиусом 4000 км со скоростью 3,4 км/с. Ускорение свободного падения на поверхности планеты равно 4 м/с2. Чему равен радиус планеты?

1)2500 км                       2)2800 км      3)3100 км      4)3400 км

4. Шары движутся со скоростями, показанными на рисунке, и при столкновении слипаются. Как будет направлен импульс шаров после столкновения?

1)                        2)                 3)              4)

5. Искусственный спутник обращается вокруг планеты по круговой орбите радиусом 4000 км со скоростью 3,4 км/с. Ускорение свободного падения на поверхности планеты равно 4 м/с

2. Чему равен радиус планеты?

6)2500                               2)2800 км      3)3100 км      4)3400 км

6. Тело брошено вертикально вверх с начальной скоростью 20 м/с. Каков модуль скорости тела через 0,5 с после начала движения? Сопротивление воздуха не учитывать.

1)5 м/с                       2)10 м/с         3)15 м/с         4)20 м/с

 

7. Тело равномерно движется по плоскости. Сила давления тела на плоскость равна 20 Н, сила трения 5 Н. Коэффициент трения скольжения равен

1)0,8                    2)0,25            3)0,75                         4)0,2

8. Мимо рыбака, сидящего  на пристани, прошло 5 гребней волны за 10 с. Каков период колебаний поплавка на волнах?

1)5 с                     2)50 с             3)2 с               4)0,5 с

 

9. На рисунке показан профиль бегущей волны в некоторый момент времени. Разность фаз колебаний точек 1 и 3 равна

1)2π         2)π      3)      4)

10. Камень брошен вверх под углом к горизонту. Сопротивление воздуха пренебрежимо малó. Как меняются с набором высоты модуль ускорения камня, его потенциальная энергия в поле тяжести и горизонтальная составляющая его скорости?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)

увеличивается

2)

уменьшается

3)

не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Модуль ускорения камня

Потенциальная энергия камня

Горизонтальная составляющая скорости камня

 

11. С вершины наклонной плоскости из состояния покоя скользит с ускорением лёгкая коробочка, в которой находится груз массой m(см. рисунок). Как изменятся время движения, ускорение и модуль работы силы трения, если с той же наклонной плоскости будет скользить та же коробочка с грузом массой ?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится

2) уменьшится

3) не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Время движения

Ускорение

Модуль работы силы трения

 

 

 

Контрольная работа №2

 Молекулярная физика. Термодинамика. (10 класс)

Вариант №1

1.      Как изменяется внутренняя энергия вещества при его переходе из газообразного состояния в жидкое при постоянной температуре и постоянном давлении?

1)уменьшается          2)увеличивается 3)у разных веществ по-разному 4)остается постоянной

2.      На нагревание текстолитовой пластинки массой 0,2 кг от 30°С  до  90°С потребовалось затратить 18 кДж энергии. Какова удельная теплоёмкость текстолита?

1)0,75 кДж/(кг*К)   2)1 кДж/(кг*К)           3)1,5 кДж/(кг*К)       4)3 кДж/(кг*К)

3.      В герметично закрытом сосуде находится одноатомный идеальный газ. Как изменится внутренняя энергия газа при понижении его температуры?

1)увеличится             2)уменьшится           3)увеличится или уменьшится в зависимости от давления газа в сосуде         4)не изменится

4.      На Тр-диаграмме показан процесс изменения состояния идеального неизменной массы одноатомного газа. Газ совершил работу, равную 5 кДж. Количество теплоты, полученное газом, равно

                 1)0 кДж                     2)3 кДж          3)3,5 кДж       4)5 кДж

5.      У теплового двигателя, работающего по циклу Карно,  температура нагревателя – 500 К, а температура холодильника – 300 К. Рабочее тело за один цикл получает от нагревателя 40 кДж теплоты. Какую работу совершает при этом рабочее тело двигателя?

1)1,6 кДж                   2)35,2 кДж                 3)3,5 кДж                   4)16 кДж

 

6.      Внутренняя энергия идеального газа в запаянном сосуде постоянного объема определяется

1)хаотическим движением молекул газа              2)движением всего сосуда с газом

3)взаимодействием сосуда с газом и Земли         4)действием на сосуд с газом внешних сил

 

7.      На рисунке показаны графики четырех  процессов изменения состояния идеального газа. Изохорным охлаждением является процесс

        1)а                  2)б                  3)в                   4)г

8.       Как изменится давление разреженного одноатомного газа, если абсолютная температура газа уменьшится в 3 раза, а концентрация молекул увеличится в 3 раза?

1)увеличится в 4 раза                      2)увеличится в 2 раза

3)уменьшится в 4 раза                     4)не изменится

 

9.      Газу передали изохорно количество теплоты 300 Дж. Как изменилась его внутренняя энергия в этом процессе?

1)увеличилась на 300 Дж                2)уменьшилась на 300 Дж

3)увеличилась на 600 Дж                4)уменьшилась на 600 Дж

10.  Объём сосуда с идеальным газом уменьшили вдвое, выпустив половину газа  и поддерживая температуру газа в сосуде постоянной. Как изменились в результате этого давление газа в сосуде, его плотность и внутренняя энергия?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)

увеличилась

2)

уменьшилась

3)

не изменилась

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Давление

Плотность

Внутренняя энергия

 

11.  Установите соответствие между процессами в идеальном газе и формулами, которыми они  описываются (– число частиц, p – давление, V – объем, T – абсолютная температура, Q –количество теплоты.) К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ПРОЦЕССЫ

А)Изобарный процесс при N = const

Б)Изотермический процесс при N = const

ФОРМУЛЫ

1) const                 2)const                   3)pV=const                 4)Q=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа №2

 Молекулярная физика. Термодинамика. (10 класс)

Вариант №2

1.      Как изменится давление разреженного одноатомного газа, если абсолютная температура газа уменьшится в   3 раза, а концентрация молекул увеличится в 3 раза?

1)увеличится в 4 раза                     2)увеличится в 2 раза

3)уменьшится в 4 раза                    4)не изменится

2.      Газу передали изохорно количество теплоты 300 Дж. Как изменилась его внутренняя энергия в этом процессе?

1)увеличилась на 300 Дж               2)уменьшилась на 300 Дж

3)увеличилась на 600 Дж              4)уменьшилась на 600 Дж

3.      В жидкостях частицы совершают колебания возле положения равновесия, сталкиваясь с соседними частицами. Время от времени частица совершает «прыжок» к другому положению равновесия. Какое свойство жидкостей можно объяснить таким характером движения частиц?

1)малую сжимаемость                               2)текучесть

3)давление на дно сосуда              4)изменение объема при нагревании

4.       Под микроскопом наблюдают хаотическое движение мельчайших частиц мела в капле растительного масла. Это явление называют

1)диффузией жидкостей                 2)испарением жидкостей

3)конвекцией в жидкости               4)броуновским движением

5.      Максимальный КПД тепловой машины  с температурой нагревателя 227°С и температурой холодильника 27°С равен

1)100                             2)88 %                        3)60 %                        4)40 %

6.      Находясь в цилиндре двигателя, газ получил от нагревателя количество теплоты, равное 10 кДж. Затем он  расширился, совершив работу 15 кДж. В результате всех этих процессов внутренняя энергия газа уменьшилась на

1)5  кДж                      2)10 кДж                    3)15 кДж                    4)25 кДж

7.      Одноатомный идеальный газ в количестве 4 молей поглощает количество теплоты 2 кДж. При этом температура газа повышается на 20 К. Работа, совершаемая газом в этом процессе, равна

1)0,5 кДж                   2)1,0 кДж                   3)1,5 кДж                   4)2,0 кДж

8. Газ переходит из состояния 1 в состояние 2 (см. рисунок). Какую работу совершил газ 
      в этом процессе?

 

1)75         Дж                  2)–75 кДж                  3)45 кДж        4)30 кДж

9. Чтобы рассчитать в равновесном состоянии плотность ρ разреженного газа с известной  молярной массой μ, достаточно знать значение универсальной газовой постоянной и измерить

1)давление газа p и его температуру T                                  2)давление газа p и его объём V

3)температуру газа T и его объём V                                       4)массу газа m и его температуру T

 

 

 

 

10. Одноатомный идеальный газ неизменной массы в изотермическом процессе совершает работу А > 0. Как меняются в этом процессе объем, давление и внутренняя энергия газа?

       К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в     таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

А)объем газа             Б)давление газа        В)внутренняя энергия газа

ИХ ИЗМЕНЕНИЕ

1)увеличивается

2)уменьшается

3)не изменяется

 

11.В ходе адиабатного процесса внутренняя энергия одного моля разреженного гелия   увеличивается. Как изменяется при этом температура гелия, его давление и объём?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)

увеличивается

2)

уменьшается

3)

не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Температура гелия

Давление гелия

Объём гелия

 

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

  • 1 Учебники
  • 2 Механика
    • 2. 1 Кинематика
    • 2.2 Динамика
    • 2.3 Законы сохранения
    • 2.4 Статика
    • 2.5 Механические колебания и волны
  • 3 Термодинамика и МКТ
    • 3.1 МКТ
    • 3.2 Термодинамика
  • 4 Электродинамика
    • 4. 1 Электростатика
    • 4.2 Электрический ток
    • 4.3 Магнетизм
    • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
  • 5 Оптика. СТО
    • 5.1 Геометрическая оптика
    • 5.2 Волновая оптика
    • 5.3 Фотометрия
    • 5.4 Квантовая оптика
    • 5. 5 Излучение и спектры
    • 5.6 СТО
  • 6 Атомная и ядерная
    • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
    • 6.2 Ядерная физика
  • 7 Общие темы
  • 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

  1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
  2. разработки уроков, тем;
  3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
  4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны


Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение


Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны


Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО


Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы


Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

16.1 Бегущие волны | University Physics Volume 1

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Описывать основные характеристики волнового движения
  • Дайте определение терминам длина волны, амплитуда, период, частота и скорость волны
  • Объясните разницу между продольными и поперечными волнами и приведите примеры каждого типа
  • Список различных типов волн

В разделе «Осцилляции» мы видели, что колебательное движение является важным типом поведения, который можно использовать для моделирования широкого круга физических явлений. Колебательное движение также важно, потому что колебания могут генерировать волны, которые имеют фундаментальное значение в физике. Многие из терминов и уравнений, которые мы изучали в главе о колебаниях, в равной степени применимы к волновому движению ((Рисунок)).

Рисунок 16.2 Из мира возобновляемых источников энергии появился электроэнергетический буй. Хотя существует много версий, эта версия преобразует движение буя вверх-вниз, а также из стороны в сторону во вращательное движение, чтобы вращать электрический генератор, который накапливает энергию в батареях.

Океанская волна, наверное, первое, что приходит на ум, когда вы слышите слово «волна». Хотя эта прибойная волна и океанские волны в целом имеют явное сходство с основными характеристиками волн, которые мы будем обсуждать, механизмы, приводящие в движение океанские волны, очень сложны и выходят за рамки этой главы. Может показаться естественным и даже выгодным применить концепции этой главы к океанским волнам, но океанские волны нелинейны, и простые модели, представленные в этой главе, не объясняют их полностью. (кредит: Стив Юрветсон)

Типы волн

Волна — это возмущение, которое распространяется или перемещается из места, где оно было создано. Существует три основных типа волн: механические волны, электромагнитные волны и волны материи.

Основные механические волны регулируются законами Ньютона и требуют среды. Среда – это вещество, через которое распространяются механические волны, и при деформации среда создает упругую возвращающую силу. Механические волны передают энергию и импульс, но не переносят массу. Некоторыми примерами механических волн являются водяные волны, звуковые волны и сейсмические волны. Средой для водных волн является вода; для звуковых волн средой обычно является воздух. (Звуковые волны могут распространяться и в других средах; мы рассмотрим это подробнее в разделе «Звук».) Что касается поверхностных волн, то возмущение возникает на поверхности воды, возможно, вызванное камнем, брошенным в пруд, или пловец неоднократно брызгает на поверхность. Для звуковых волн возмущение представляет собой изменение давления воздуха, возможно, создаваемое колеблющимся конусом внутри динамика или вибрирующим камертоном. В обоих случаях возмущение представляет собой колебание молекул жидкости. В механических волнах энергия и импульс передаются вместе с движением волны, тогда как масса колеблется вокруг точки равновесия. (Мы обсуждаем это в разделе «Энергия и мощность волны».) Землетрясения генерируют сейсмические волны из-за нескольких типов возмущений, включая возмущение поверхности Земли и возмущения давления под поверхностью. Сейсмические волны проходят через твердые тела и жидкости, из которых состоит Земля. В этой главе мы сосредоточимся на механических волнах. 9{8}\,\text{м/с}. [/latex] Например, свет от далеких звезд проходит через космический вакуум и достигает Земли. Электромагнитные волны имеют некоторые характеристики, похожие на механические волны; они более подробно описаны в книге «Электромагнитные волны» во втором томе этого текста.

Волны материи являются центральной частью раздела физики, известного как квантовая механика. Эти волны связаны с протонами, электронами, нейтронами и другими элементарными частицами, встречающимися в природе. Теория о том, что все типы материи обладают волновыми свойствами, была впервые предложена Луи де Бройлем в 1919 г.24. Волны материи обсуждаются в книге «Фотоны и волны материи» в третьем томе этого текста.

Механические волны

Механические волны обладают характеристиками, общими для всех волн, такими как амплитуда, длина волны, период, частота и энергия. Все волновые характеристики можно описать с помощью небольшого набора основополагающих принципов.

Простейшие механические волны повторяются в течение нескольких циклов и связаны с простым гармоническим движением. Эти простые гармонические волны можно смоделировать, используя некоторую комбинацию функций синуса и косинуса. Например, рассмотрим упрощенную поверхностную волну, которая движется по поверхности воды, как показано на (рис. ). В отличие от сложных океанских волн, в поверхностных волнах среда, в данном случае вода, движется вертикально, колеблясь вверх и вниз, тогда как возмущение волны движется через среду горизонтально. На (рис.) волны заставляют чайку двигаться вверх и вниз в простом гармоническом движении по мере того, как гребни и впадины волн (пики и впадины) проходят под птицей. Гребень — самая высокая точка волны, а впадина — самая низкая часть волны. Время одного полного колебания возвратно-поступательного движения равно периоду волны 9{-1}. [/latex]

Длина волны называется длиной волны и обозначается греческой буквой лямбда [латекс] (\лямбда ) [/латекс], которая измеряется в любой удобной единице длины, например сантиметр или метр. Длина волны может быть измерена между любыми двумя подобными точками среды, имеющими одинаковую высоту и одинаковый наклон. На (рисунке) длина волны показана измеренной между двумя гребнями. Как сказано выше, период волны равен времени одного колебания, но он также равен времени прохождения одной длины волны через точку на пути волны.

Амплитуда волны ( A ) является мерой максимального смещения среды от ее положения равновесия. На рисунке пунктирной линией показано положение равновесия, которое представляет собой высоту воды, если бы по ней не двигались волны. В этом случае волна симметрична, гребень волны находится на расстоянии [латекс] \text{+}A [/латекс] над положением равновесия, а впадина – на расстоянии [латекс] \текст{−}А. [/latex] ниже положения равновесия. Единицами амплитуды могут быть сантиметры, метры или любые другие удобные единицы расстояния.

Рисунок 16.3 Идеализированная поверхностная волна проходит под чайкой, которая качается вверх и вниз в простом гармоническом движении. Волна имеет длину волны [латекс]\лямбда[/латекс], которая представляет собой расстояние между соседними одинаковыми частями волны. Амплитуда А волны – это максимальное смещение волны от положения равновесия, которое показано пунктирной линией. В этом примере среда движется вверх и вниз, а возмущение поверхности распространяется параллельно поверхности со скоростью v.

Водяная волна на рисунке движется через среду со скоростью распространения [латекс] \overset{\to }{v}. [/latex] Величина скорости волны — это расстояние, которое волна проходит за заданное время, что составляет одну длину волны за время одного периода, а скорость волны — это величина скорости волны. В форме уравнения это

[латекс] v=\frac{\lambda }{T}=\lambda f. [/latex]

Это фундаментальное соотношение справедливо для всех типов волн. Для волн на воде v – скорость поверхностной волны; для звука v — скорость звука; а для видимого света v — это скорость света.

Поперечные и продольные волны

Мы видели, что простая механическая волна состоит из периодического возмущения, которое распространяется из одного места в другое через среду. На (рис.)(а) волна распространяется в горизонтальном направлении, тогда как среда возмущена в вертикальном направлении. Такая волна называется поперечная волна . В поперечной волне волна может распространяться в любом направлении, но возмущение среды перпендикулярно направлению распространения. Напротив, в продольной волне или продольной волне возмущение параллельно направлению распространения. (Рисунок)(b) показывает пример продольной волны. Величина возмущения равна его амплитуде А и совершенно не зависит от скорости распространения v .

Рис. 16.4 (а) В поперечной волне среда колеблется перпендикулярно скорости волны. Здесь пружина движется вертикально вверх и вниз, а волна распространяется горизонтально вправо. б) В продольной волне среда колеблется параллельно направлению распространения волны. В этом случае пружина колеблется вперед и назад, а волна распространяется вправо.

Простое графическое изображение сечения пружины, показанной на (Рисунок)(b), показано на (Рисунок). (Рисунок) (а) показывает положение равновесия пружины до того, как по ней скатятся какие-либо волны. Точка на пружине отмечена синей точкой. (Рисунок) с (b) по (g) показывают снимки пружины, сделанные с промежутком в одну четверть периода, через некоторое время после того, как пружина колеблется вперед и назад в x — направление на постоянной частоте. Возмущение волны проявляется как сжатие и расширение пружины. Обратите внимание, что синяя точка колеблется вокруг своего положения равновесия на расстоянии A , поскольку продольная волна движется в положительном x -направлении с постоянной скоростью. Расстояние A является амплитудой волны. Положение точки y не меняется при прохождении волны через пружину. Длина волны измеряется в части (d). Длина волны зависит от скорости волны и частоты движущей силы.

Рисунок 16.5 (a) Это простое графическое изображение сечения растянутой пружины, показанное на (Рисунок) (b), представляющее положение равновесия пружины до того, как на пружине возникнут какие-либо волны. Точка на пружине отмечена синей точкой. (b–g) Продольные волны создаются за счет колебаний конца пружины (не показана) вперед и назад вдоль оси x. Продольная волна с длиной волны [латекс]\лямбда[/латекс] движется вдоль пружины в направлении +x со скоростью волны v. Для удобства длина волны измерена в (d). Обратите внимание, что точка на пружине, отмеченная синей точкой, перемещается вперед и назад на расстояние A от положения равновесия, колеблясь вокруг положения равновесия точки.

Волны могут быть поперечными, продольными или их комбинацией. Примерами поперечных волн являются волны на струнных инструментах или поверхностные волны на воде, такие как рябь, движущаяся по пруду. Звуковые волны в воздухе и воде продольные. В звуковых волнах возмущения представляют собой периодические колебания давления, которые передаются в жидкости. Жидкости не обладают заметной прочностью на сдвиг, поэтому звуковые волны в них являются продольными. Звук в твердых телах может иметь как продольную, так и поперечную составляющие, например, в сейсмической волне. Землетрясения генерируют сейсмические волны под поверхностью Земли как с продольными, так и с поперечными компонентами (называемые продольными или продольными волнами и поперечными или поперечными волнами соответственно). Компоненты сейсмических волн имеют важные индивидуальные характеристики, например, они распространяются с разной скоростью. Землетрясения также имеют поверхностные волны, которые похожи на поверхностные волны на воде. Океанские волны также имеют как поперечную, так и продольную составляющие.

Пример

Волна на веревке

Ученик берет веревку длиной 30 м и прикрепляет один конец к стене в кабинете физики. Затем ученик держит свободный конец веревки, сохраняя постоянное натяжение веревки. Затем ученик начинает посылать волны вниз по струне, перемещая конец струны вверх и вниз с частотой 2,00 Гц. Максимальное смещение конца струны 20,00 см. Первая волна достигает стены лаборатории через 6,00 с после ее создания. а) Какова скорость волны? б) Каков период волны? в) Чему равна длина волны?

Стратегия
  1. Скорость волны можно получить, разделив пройденное расстояние на время.
  2. Период волны обратно пропорционален частоте движущей силы.
  3. Длину волны можно определить по скорости и периоду [латекс] v=\lambda \text{/}T. [/латекс]
Решение
  1. Первая волна прошла 30,00 м за 6,00 с:

    [латекс] v=\frac{30.00\,\text{m}}{6.00\,\text{s}}=5.00\frac{\text{m}}{\text{s}}. [/латекс] 9{-1}}=0,50\,\текст{с}. [/латекс]

  2. Длина волны равна произведению скорости на период:

    [латекс] \lambda =vT=5,00\frac{\text{m}}{\text{s}}(0,50\,\text{s})=2,50\,\text{m}. [/латекс]

Значение

Частота волны, создаваемой колеблющейся движущей силой, равна частоте движущей силы.

Проверьте свое понимание

Когда щипают гитарную струну, гитарная струна колеблется в результате волн, проходящих через струну. Колебания струны заставляют молекулы воздуха колебаться, образуя звуковые волны. Частота звуковых волн равна частоте вибрирующей струны. Всегда ли длина звуковой волны равна длине волны на струне?

Показать решение

Пример

Характеристики волны

Поперечная механическая волна распространяется в положительном направлении x через пружину (как показано на (Рисунок)(а)) с постоянной скоростью волны, и среда колеблется между [ латекс] \text{+}A [/latex] и [латекс] \text{−}A [/latex] вокруг положения равновесия. График на (рис.) показывает высоту пружины ( y ) в зависимости от положения ( x ), где x — оси указывают в направлении распространения. На рисунке пунктиром показана высота пружины в зависимости от положения x в [латекс] t=0,00\,\text{s} [/латекс] и волна в [латекс] t=3,00\,\ text{s} [/latex] сплошной линией. а) Определите длину волны и амплитуду волны. б) Найдите скорость распространения волны. в) Вычислите период и частоту волны.

Рис. 16.6 Поперечная волна, показанная в два момента времени.

Стратегия
  1. Амплитуда и длина волны могут быть определены по графику.
  2. Поскольку скорость постоянна, скорость волны можно найти, разделив расстояние, пройденное волной, на время, за которое волна прошла это расстояние.
  3. Период можно найти из [latex] v=\frac{\lambda}{T} [/latex], а частоту из [latex] f=\frac{1}{T}. [/латекс]
Решение
  1. Найдите длину волны на графике, глядя на фиолетовую стрелку на (рис. ). Прочтите амплитуду, посмотрев на зеленую стрелку. Длина волны [латекс] \lambda =8.00\,\text{см} [/латекс], а амплитуда [латекс] A=6.00\,\текст{см}. [/латекс]

    Рисунок 16.7 Характеристики волны, отмеченные на графике ее смещения.

  2. Расстояние, пройденное волной от времени [латекс] t=0.00\,\text{s} [/latex] до времени [латекс] t=3.00\,\text{с} [/latex], можно увидеть на графике . Рассмотрим красную стрелку, которая показывает расстояние, на которое гребень переместился за 3 с. Расстояние [латекс] 8,00\,\text{см}-2,00\,\text{см}=6,00\,\text{см}. [/latex] Скорость

    [латекс] v = \ frac {\ text {Δ} x} {\ text {Δ} t} = \ frac {8,00 \, \ text {cm} -2,00 \, \ text {cm}} {3,00 \, \text{s}-0.00\,\text{s}}=2.00\,\text{см/с}. [/латекс]

  3. Период равен [латекс] T=\frac{\lambda}{v}=\frac{8.00\,\text{см}}{2.00\,\text{см/с}}=4.00\,\text{ s} [/latex] и частота [latex] f=\frac{1}{T}=\frac{1}{4,00\,\text{s}}=0,25\,\text{Гц}. [/латекс]
Значение

Обратите внимание, что длину волны можно найти, используя любые две последовательные одинаковые точки, которые повторяются, имеют одинаковую высоту и наклон. Следует выбрать две точки, наиболее удобные. Смещение также можно найти через любую удобную точку.

Проверьте свое понимание

Скорость распространения поперечной или продольной механической волны может быть постоянной по мере прохождения волнового возмущения через среду. Рассмотрим поперечную механическую волну: скорость среды также постоянна?

Показать решение

Резюме

  • Волна – это возмущение, которое движется от точки происхождения со скоростью волны v .
  • Волна имеет длину волны [латекс] \лямбда [/латекс], которая представляет собой расстояние между соседними одинаковыми частями волны. Скорость и длина волны связаны с частотой и периодом волны соотношением [латекс] v=\frac{\lambda}{T}=\lambda f. [/латекс]
  • Механические волны — это возмущения, распространяющиеся в среде и подчиняющиеся законам Ньютона.
  • Электромагнитные волны представляют собой возмущения электрических и магнитных полей и не требуют среды.
  • Волны материи являются центральной частью квантовой механики и связаны с протонами, электронами, нейтронами и другими фундаментальными частицами, встречающимися в природе.
  • Поперечная волна имеет возмущение, перпендикулярное направлению ее распространения, тогда как продольная волна имеет возмущение, параллельное направлению ее распространения.

Концептуальные вопросы

Приведите один пример поперечной волны и один пример продольной волны, обращая внимание на относительные направления возмущения и распространения волны в каждом из них.

Показать решение

Синусоидальная поперечная волна имеет длину волны 2,80 м. Участку строки в положении x требуется 0,10 с, чтобы переместиться из максимального положения [латекс] y=0,03\,\text{m} [/латекс] в равновесное положение [латекс] y=0 . [/latex] Каковы период, частота и скорость волны?

В чем разница между скоростью распространения и частотой механической волны? Один или оба влияют на длину волны? Если да, то как?

Показать решение

Рассмотрим растянутую пружину, например обтяжку. Растянутая пружина может поддерживать продольные и поперечные волны. Как можно создать поперечные волны на пружине? Как можно создать продольные волны на пружине?

Рассмотрим волну, создаваемую растянутой пружиной, если взять ее за один конец и встряхнуть вверх-вниз. Зависит ли длина волны от расстояния, на которое вы перемещаете руку вверх и вниз?

Показать решение

Синусоидальная поперечная волна возникает на растянутой пружине с периодом T . Каждая секция пружины движется перпендикулярно направлению распространения волны в простом гармоническом движении с амплитудой A . Каждая секция колеблется с тем же периодом, что и волна, или с другим периодом? Если бы амплитуда поперечной волны увеличилась вдвое, а период остался прежним, был бы ваш ответ таким же?

Электромагнитная волна, такая как свет, не требует среды. Можете ли вы привести пример, подтверждающий это утверждение?

Показать решение

Проблемы

Штормы в южной части Тихого океана могут создавать волны, которые достигают побережья Калифорнии, находящегося на расстоянии 12 000 км. За какое время они преодолеют это расстояние, если будут двигаться со скоростью 15,0 м/с?

Волны в бассейне распространяются со скоростью 0,75 м/с. Вы брызгаете водой в одном конце бассейна и наблюдаете, как волна идет к противоположному концу, отражается и возвращается через 30.00 с. Как далеко другой конец бассейна?

Показать решение

Порывы ветра создают на поверхности океана рябь с длиной волны 5,00 см и скоростью распространения 2,00 м/с. Какова их частота?

Сколько раз в минуту лодка качается вверх и вниз на океанских волнах с длиной волны 40,0 м и скоростью распространения 5,00 м/с?

Показать решение

Разведчики в лагере качают веревочный мост, который они только что пересекли, и видят, что гребни волн находятся на расстоянии 8,00 м друг от друга. Если они сотрясают мост два раза в секунду, какова скорость распространения волн? 9{8}\,\text{м/с}) [/latex] космическим кораблем Voyager имеют длину волны 0,120 м. Какова их частота?

Показать решение

Ваше ухо способно различать звуки, поступающие в каждое ухо с разницей всего в 0,34 мс, что полезно для определения источника низкочастотного звука. (а) Предположим, что источник низкочастотного звука находится справа от человека, чьи уши находятся на расстоянии примерно 18 см друг от друга, а скорость генерируемого звука составляет 340 м/с. Каков интервал времени между попаданием звука в правое ухо и попаданием звука в левое ухо? (b) Предположим, что один и тот же человек нырял с аквалангом, а источник низкочастотного звука находился справа от аквалангиста. Каков интервал времени между попаданием звука в правое ухо и попаданием звука в левое ухо, если скорость звука в воде равна 1500 м/с? в) Что важно во временном интервале двух ситуаций?

(a) Сейсмографы измеряют время прихода землетрясений с точностью до 0,100 с. Чтобы определить расстояние до эпицентра землетрясения, геологи сравнивают время прихода S- и P-волн, которые распространяются с разной скоростью. Если в рассматриваемом районе распространяются S- и P-волны со скоростями 4,00 и 7,20 км/с соответственно, то как точно можно определить расстояние до очага землетрясения? b) сейсмические волны от подземных взрывов ядерных бомб могут использоваться для определения местоположения полигона и выявления нарушений запрета на испытания. Обсудите, подразумевает ли ваш ответ на (а) серьезное ограничение такого обнаружения. (Обратите внимание также на то, что неопределенность возрастает, если имеется неопределенность в скорости распространения S- и P-волн.)

Показать решение

Девушка-скаут совершает 10-километровый поход, чтобы заработать значок за заслуги. Во время похода она видит скалу на некотором расстоянии. Она хочет оценить время, необходимое для того, чтобы дойти до скалы. Она знает, что скорость звука составляет примерно 343 метра в секунду. Она кричит и обнаруживает, что эхо возвращается примерно через 2,00 секунды. Если она может пройти 1,00 км за 10 минут, сколько времени ей понадобится, чтобы добраться до скалы?

Инженера по обеспечению качества компании, производящей сковороды, просят квалифицировать новую линейку сковород с антипригарным покрытием. Покрытие должно быть толщиной 1,00 мм. Один из методов проверки толщины заключается в том, что инженер выбирает процент изготовленных кастрюль, снимает покрытие и измеряет толщину с помощью микрометра. Этот метод является разрушающим методом тестирования. Вместо этого инженер решает, что каждая сковорода будет проверена неразрушающим методом. Используется ультразвуковой преобразователь, генерирующий звуковые волны с частотой [латекс] f=25\,\text{кГц}. [/латекс] Звуковые волны проходят через покрытие и отражаются от поверхности раздела между покрытием и металлическим поддоном, а время записывается. Длина волны ультразвуковых волн в покрытии 0,076 мкм. Какое время должно быть зафиксировано, если покрытие имеет правильную толщину (1,00 мм)?

Показать решение

Глоссарий

продольная волна
волна, в которой возмущение параллельно направлению распространения
механическая волна
волна, которая подчиняется законам Ньютона и требует среды
поперечная волна
волна, в которой возмущение перпендикулярно направлению распространения
волна
возмущение, которое движется от своего источника и несет энергию
скорость волны
скорость, с которой движется возмущение; также называется скоростью распространения
скорость волны
величина скорости волны
длина волны
расстояние между соседними одинаковыми частями волны

Бегущие волны

Бегущие волны

Волновой импульс представляет собой возмущение, которое распространяется через среду.

А периодическая волна представляет собой периодическое возмущение, которое движется в среде. Сама среда уходит в никуда. Отдельные атомы и молекулы среды колеблются вокруг своего положения равновесия, но их среднее положение не меняется. Взаимодействуя со своими соседями, они передают часть своей энергии им. Соседние атомы в свою очередь переходят эту энергию своим соседям по линии. Таким образом, энергия транспортируется по всей среде без переноса какой-либо материи.

Анимация справа изображает носитель как ряд частиц, соединенных пружинками. Так как одна отдельная частица возмущена, а затем возвращается в исходное положение, передает возмущение следующему взаимосвязанному частица. Это нарушение продолжает передаваться следующему частица. В результате энергия переносится с одного конца среды на другой конец среды без фактической транспортировки иметь значение. Каждая частица возвращается в исходное положение.

Периодические волны характеризуются частота , длина волны , и их скорость. Частота волны f — это частота колебаний индивидуального атомы или молекулы. Период T = 1/f — это время, за которое определенного атома или молекулы пройти один полный цикл своего движение. Длина волны λ — это расстояние вдоль направления распространение между двумя атомами, которые колеблются в фазе.

В периодическом волны импульс проходит расстояние в одну длину волны λ за время, равное один период T. Скорость v волны может быть выражена через эти количества.

v = λ/T = λf

Соотношение v = λf справедливо для любой периодической волны.

Если отдельные атомы и молекулы в среде движутся с простым гармонического движения, результирующая периодическая волна имеет синусоидальную форму. Мы назовите это гармоническая волна или синусоидальная волна .

Проблема:

Справа показана волна на веревке в момент времени t. Что длина этой волны? Если частота 4 Гц, какая волна скорость?

Решение:

  • Рассуждение:
    Для всех периодических волн v = λ/T = λf.
  • Детали расчета:
    Длина волны λ составляет 3 м. Скорость равна v = λf = (3 м)(4/с) = 12 м/с.
Проблема:

Предположим, что волна воды, входящая в док, имеет скорость 1,5 м/с и длиной волны 2 м. С какой частотой распространяется волна попасть в док?

Решение:

  • Рассуждение:
    Для всех периодических волн v = λ/T = λf.
  • Детали расчета:
    f = v/λ = (1,5 м/с)/(2 м) = 0,75/с = 0,75 Гц.
Проблема:

Сколько раз в минуту лодка качается вверх и вниз на волнах океана? которые имеют длину волны 40,0 м и скорость распространения 5,00 м/с?

Решение:

  • Рассуждение:
    Для всех периодических волн v = λ/T = λf.
  • Детали расчета:
    f = v/λ = (5 м/с)/(40 м) = (0,125/с)*(60 с/мин) = 7,5/мин

Поперечные и продольные волны

Если смещение отдельных атомов или молекулы перпендикулярны направлению распространения волны, волна называется поперечной волной .

Если смещение параллельно направлению движение волны называется продольной волной или волна сжатия .

Поперечные волны могут возникать только в твердых телах, тогда как продольные волны могут распространяться в твердых телах, жидкостях и газах. Поперечный движение требует, чтобы каждая частица увлекала за собой соседние частицы в что он крепко связан. В жидкости это невозможно, т.к. соседние частицы могут легко скользить друг мимо друга. Продольный движение требует только, чтобы каждая частица толкала своих соседей, что может легко происходят в жидкости или газе. Дело в том, что продольные волны возникающие при землетрясении, проходят через центр земли, а поперечные волны не являются одной из причин, по которой Земля считается имеют жидкое внешнее ядро.

Внешняя ссылка: Поперечное и продольное волновое движение


Рассмотрим поперечную гармоническую волну, распространяющуюся в положительное направление х. Гармонические волны представляют собой синусоидальные волны. смещение y частицы в среде задается как функция x и т на

y(x,t) = A sin(kx — ωt + φ)

Здесь k — волновое число , k = 2π/λ, а ω = 2π/T = 2πf — угловая частота волны. φ называется фазовой постоянной .

В фиксированный момент времени t перемещение y изменяется как функция положение x как A sin(kx) = A sin[(2π/λ)x]
Фазовая постоянная φ определяется начальными условиями движение. Если при t = 0 и x = 0 смещение y равно нулю, то φ = 0 или π. Если при t = 0 и x = 0 смещение имеет максимум значение, то φ = π/2. Величина kx — ωt + φ равна называется фаза .

При фиксированном положении x смещение y изменяется в зависимости от время как A sin(ωt) = A sin[(2π/T)t] с удобным выбор происхождения.

Для поперечной гармонической волны y(x,t) = Asin(kx — ωt + φ) мы можем также напишите

y(x,t) = A sin[(2π/λ)x — (2πf)t + φ] = A sin[(2π/λ)(x — λft) + φ],
или, используя λf = v и 2π/λ = k,
y(x,t) = A sin[k(x — vt) + φ].

Эта волна движется в положительном направлении x. Пусть ф = 0. Попробуйте проследить за какой-нибудь точкой на волне, например, за гребнем. Для вершине мы всегда имеем k(x — vt) = π/2. Если время t увеличивается, положение x должно увеличиваться, чтобы сохранить k(x — vt) = π/2.

Для поперечной гармонической волны, распространяющейся в отрицательном x-направление у нас есть

y(x,t) = A sin(kx + ωt + φ) = A sin(k(x + vt) + φ).

Для гребня всегда k(x + vt) = π/2. Если время т увеличивается, позиция x должна уменьшаться, чтобы сохранить k(x + vt) = π/2.

Резюме:
Бегущая волна описывается числом
. y(x,t) = A sin(kx ± ωt + φ) или y(x,t) = A cos(kx ± ωt + φ)

Все, что умножает x, равно k = 2π/λ.
Все, что умножает t, равно ω = 2π/T = 2πf.
v = λf = ω/k = скорость.

Если kx и ωt имеют один и тот же знак, волна распространяется в отрицательном направлении x. Если они имеют противоположные знаки, волна распространяется в положительном направлении x. (Помните, что скорость — это вектор!)

Проблема:

Бегущая волна описывается уравнением y(x,t) = (0,003) cos(20 x + 200 t ), где y и x измеряются в метрах, а t в секундах. Что — амплитуда, частота, длина волны, скорость и направление движения для этого волна?

Решение:

  • Рассуждение:
    Имеем y(x,t) = Asin(kx + ωt), где A = 0,003 м, k = 20 м -1 и ω = 200 с -1 .
  • Детали расчета:
    Амплитуда A = 3 мм, частота f = ω/(2π) = 31,83/с, длина волны λ = 2π/k = 0,314 м, скорость v = λf = ω/k = 10 м/с, направление движения является отрицательным направлением x.

Амплитуда А волны максимальная смещение отдельных частиц из положения равновесия. плотность энергии E/V (энергия на единицу объема) содержится в волне, пропорциональна квадрат его амплитуды.

E/V пропорционально A 2

мощность P или энергия на единицу время, доставляемое волной, если она поглощается, пропорционально квадрату его амплитуда, умноженная на его скорость.

P пропорционально A 2 против

Проблема:

Увеличить мощность волны в 50 раз, во сколько раз Амплитуда должна быть увеличена? (Предположим, что скорость v не зависит от амплитуда.)

Решение:

  • Рассуждение:
    P пропорциональна A 2 .
  • Детали расчета:
    P 2 /P 1 = (A 2 /A 1 ) 2 = 50/1. А 2 = (√50 )*А 1 = 7,07*А 1 .

Внешняя ссылка: Класс физики: Waves


Помехи

Две или более волны, распространяющиеся в одной и той же среде, распространяются независимо друг от друга и могут проходить друг через друга. В областях, где они перекрываются, мы наблюдаем только один нарушение. Мы наблюдаем вмешательство . Когда две или более волны интерферируют, результирующее смещение равно векторная сумма отдельных перемещений. Если две волны с равными амплитуды перекрывают i n фазы, т.