弹簧与单摆
- 弹簧振子
- T = 2π·√(m/k)
- 单摆
- T = 2π·√(L/g)
- 角频率
- ω = √(k/m) = 2π/T
- 最大速度和最大加速度
- vmax = A·ω, amax = A·ω²
- 能量
- E = ½·k·A²
公式表、每个专题的关键方法步骤和 4 道练习题,完整解答附在最后。
一个单摆的摆长为 2.3 m。取 g = 9.81 m/s²。求小角度摆动时的周期 T。
一个 2.9 kg 的物体连在 k = 70 N/m 的弹簧上,从平衡位置拉开 19 cm 后释放。 求它的最大速度 vmax。
频率为 300 Hz、速度为 30 m/s 的声源与速度为 5 m/s 的观察者相向运动。声速为 343 m/s。求观察者听到的频率 f′。
两个薄透镜共轴,相距 50 cm:透镜 1 的 f₁ = 12 cm,透镜 2 的 f₂ = −10 cm。一个物体位于透镜 1 前 30 cm 处。求最终像从透镜 2 量起的位置 di2(透镜 2 之后为正,采用实像为正的规定)。
答案: T = 3.042 s
简谐运动:质量为 m 的物体连在劲度系数为 k 的弹簧上,振动的角频率为 ω = √(k/m),周期为 T = 2π/ω = 2π·√(m/k)。摆长为 L 的单摆周期为 T = 2π·√(L/g)。振幅为 A 时,最大速度为 A·ω,最大加速度为 A·ω²,能量为 ½·k·A²。
答案: vmax = 0.9335 m/s
简谐运动:质量为 m 的物体连在劲度系数为 k 的弹簧上,振动的角频率为 ω = √(k/m),周期为 T = 2π/ω = 2π·√(m/k)。摆长为 L 的单摆周期为 T = 2π·√(L/g)。振幅为 A 时,最大速度为 A·ω,最大加速度为 A·ω²,能量为 ½·k·A²。
答案: f′ = 333.5 Hz
驻波与多普勒效应:两端固定的弦或两端开口的管容纳整数个半波长:L = nλ/2,fn = n·v/(2L),n = 1, 2, 3, … 一端封闭的管在封闭端有波节,在开口端有波腹:L = nλ/4,且 n 只能取奇数,fn = n·v/(4L)。当声源或观察者沿两者连线运动时,f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs):相向运动时取上面的符号。两个频率几乎相等的波以 |f₁ − f₂| 的频率产生拍。
答案: di2 = −7.5 cm
几何光学:在界面处,n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂(斯涅尔定律),角度从法线量起,n = c/v。进入传播较慢的介质时,光线向法线偏折。从光密介质 (n₁ > n₂) 射出时,超过临界角 θc = arcsin(n₂/n₁) 后,所有光都被反射:全反射。薄透镜和球面镜服从 1/f = 1/do + 1/di,放大率为 m = −di/do。符号规定:会聚透镜和凹面镜 f > 0 (f = R/2),发散透镜和凸面镜 f < 0;实像 di > 0,虚像 di < 0,倒立的像 m < 0。
ExamProblems · examproblems.com/courses/waves-and-optics