大学物理期末B卷

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大学物理期末B卷

大学物理期末考试 B卷#

考试时间:120分钟  满分:100分


一、选择题(每小题3分,共30分)#

1. 一质点做直线运动,运动方程为 x=3t+2t3x = 3t + 2t^3(SI单位)。t=2 st = 2\,\text{s} 时,其加速度大小为(  )

A. 6 m/s26\,\text{m/s}^2  B. 12 m/s212\,\text{m/s}^2  C. 18 m/s218\,\text{m/s}^2  D. 24 m/s224\,\text{m/s}^2

【解析】 速度 v=dxdt=3+6t2v = \dfrac{dx}{dt} = 3 + 6t^2,加速度 a=dvdt=12ta = \dfrac{dv}{dt} = 12t。当 t=2 st = 2\,\text{s} 时,a=12×2=24 m/s2a = 12\times 2 = 24\,\text{m/s}^2。注意这是变加速运动,不能直接用匀变速公式。本题选 D。


2. 一质量为 0.5 kg0.5\,\text{kg} 的球以 v1=20 m/sv_1 = 20\,\text{m/s} 垂直击中墙面,以 v2=15 m/sv_2 = 15\,\text{m/s} 反向弹回,接触时间 Δt=0.02 s\Delta t = 0.02\,\text{s}。墙对球的平均冲击力大小为(  )

A. 175 N175\,\text{N}  B. 350 N350\,\text{N}  C. 700 N700\,\text{N}  D. 875 N875\,\text{N}

【解析】 取球初速度方向(朝向墙面)为正方向。初动量 p1=mv1=0.5×20=10 kg⋅m/sp_1 = mv_1 = 0.5\times 20 = 10\,\text{kg}\cdot\text{m/s}。末动量 p2=m(−v2)=0.5×(−15)=−7.5 kg⋅m/sp_2 = m(-v_2) = 0.5\times(-15) = -7.5\,\text{kg}\cdot\text{m/s}。由动量定理:Fˉ⋅Δt=p2−p1=−7.5−10=−17.5\bar{F}\cdot \Delta t = p_2 - p_1 = -7.5 - 10 = -17.5,故 Fˉ=−17.5/0.02=−875 N\bar{F} = -17.5/0.02 = -875\,\text{N}。负号表示方向与初速度相反,大小为 875 N875\,\text{N}。本题选 D。


3. 一质量为 mm、长为 ll 的匀质细杆,绕通过其中心且垂直于杆的轴转动,其转动惯量为(  )

A. 112ml2\dfrac{1}{12}ml^2  B. 13ml2\dfrac{1}{3}ml^2  C. 12ml2\dfrac{1}{2}ml^2  D. ml2ml^2

【解析】 常见匀质刚体转动惯量:细杆绕中心垂直轴 J=112ml2J = \dfrac{1}{12}ml^2;绕端点垂直轴 J=13ml2J = \dfrac{1}{3}ml^2;圆盘绕中心垂直轴 J=12mR2J = \dfrac{1}{2}mR^2;圆环绕中心垂直轴 J=mR2J = mR^2。本题选 A。


4. 某理想气体温度为 27∘C27^\circ\text{C},其分子平均平动动能约为(  )

A. 3.1×10−21 J3.1\times 10^{-21}\,\text{J}  B. 4.1×10−21 J4.1\times 10^{-21}\,\text{J}  C. 6.2×10−21 J6.2\times 10^{-21}\,\text{J}  D. 8.3×10−21 J8.3\times 10^{-21}\,\text{J}

【解析】 热力学温度 T=27+273=300 KT = 27 + 273 = 300\,\text{K}。由温度微观公式 εˉk=32kT=32×1.38×10−23×300=6.21×10−21 J\bar{\varepsilon}_k = \dfrac{3}{2}kT = \dfrac{3}{2}\times 1.38\times 10^{-23}\times 300 = 6.21\times 10^{-21}\,\text{J}。温度相同时,所有理想气体的平均平动动能相同,与分子种类无关。本题选 C。


5. 1 mol 单原子理想气体在等容过程中温度升高 ΔT\Delta T,其吸收的热量为(  )

A. 32RΔT\dfrac{3}{2}R\Delta T  B. 52RΔT\dfrac{5}{2}R\Delta T  C. 72RΔT\dfrac{7}{2}R\Delta T  D. RΔTR\Delta T

【解析】 等容过程 W=0W = 0,由热力学第一定律 Q=ΔE=νCVΔTQ = \Delta E = \nu C_V \Delta T。单原子分子 i=3i = 3,CV=32RC_V = \dfrac{3}{2}R,故 Q=1×32RΔT=32RΔTQ = 1\times \dfrac{3}{2}R\Delta T = \dfrac{3}{2}R\Delta T。等压过程才是 52RΔT\dfrac{5}{2}R\Delta T(单原子)。本题选 A。


6. 一质点做简谐振动,振幅 A=4 cmA = 4\,\text{cm},周期 T=2 sT = 2\,\text{s}。当 t=0t = 0 时,质点位于 x=2 cmx = 2\,\text{cm} 处且向 xx 正方向运动。其振动方程为(  )

A. x=4cos⁡(πt+π/3) cmx = 4\cos(\pi t + \pi/3)\,\text{cm}
B. x=4cos⁡(πt−π/3) cmx = 4\cos(\pi t - \pi/3)\,\text{cm}
C. x=4cos⁡(πt+π/6) cmx = 4\cos(\pi t + \pi/6)\,\text{cm}
D. x=4cos⁡(2πt−π/3) cmx = 4\cos(2\pi t - \pi/3)\,\text{cm}

【解析】 ω=2π/T=π rad/s\omega = 2\pi/T = \pi\,\text{rad/s}。t=0t = 0 时,x0=Acos⁡φ=4cos⁡φ=2x_0 = A\cos\varphi = 4\cos\varphi = 2,得 cos⁡φ=1/2\cos\varphi = 1/2,φ=±π/3\varphi = \pm \pi/3。由 v=−Aωsin⁡(ωt+φ)v = -A\omega\sin(\omega t + \varphi),v0=−4πsin⁡φ>0v_0 = -4\pi\sin\varphi > 0,故 sin⁡φ<0\sin\varphi < 0,因此 φ=−π/3\varphi = -\pi/3(或 5π/35\pi/3)。振动方程为 x=4cos⁡(πt−π/3) cmx = 4\cos(\pi t - \pi/3)\,\text{cm}。本题选 B。


7. 一平面简谐波沿 xx 轴负方向传播,波速 u=0.8 m/su = 0.8\,\text{m/s},t=0t = 0 时刻波形如图,A=0.04 mA = 0.04\,\text{m},λ=0.4 m\lambda = 0.4\,\text{m},且原点处质点向 yy 轴负方向运动。该波的波动表达式为(  )

A. y=0.04cos⁡(4πt−5πx+π/2)y = 0.04\cos(4\pi t - 5\pi x + \pi/2)
B. y=0.04cos⁡(4πt+5πx+π/2)y = 0.04\cos(4\pi t + 5\pi x + \pi/2)
C. y=0.04cos⁡(4πt−5πx−π/2)y = 0.04\cos(4\pi t - 5\pi x - \pi/2)
D. y=0.04cos⁡(4πt+5πx−π/2)y = 0.04\cos(4\pi t + 5\pi x - \pi/2)

【解析】 T=λ/u=0.4/0.8=0.5 sT = \lambda/u = 0.4/0.8 = 0.5\,\text{s},ω=2π/T=4π rad/s\omega = 2\pi/T = 4\pi\,\text{rad/s}。t=0t = 0 时原点 y0=0y_0 = 0 且向负方向运动,由旋转矢量法得 φ0=π/2\varphi_0 = \pi/2。波沿 xx 轴负方向传播,用 t+x/ut + x/u 形式:y=Acos⁡[ω(t+x/u)+φ0]=0.04cos⁡[4π(t+x/0.8)+π/2]=0.04cos⁡(4πt+5πx+π/2)y = A\cos[\omega(t + x/u) + \varphi_0] = 0.04\cos[4\pi(t + x/0.8) + \pi/2] = 0.04\cos(4\pi t + 5\pi x + \pi/2)(m)。本题选 B。


8. 一飞船以 v=0.8cv = 0.8c 相对地面飞行,地面观察者测得飞船长度为 60 m60\,\text{m}。则飞船的固有长度为(  )

A. 48 m48\,\text{m}  B. 60 m60\,\text{m}  C. 75 m75\,\text{m}  D. 100 m100\,\text{m}

【解析】 由长度收缩公式 L=L0/γL = L_0/\gamma,γ=1/1−0.82=1/0.6=5/3\gamma = 1/\sqrt{1-0.8^2} = 1/0.6 = 5/3。已知 L=60 mL = 60\,\text{m},则 L0=γL=(5/3)×60=100 mL_0 = \gamma L = (5/3)\times 60 = 100\,\text{m}。固有长度是物体在相对静止参考系中测得的长度,是最长的长度。本题选 D。


9. 关于卡诺循环,下列说法正确的是(  )

A. 卡诺循环效率与工作物质有关
B. 卡诺循环效率只与高低温热源温度有关
C. 卡诺热机效率总是 100%100\%
D. 实际热机效率可以超过卡诺循环效率

【解析】 卡诺循环效率 η=1−T2/T1\eta = 1 - T_2/T_1,只与高低温热源温度有关,与工作物质无关(B正确,A错误)。除非 T2=0 KT_2 = 0\,\text{K}(不可能),否则效率不可能达到 100%100\%(C错误)。卡诺循环是理论上效率最高的循环,实际热机效率不可能超过同温热源间的卡诺效率(D错误)。本题选 B。


10. 一弦线长 L=1.0 mL = 1.0\,\text{m},两端固定,形成驻波,弦线上有三段(两个波腹之间为一个”段”),波速 u=100 m/su = 100\,\text{m/s}。该驻波的频率为(  )

A. 50 Hz50\,\text{Hz}  B. 100 Hz100\,\text{Hz}  C. 150 Hz150\,\text{Hz}  D. 200 Hz200\,\text{Hz}

【解析】 两端固定的弦形成驻波,两端必须是波节。“三段”即 33 个半波长,L=3λ/2L = 3\lambda/2,故 λ=2L/3=2/3 m\lambda = 2L/3 = 2/3\,\text{m}。频率 ν=u/λ=100/(2/3)=150 Hz\nu = u/\lambda = 100/(2/3) = 150\,\text{Hz}。一般公式:两端固定弦 νn=nu/(2L)\nu_n = nu/(2L),nn 为段数,本题 n=3n=3。本题选 C。


二、填空题(每小题3分,共18分)#

11. 在水平地面上,以初速度 v0v_0、抛射角 θ\theta 斜抛一物体,其水平射程为 R=v02sin⁡(2θ)gR = \dfrac{v_0^2\sin(2\theta)}{g}。当抛射角 θ=\theta = ________ 时,射程最大,最大射程为 ________。

【解析】 R=v02sin⁡(2θ)gR = \dfrac{v_0^2\sin(2\theta)}{g},当 sin⁡(2θ)=1\sin(2\theta) = 1 即 2θ=90°2\theta = 90° 时 RR 最大。故 θ=45°\theta = 45°,Rmax⁡=v02gR_{\max} = \dfrac{v_0^2}{g}。答案为 45°45°(或 π/4\pi/4) 和 v02/gv_0^2/g。

注意:若抛出点与落地点不在同一高度,最大射程对应的抛射角不是 45°45°。


12. 长 LL 的轻绳悬挂小球,从水平位置静止释放,到达最低点时绳中张力为 ________(用 mm、gg 表示)。

【解析】 由机械能守恒:mgL=12mv2mgL = \dfrac{1}{2}mv^2,得 v2=2gLv^2 = 2gL。在最低点,由牛顿第二定律(圆周运动):T−mg=mv2L=m2gLL=2mgT - mg = m\dfrac{v^2}{L} = m\dfrac{2gL}{L} = 2mg。因此 T=3mgT = 3mg。答案为 3mg3mg。

这是单摆的经典结论:最低点张力是重力的3倍。


13. 一水平圆台可绕通过中心的光滑竖直轴转动,圆台质量为 MM、半径为 RR,转动惯量 J=12MR2J = \dfrac{1}{2}MR^2。一质量为 mm 的人站在圆台边缘,初始均静止。若人沿圆台边缘以相对地面速率 vv 匀速行走,则圆台的角速度大小为 ________。

【解析】 人+圆台系统,转轴光滑,无外力矩,角动量守恒。初态 L0=0L_0 = 0。末态:人角动量 L人=mRvL_{人} = mRv(设为正方向),圆台角动量 L台=Jω=12MR2ωL_{台} = J\omega = \dfrac{1}{2}MR^2\omega(方向相反)。由 mRv−12MR2ω=0mRv - \dfrac{1}{2}MR^2\omega = 0,得 ω=2mvMR\omega = \dfrac{2mv}{MR}。答案为 2mvMR\dfrac{2mv}{MR}(方向与人行走方向相反)。


14. 标准状态下(T=273 KT = 273\,\text{K},p=1.01×105 Pap = 1.01\times 10^5\,\text{Pa})某气体平均自由程为 1.0×10−7 m1.0\times 10^{-7}\,\text{m}。若温度不变,压强降为 0.1p0.1p,则新的平均自由程为 ________ m\text{m}。

【解析】 由平均自由程公式 λˉ=kT2πd2p\bar{\lambda} = \dfrac{kT}{\sqrt{2}\pi d^2 p},当 TT 不变时,λˉ∝1/p\bar{\lambda} \propto 1/p。压强降为 0.1p0.1p,则 λˉ2=10λˉ1=10×1.0×10−7=1.0×10−6 m\bar{\lambda}_2 = 10\bar{\lambda}_1 = 10\times 1.0\times 10^{-7} = 1.0\times 10^{-6}\,\text{m}。答案为 1.0×10−61.0\times 10^{-6}(或 10−610^{-6})。

物理图像:压强降低 →\to 分子数密度减小 →\to 碰撞减少 →\to 自由程变长。


15. 一静止的警报器发出频率 ν0=1000 Hz\nu_0 = 1000\,\text{Hz} 的声波,声速 u=340 m/su = 340\,\text{m/s}。一汽车以 v=30 m/sv = 30\,\text{m/s} 向警报器驶来,汽车上的人听到的警报器频率为 ________ Hz。

【解析】 波源静止 vs=0v_s = 0,观察者向波源运动 vo=30 m/sv_o = 30\,\text{m/s}。多普勒效应公式:ν=ν0u+vou=1000×340+30340=1000×370340≈1088 Hz\nu = \nu_0\dfrac{u + v_o}{u} = 1000\times \dfrac{340 + 30}{340} = 1000\times \dfrac{370}{340} \approx 1088\,\text{Hz}。答案为 1088(或约 10881088、10801080)。


16. 电子静质量 m0=9.11×10−31 kgm_0 = 9.11\times 10^{-31}\,\text{kg},被加速到 v=0.9cv = 0.9c。其相对论动能约为 ________ J。(已知 γ≈2.294\gamma \approx 2.294)

【解析】 相对论动能 Ek=(γ−1)m0c2=(2.294−1)×9.11×10−31×(3×108)2=1.294×9.11×10−31×9×1016≈1.06×10−13 JE_k = (\gamma - 1)m_0c^2 = (2.294 - 1)\times 9.11\times 10^{-31}\times (3\times 10^8)^2 = 1.294\times 9.11\times 10^{-31}\times 9\times 10^{16} \approx 1.06\times 10^{-13}\,\text{J}。若用经典公式 Ek=12m0v2E_k = \dfrac{1}{2}m_0v^2,结果仅为相对论值的约 31%31\%,在高速下完全失效。答案为 1.06×10−131.06\times 10^{-13}(或约 1.1×10−131.1\times 10^{-13})。


三、计算题(共52分)#

17.(10分) 一辆汽车以 v0=25 m/sv_0 = 25\,\text{m/s} 的速度行驶,司机发现前方障碍物后以 a=−5 m/s2a = -5\,\text{m/s}^2 刹车。 (1) 求刹车后 4 s4\,\text{s} 末的速度; (2) 求刹车后 8 s8\,\text{s} 内的位移。

【解析】

(1) t=4 st = 4\,\text{s} 时的速度

先求停止时间:令 v=v0+at=0v = v_0 + at = 0,得 t0=25/5=5 st_0 = 25/5 = 5\,\text{s}。

t=4 s<t0t = 4\,\text{s} < t_0,汽车尚未停止。v=25+(−5)×4=25−20=5 m/sv = 25 + (-5)\times 4 = 25 - 20 = 5\,\text{m/s}。

v>0v > 0 说明此时汽车仍在向前运动。

(2) 8 s8\,\text{s} 内的位移

由于汽车在 t0=5 st_0 = 5\,\text{s} 时已停止,之后保持静止。因此”8 s8\,\text{s} 内的位移”实际等于”5 s5\,\text{s} 内的位移”。

用公式 x=v0t+12at2x = v_0t + \dfrac{1}{2}at^2,代入 t=5 st = 5\,\text{s}: x=25×5+12×(−5)×25=125−62.5=62.5 mx = 25\times 5 + \dfrac{1}{2}\times(-5)\times 25 = 125 - 62.5 = 62.5\,\text{m}

易错警示:若直接代入 t=8 st = 8\,\text{s},得 x=25×8−2.5×64=200−160=40 mx = 25\times 8 - 2.5\times 64 = 200 - 160 = 40\,\text{m},这是错误的!因为汽车停止后加速度不再保持 −5 m/s2-5\,\text{m/s}^2。刹车问题必须先判断停止时间。


18.(10分) 光滑水平面上,质量 m1=3 kgm_1 = 3\,\text{kg} 以 v1=4 m/sv_1 = 4\,\text{m/s} 运动,追上质量 m2=1 kgm_2 = 1\,\text{kg} 以 v2=2 m/sv_2 = 2\,\text{m/s} 同向运动,碰撞后粘在一起。求: (1) 碰撞后共同速度; (2) 碰撞过程中损失的机械能。

【解析】

(1) 共同速度

水平面光滑,系统水平方向不受外力,动量守恒。 m1v1+m2v2=(m1+m2)vm_1v_1 + m_2v_2 = (m_1 + m_2)v 3×4+1×2=(3+1)v3\times 4 + 1\times 2 = (3 + 1)v 14=4v⇒v=3.5 m/s14 = 4v \Rightarrow v = 3.5\,\text{m/s}

共同速度为 3.5 m/s3.5\,\text{m/s},方向与原运动方向相同。

(2) 机械能损失

初态动能:Ek1=12m1v12+12m2v22=12×3×16+12×1×4=24+2=26 JE_{k1} = \dfrac{1}{2}m_1v_1^2 + \dfrac{1}{2}m_2v_2^2 = \dfrac{1}{2}\times 3\times 16 + \dfrac{1}{2}\times 1\times 4 = 24 + 2 = 26\,\text{J}

末态动能:Ek2=12(m1+m2)v2=12×4×12.25=24.5 JE_{k2} = \dfrac{1}{2}(m_1 + m_2)v^2 = \dfrac{1}{2}\times 4\times 12.25 = 24.5\,\text{J}

机械能损失:ΔE=Ek1−Ek2=26−24.5=1.5 J\Delta E = E_{k1} - E_{k2} = 26 - 24.5 = 1.5\,\text{J}

损失的机械能转化为内能(形变能、热能等)。


19.(10分) 一质量为 mm、半径为 RR 的匀质圆盘(可视为滑轮)绕水平固定轴转动,轻绳绕在轮缘上,下端挂一质量为 MM 的物体。物体从静止开始下落,不计轴处摩擦。求: (1) 物体的加速度 aa; (2) 绳中张力 TT。

【解析】

设物体下落加速度为 aa(向下),滑轮角加速度为 α\alpha(顺时针),绳中张力为 TT。

对物体 MM 列平动方程(取向下为正): Mg−T=Ma(牛顿第二定律)Mg - T = Ma \quad \text{(牛顿第二定律)}

对滑轮列转动方程(取顺时针为正): TR=Jα(转动定律)TR = J\alpha \quad \text{(转动定律)}

运动学约束(绳不打滑): a=Rα⇒α=aRa = R\alpha \Rightarrow \alpha = \dfrac{a}{R}

联立求解:

由转动方程:T=JαR=JaR2T = \dfrac{J\alpha}{R} = \dfrac{Ja}{R^2}。

匀质圆盘 J=12mR2J = \dfrac{1}{2}mR^2,故 T=12mR2⋅aR2=12maT = \dfrac{\dfrac{1}{2}mR^2\cdot a}{R^2} = \dfrac{1}{2}ma。

代入平动方程: Mg−12ma=Ma⇒Mg=(M+m2)aMg - \dfrac{1}{2}ma = Ma \Rightarrow Mg = \left(M + \dfrac{m}{2}\right)a

a=2M2M+mg\boxed{a = \dfrac{2M}{2M + m}g}

绳中张力: T=12ma=12m⋅2M2M+mg=Mm2M+mgT = \dfrac{1}{2}ma = \dfrac{1}{2}m\cdot \dfrac{2M}{2M + m}g = \boxed{\dfrac{Mm}{2M + m}g}

讨论:若滑轮质量可忽略(m=0m = 0),则 T=0T = 0 且 a=ga = g,这与无滑轮自由落体一致。


20.(10分) 1 mol 单原子理想气体从 p1=2×105 Pap_1 = 2\times 10^5\,\text{Pa}、V1=2×10−3 m3V_1 = 2\times 10^{-3}\,\text{m}^3 绝热膨胀至 V2=4×10−3 m3V_2 = 4\times 10^{-3}\,\text{m}^3。求: (1) 末态压强 p2p_2 和温度 T2T_2; (2) 气体对外做的功。

【解析】

单原子分子 i=3i = 3,γ=Cp/CV=(i+2)/i=5/3\gamma = C_p/C_V = (i+2)/i = 5/3。

(1) 末态压强和温度

由绝热过程方程 p1V1γ=p2V2γp_1V_1^\gamma = p_2V_2^\gamma: p2=p1(V1V2)γ=2×105×(12)5/3≈2×105×0.397=7.94×104 Pap_2 = p_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^\gamma = 2\times 10^5\times \left(\dfrac{1}{2}\right)^{5/3} \approx 2\times 10^5\times 0.397 = 7.94\times 10^4\,\text{Pa}

初温:T1=p1V1νR=2×105×2×10−38.314=4008.314≈48.1 KT_1 = \dfrac{p_1V_1}{\nu R} = \dfrac{2\times 10^5\times 2\times 10^{-3}}{8.314} = \dfrac{400}{8.314} \approx 48.1\,\text{K}。

由 T1V1γ−1=T2V2γ−1T_1V_1^{\gamma-1} = T_2V_2^{\gamma-1}: T2=T1(V1V2)γ−1=48.1×(12)2/3≈48.1×0.63=30.3 KT_2 = T_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{\gamma-1} = 48.1\times \left(\dfrac{1}{2}\right)^{2/3} \approx 48.1\times 0.63 = 30.3\,\text{K}

(2) 对外做功

绝热过程 Q=0Q = 0,由热力学第一定律 W=−ΔE=−νCV(T2−T1)W = -\Delta E = -\nu C_V(T_2 - T_1)。 W=−32×8.314×(30.3−48.1)=−32×8.314×(−17.8)≈222 JW = -\dfrac{3}{2}\times 8.314\times(30.3 - 48.1) = -\dfrac{3}{2}\times 8.314\times(-17.8) \approx 222\,\text{J}

气体对外做功约为 222 J222\,\text{J}(或更精确值 221.7 J221.7\,\text{J})。

物理意义:气体绝热膨胀,对外做功以内能减少为代价,温度降低。


21.(12分) 两相干波源 S1S_1 和 S2S_2 相距 d=3 md = 3\,\text{m},振动频率均为 ν=100 Hz\nu = 100\,\text{Hz},相位相同,振幅均为 A=0.01 mA = 0.01\,\text{m}。波速 u=400 m/su = 400\,\text{m/s}。求: (1) 波长 λ\lambda; (2) S1S2S_1S_2 连线上因干涉而静止的点的位置; (3) 连线上因干涉而加强的点的位置。

【解析】

(1) 波长 λ=uν=400100=4 m\lambda = \dfrac{u}{\nu} = \dfrac{400}{100} = 4\,\text{m}

(2) 干涉静止点(减弱点)

设 S1S_1 在原点 x=0x = 0,S2S_2 在 x=3 mx = 3\,\text{m} 处。考察连线上任意点 PP 坐标为 xx。

  • 当 PP 在 S1S_1 左侧(x<0x < 0):r1=−xr_1 = -x,r2=3−xr_2 = 3 - x,δ=r2−r1=3\delta = r_2 - r_1 = 3。33 不是 λ/2=2\lambda/2 = 2 的奇数倍,无静止点。
  • 当 PP 在 S1S2S_1S_2 之间(0≤x≤30 \le x \le 3):r1=xr_1 = x,r2=3−xr_2 = 3 - x,δ=∣3−2x∣\delta = |3 - 2x|。
  • 当 PP 在 S2S_2 右侧(x>3x > 3):r1=xr_1 = x,r2=x−3r_2 = x - 3,δ=3\delta = 3,无静止点。

静止点满足:∣3−2x∣=(2k+1)λ2=(2k+1)×2|3 - 2x| = (2k + 1)\dfrac{\lambda}{2} = (2k + 1)\times 2。

  • k=0k = 0:∣3−2x∣=2|3 - 2x| = 2 ⇒\Rightarrow 3−2x=23 - 2x = 2 或 3−2x=−23 - 2x = -2,得 x=0.5 mx = 0.5\,\text{m} 或 x=2.5 mx = 2.5\,\text{m}。
  • k=1k = 1:∣3−2x∣=6|3 - 2x| = 6,超出 [0,3][0, 3] 范围。

静止点位置为 x=0.5 mx = 0.5\,\text{m} 和 x=2.5 mx = 2.5\,\text{m}。

(3) 干涉加强点

加强点满足:∣3−2x∣=kλ=4k|3 - 2x| = k\lambda = 4k(k=0,1,2,...k = 0, 1, 2, ...)。

  • k=0k = 0:∣3−2x∣=0|3 - 2x| = 0 ⇒\Rightarrow x=1.5 mx = 1.5\,\text{m}。
  • k=1k = 1:∣3−2x∣=4|3 - 2x| = 4 ⇒\Rightarrow 3−2x=43 - 2x = 4(x=−0.5x = -0.5,舍去)或 3−2x=−43 - 2x = -4(x=3.5x = 3.5,舍去)。

在 S1S2S_1S_2 连线上,只有 x=1.5 mx = 1.5\,\text{m}(中点)为加强点。

验证:中点波程差为零,两波源相位相同,故中点干涉加强。


试卷结束,祝考试顺利!

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大学物理期末B卷
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作者
Boyuan
发布于
2026-07-08
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0
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