2　波的描述（第1课时　波的图像）练习2021-2022学年物理选择性必修第一册人教版2019（Word含解析）

第三章　机械波
2　波的描述
第1课时　波的图像
基础过关练
题组一　对波的图像的理解
1.如图所示,实线为简谐波在时刻t的图像,虚线为简谐波又经Δt时间后的图像。则下列说法中正确的是 (　　)
A.这列简谐波一定沿x轴正向传播
B.这列简谐波一定沿x轴负向传播
C.实线上的质点a经Δt时间后位于虚线上a1位置
D.实线上的质点a经Δt时间后位于虚线上a2位置
2.(2021上海青浦中学高三上期中)一列简谐横波在均匀介质中沿x轴正方向传播,波速为1 m/s,t=0时刻,该波的波形如图所示,P、Q分别为x=4 m、x=7 m处的质点,此时P质点恰好开始振动,则t=5 s时刻,Q点 (　　)
A.经过平衡位置,向上运动 B.经过平衡位置,向下运动
C.位于波峰位置 D.位于波谷位置
题组二　振动图像和波的图像的比较
3.(2020北京高考适应性测试)一简谐横波沿x轴正方向传播,周期为T,波长为λ。若在x=0处质点的振动图像如图所示,则该波在t=时刻的波形为 (　　)
4.一列简谐波沿x轴正方向传播,某时刻波形图如图甲所示,a、b、c、d是波传播方向上的四个振动质点的平衡位置。如再过个周期,其中某质点继续振动的图像如图乙所示,则该质点是 (　　)
A.a处质点　　　　　　　　　　 B.b处质点
C.c处质点　　　　　　　　　　 D.d处质点
题组三　波的传播方向与质点的振动方向互判
5.(多选)如下的四个图中,用水平箭头表示波的传播方向,用竖直箭头表示质点的振动方向,则正确的波形图是　 (　　)
6.如图所示为一简谐横波在某一时刻的波形图,已知此时质点A正向上运动,如图中箭头所示,由此可断定此横波 (　　)
A.向右传播,且此时质点B正向上运动
B.向右传播,且此时质点C正向下运动
C.向左传播,且此时质点D正向上运动
D.向左传播,且此时质点E正向下运动
7.(2020北京西城高三上期末)一列横波某时刻的图像如图甲所示,图乙表示介质中某质点从该时刻开始一段时间内的振动图像。则有 (　　)
A.若波沿x轴的正方向传播,则图乙可能为K质点的振动图像
B.若波沿x轴的正方向传播,则图乙可能为M质点的振动图像
C.若图乙为L质点的振动图像,则波沿x轴的正方向传播
D.若图乙为N质点的振动图像,则波沿x轴的正方向传播
能力提升练
一、选择题
1.()一列向右传播的横波在某时刻的波形图如图所示,其中质点P、Q到平衡位置的距离相等。波的周期为T。关于P、Q两质点,以下说法正确的是 (深度解析)
A.该时刻质点P的速度在增大
B.该时刻质点Q的加速度在减小
C.再经过,两质点到平衡位置的距离仍相等
D.该时刻两质点的速度相同
2.(2021辽宁高二上统考,)(多选)某次地震中,纵波波速为7 km/s,横波波速为3.2 km/s,地震波频率为10 Hz。M点的观察者在接收到纵波15.3 s后才接收到横波,从横波传到M点的时刻开始计时,图甲为横波引起的M点的振动图像,图乙为t=2T时刻的横波波动图像,则 (　　)
A.震源距离M点约为90 km
B.图甲中时刻,M点速度大小为0
C.该横波沿x轴负方向传播
D.沿横波传播方向距离M点16 km处的N点在5.275 s后将处于波谷
3.(2020浙江台州高三上期末,)(多选)一列波的波源S在O点做竖直方向、频率为10 Hz的简谐运动,t0时刻,向右传播的波形如图所示,向左传播的波形未画出。下列说法正确的是 (　　)
A.t0时刻,x=1 m处的质点运动方向向上
B.t0时刻,x=-2 m处的质点运动方向向上
C.t0+0.175 s时刻,x=-1 m处的质点处在波谷位置
D.t0-0.025 s时刻,x=1 m处的质点处在波峰位置
二、非选择题
4.()(1)如图所示是一列简谐波沿x轴正方向传播的某时刻的波形图,a在正向最大位移处,b恰好处在平衡位置,经过Δt=的时间,关于a、b两个质点所通过的路程的关系,下列说法正确的是 (　　)
A.sa=sb　　　　　　　　　 B.saC.sa>sb　　　　　　　　　 D.以上三种情况都有可能
(2)一列横波在某时刻的波形图如图所示,质点a的运动方向向下,则波的传播方向向　　　　,在此时刻运动方向向上的质点有　　　　,加速度方向向下的质点有　　　　。
5.(2021四川宜宾叙州二中高三上段考,)图甲中的B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波,遇到人体组织时会产生不同程度的反射,探头接收到的超声波信号由计算机处理,从而形成B超图像。图乙为血管探头沿x轴正方向发射的简谐超声波的图像,t=0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为1×107 Hz。求:
(1)血管探头发出的超声波在血管中的传播速度;
(2)0~1.25×10-7 s内质点M的路程;
(3)从t=0时刻到质点N第一次到达波峰所经历的时间。
答案全解全析
基础过关练
1.D　经Δt时间后的波形可能是t时刻的波形向右平移(即波向右传播)得到的,也可能是向左平移(即波向左传播)得到的,根据题意无法判断波的传播方向,A、B错误;波传播方向上的各质点在其平衡位置附近振动,并不随波迁移,C错误,D正确。
2.A　由题图可知波长为4 m,则周期为T== s=4 s,振动由P点传到Q点所用的时间为t=T=3 s,此时Q点开始沿y轴负方向振动,再经过2 s,Q点回到平衡位置开始向上运动,故选A。
3.A　由振动图像可知,x=0处的质点在t=时刻处在平衡位置,且正在向下运动;该简谐横波沿着x轴正方向传播,根据“上坡下,下坡上”的规律可知,只有A图中x=0处的质点正通过平衡位置向下运动,符合要求。
4.D　再过个周期后,a处质点处于波谷,c处质点处于波峰,b处质点处于平衡位置且向下运动,d处质点处于平衡位置且向上运动,所以题图乙是d处质点继续振动的图像,故选D。
5.BC　由“同侧法”可知,表示波的传播方向与质点振动方向的两个箭头在曲线的同侧,正确的是B、C项。
6.C　质点A正向上运动,则可断定波向左传播,质点B、C正向下运动,质点D、E正向上运动,故C正确,A、B、D错误。
7.C　题图乙所示质点在t=0时处在平衡位置且向上运动,那么,由题图甲可得,若波沿x轴负方向传播,题图乙与质点N振动情况一致;若波沿x轴正方向传播,题图乙和质点L振动情况一致,A、B错误。若题图乙为L质点的振动图像,则波沿x轴的正方向传播,C正确。若题图乙为N质点的振动图像,则波沿x轴的负方向传播,D错误。
能力提升练
1.C　波向右传播,则P质点向上运动,可知P质点的速度正在减小,A错误;波向右传播,则Q质点向下运动,可知Q质点的加速度正在增大,B错误;由图可知,P、Q两质点平衡位置的间距是半个波长,故P、Q的振动情况总是相反,再经过,两质点到平衡位置的距离仍相等,该时刻两质点的速度大小相等,方向相反,C正确,D错误。
导师点睛
解答本题的关键是根据波的传播方向判断出质点的振动方向,明确P、Q两质点平衡位置的间距是半个波长,P、Q的振动情况总是相反。
2.AD　设震源与M点的距离为x(km),则-=15.3 s,解得x=90 km,故A正确;图甲中时刻,M点在平衡位置,速度最大,故B错误;由振动图像可知,在t=2T时刻,M点向上振动,由“同侧法”可知该横波沿x轴正方向传播,故C错误;横波的周期为T=0.1 s,横波由M点传到N点的时间t1= s=5 s,再经过0.275 s=2T质点N处于波谷,故D正确。故选A、D。
3.AC　由于波源在O点处,x轴正半轴的波向右传播,则将波形图向右微平移,可知x=1 m处的质点向上运动,故A正确;t0时刻,x=-2 m处的质点与x=2 m处的质点运动方向相同,运动方向向下,故B错误;波的周期为T== s=0.1 s,则从t0到t0+0.175 s时刻,经过了1T,x=-1 m处的质点与x=1 m处的质点的位移相同,处于波谷,故C正确;t0-0.025 s时刻在t0之前T,x=1 m处的质点处于波谷,故D错误。
4.答案　(1)B　(2)x轴负方向　c、d、e　e
解析　(1)根据波的形成和传播规律可知,图中时刻质点b正向上运动,在Δt=时间内,<,因此sa(2)由“带动法”或“微平移法”可知波沿x轴负方向传播;根据波的形成过程中质点的带动特点,可以判断a、b、c、d、e质点的运动方向分别是向下、向下、向上、向上、向上,所以,运动方向向上的质点是c、d、e;位移为正时,加速度为负,则加速度方向向下的质点是e。
5.答案　(1)1.4×103 m/s　(2)2 mm　(3)2×10-7 s
解析　(1)由题图乙知波长λ=14×10-2 mm=1.4×10-4 m
则波速v=λf=1.4×10-4×1×107 m/s=1.4×103 m/s
(2)质点M振动的周期T== s=1×10-7 s
由于1.25×10-7 s=T
所以质点M在0~1.25×10-7 s内运动的路程s=×4A=×4×0.4 mm=2 mm
(3)从t=0时刻到质点N第一次到达波峰所经历的时间t== s=2×10-7 s