题目内容

【题目】利用超声波遇到物体发生反射的特性,可测定物体运动的有关参量.如图所示,1.中仪器A和B通过电缆线相接,B为超声波发射和接收一体化装置,仪器A为B提供超声波信号源,而且能将B接收到的超声波信号进行加工处理,并在荧光屏上显示其波形.固定装置B,并将它对准匀速行驶的小车C,使其每隔固定时间发射一短促的超声波脉冲(如图2中幅度大的波形),而B接收到的由小车C反射回来的超声波经仪器A处理后,显示图2.中幅度较小的波形,发射波滞后的时间已在图2.中标出,其中和为已知量,另外还知道该测试条件下声波在空气中的速度为.根据所给的信息,你能推断出小车运动的方向及速度的大小吗?

【答案】小车C向右运动,并且是匀速的;

【解析】

若小车不动,发射超声波脉冲后到接收回波的时间应恒定,而从图形上看,接收时间正在逐渐增大,而且每相邻的两个增加接收信号时间的间隔相等,由此可知小车C的运动方向与超声波的发射方向一致,即小车C向右运动,并且是匀速的。

要求小车运动的速度大小,可运用运动学中处理追及问题的方法求解.作出小车运动过程示意图,如图乙所示,小车在A处时发出第一个信号,接收到的是在B处反射回的信号,接收到信号时小车已在C处;小车在D处发射下一个信号,接收到的是在E处反射回的信号.由图中的几何关系即可求出车速.

设超声波发射装置启动时小车在A点,其运动速度定义为v,经过,超声波发射第一次脉冲传至B点,此时小车也运动到B点,,再经,超声波返回,此时小车已运动到C点,.

间隔,超声波即将发生第二次脉冲,但在时间内小车已运动至D点,.

经,超声波的第二个脉冲已运动至E点,此时小车也正好运动至E点,.由图中几何关系得

,即

,

所以有.

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