《机械波》
一、单选题
1.“地震预警”是指在地震发生以后,抢在地震波传播到设防区域前,向设防区域提前几秒至数十秒发出警报,以减少损失。科研机构对波的特性展开研究,图甲为简谐波在时的波形图,M是此波上的一个质点,平衡位置处于处,图乙为质点M的振动图像﹐则( )
A.该列波沿x轴负方向传播
B.经过一段时间后,质点M将到达处
C.在时,质点M的加速度沿y轴负方向
D.在内,质点M通过的路程为
2.关于下列四幅图片所对应的物理规律,下列说法正确的是( )
A.图1:弹簧振子的周期与振幅有关
B.图2:若把单摆从北京移到赤道上,则单摆的振动频率会增加
C.图3:如图甲为汽车消音器,图乙为其结构简化图,声音从入口进入,经a、b传播后从出口排出,消音原理主要是波的干涉
D.图4:观察者不动,波源S向右运动,相等的时间内,左边观察者接收到波的个数比右边的多
3.一列简谐横波沿x轴传播,图(a)是t=1.0s时的波形图,图(b)是x=3.0m处质点的振动图像,a、b两质点在x轴上平衡位置分别为xa=0.5m、xb=2.5m,下列说法正确的是( )
A.波沿x轴正方向传播
B.波的传播速度为0.5m/s
C.t=1.0s时,a、b两质点加速度方向相反
D.从t=1.0s到t=1.5s,质点a的路程10cm
4.两列相干水波在t=0时刻的叠加情况如图所示,图中的实线表示波峰,虚线表示波谷。波源S1的振动方程为,波源S2的振动方程为,下列说法正确的是( )
A.G处和P处质点的位移始终为零
B.t=0时刻,A、B两处质点的竖直高度差为30cm
C.时,E处的质点到达C点
D.在t=0至t=0.1s时间内,Q处的质点通过的路程为60cm
5.如图甲为一列简谐横波在t=0.2s时的波形图,如图乙为该波上A质点的振动图像。则( )
A.这列波的波速为5m/s
B.这列波沿x轴正向传播
C.若此波遇到另一列简谐波并发生稳定的干涉现象,则所遇到的波的频率为25Hz
D.若该波遇到一障碍物能发生明显的衍射现象,则该障碍物的尺寸可能为20cm
6.两波源分别位于坐标原点和x=14m处,t=0时刻两波源开始起振,t=4s时的波形图如图所示,此时平衡位置在x=4m和x=10m的P、Q两质点刚开始振动,质点M的平衡位置位于x=7m处,质点N的平衡位置位于x=6m处,则( )
A.t=6s时两列波相遇
B.从0到10s内质点N通过的路程为2.4m
C.t=7.5s时质点M的速度在增大
D.t=10s时质点N的振动方向沿y轴负方向
7.一根长的软绳拉直后放置在光滑水平地板上,以绳中点为坐标原点,以绳上各质点的平衡位置为x轴建立图示坐标系。两人在绳端P、Q沿y轴方向不断有节奏地抖动,形成两列振幅分别为、的相向传播的机械波。已知P的波速为。时刻的波形如图所示。下列判断正确的有( )
A.时,在之间(不含两点)绳上一共有5个质点的位移为
B.两列波叠加稳定时之间(不含两点)绳上有10个质点的振幅为
C.两波源的起振方向相同 D.两列波的叠加区域没有稳定干涉图样
二、多选题
8.某机械波在轴上传播,如图所示,实线代表时刻的波形图,虚线代表时的波形图。下列关于这列波的说法中正确的是( )
A.若波沿轴正方向传播,它的周期
B.若波沿轴正方向传播,速度可能为
C.若波沿轴负方向传播,它的周期
D.若波速为,时刻,处质点的位移是0
9.两列机械波在同种介质中相向传播,P、Q为两列波的波源,以P、Q的连线和中垂线为轴建立xOy坐标系,P、Q的横坐标分别为和,时刻的波形如图所示。已知P波的传播速度为5m/s,下列判断正确的是( )
A.两波源P、Q的起振方向相反
B.经过1.4s时间后,O处质点振动的位移为45cm
C.经过足够长的时间,O处质点的振幅为15cm
D.当观察者从O处沿x轴正方向运动时,他接收到Q波的频率大于1.25Hz
10.一列简谐横波在均匀介质中沿x轴传播,t=4s时刻的波形如图甲所示,其中位于横坐标x=5m处的一质点A的振动图像如图乙所示,B是图甲中纵坐标为y=2.5cm的另一质点。下列说法正确的是( )
A.质点A的位移随时间的关系为
B.该横波的传播方向为x轴负方向
C.B点的横坐标为
D.t=7s时B点的位移是2.5cm
11.一列振幅为的简谐横波向右传播,在其传播路径上每隔选取一个质点,如图甲所示,时刻波恰传到质点1,质点1立即开始向上振动,经过时间,所选取的1~9号质点间第一次出现如图乙所示的波形,则下列判断正确的是( )
A.该波的周期为0.4s,波速为4m/s
B.时刻,质点1向下运动
C.时刻,质点8向上运动
D.至内,质点5运动的时间只有0.4s
12.如图所示为一列沿x轴传播的简谐横波在t=0时的波形图,a、b、c分别是平衡位置在8m、16m、18m的三个质点,已知质点b比质点a先回到平衡位置且时间差为0.5s。下列说法中正确的是( )
A.该简谐波的波长为24m
B.该简谐波沿x轴负方向传播,波速为16m/s
C.t=0至t=1.25s时间内,质点a通过的路程为
D.t=0至t=1.25s时间内,质点b通过的路程为42cm
三、解答题
13.一列简谐横波在某介质中沿x轴方向传播,传播速度为,振幅为、某时刻开始计时,时刻介质中的部分波形如图1所示,图2为图1中质点P的振动图像。求:
(1)该波的周期和传播方向;
(2)质点P平衡位置的x坐标;
(3)从到时间内,质点P的运动路程。
14.一简谐横波沿水平绳沿x轴负方向以的波速传播。已知时的波形如图所示,绳上两质点M、N的平衡位置分别是、。从该时刻开始计时,求:
(1)质点N第一次回到平衡位置的时间;
(2)经过多长时间,质点M、N振动的速度相同。
15.一列简谐横波在x轴上传播,在和时,其波形图分别如图中实线和虚线所示。求:
(1)这列波的波长是多少;
(2)这列波可能具有的波速;
(3)当波速为26m/s时,波的传播方向如何(请写明具体判断过程)
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机械波 参考答案:
1.D 【详解】A.由M点的振动图像可知,时质点M沿y轴负向振动,结合波形图可知,该列波沿x轴正方向传播,选项A错误;B.质点只能在自己平衡位置附近振动,而不随波迁移,选项B错误;C.在时,质点M在平衡位置,则加速度为零,选项C错误;D.在内,即经过了质点M到达波谷位置,则通过的路程为
选项D正确。故选D。
2.C【详解】A.图1:弹簧振子的周期,与振子的质量和弹簧的劲度系数有关,与振幅无关,选项A错误;
B.图2:若把单摆从北京移到赤道上,重力加速度减小,根据可知单摆的周期变大,则单摆的振动频率会减小,选项B错误;C.图3:如图甲为汽车消音器,图乙为其结构简化图,声音从入口进入,经a、b传播后从出口排出,因两个路径的路程差等于半波长的奇数倍,使得振动减弱,即消音原理主要是波的干涉,选项C正确;D.图4:观察者不动,波源S向右运动,相等的时间内,左边观察者接收到波的个数比右边的少,选项D错误。故选C。
3.C【详解】A.由图(b)可知,t=1.0s时x=3.0m处质点向上振动,根据上下坡法可知波沿x轴负方向传播,故A错误;
B.由图(a)可知波长为,由图(b)可知周期为,波的传播速度为故B错误;
C.a、b两质点的距离为可知a、b两质点振动步调相反,故t=1.0s时,a、b两质点加速度方向相反,故C正确;D.根据可知从t=1.0s到t=1.5s,质点a振动了,由于t=1.0s时质点a不在平衡位置和位移最大处,则从t=1.0s到t=1.5s,质点a的路程故D错误。故选C。
4.B【详解】A.G和P两处为振动减弱点,振幅为5cm,位移不始终为零,故A错误;B.A和B两处为振动加强点,振幅为15cm,A在波峰,B在波谷,竖直高度差为两个振幅,即30cm,故B正确;C.各处质点只在自己平衡位置附近振动,不随波移动,故C错误;
D.因为Q处质点是振动减弱点,其振幅为5cm,在0.1s的时间内,通过的路程为故D错误。
5.D【详解】A.由图可知,波长为0.2m,周期为0.4s,则故A错误;B.由振动图像可得,0.2s时质点A处于平衡位置且向上运动,根据“上下坡法”可得,波沿x轴负方向传播,故B错误;C.若两列波能发生稳定的干涉现象,其频率相同,根据周期与频率的关系故C错误;D.当障碍物的尺寸和波长相比相差不多或者比波长更小时,即可以发生明显衍射,所以该障碍物的尺寸可能为20cm,故D正确。故选D。
6.B【详解】A.由图可知两列波的波长均为周期为T=4s则波速为,如图波相遇,再运动的时间为所以两列波相遇时则两列波在7s时相遇,故A错误;B.开始计时后左右波两列波传到N点时间差为2s,左边波引起N点路程为时两列波都传到N点后N点振动加强,振幅为2A,后2s路程为1.6m,总路程2.4m。故B正确;C.两列波同时传到M点且起振方向相反,因此M点始终保持静止,故C错误;D.左边的波传播的N点的时间
右边的波传播到N点的时间,此后两列波在N点振动加强,合振幅为0.8m,所以t=10s时质点N经过平衡位置向上运动故D错误。故选B。
7.A【详解】A.t=6s时,两列波都向前传播了12m,波形如图所示
当两列波叠加时,合振动等于两个振动的矢量和,由图象可知,在x=-7m,x=-1m,x=3m处位移都是-10cm,且在6~8m间还有两个点位移是-10cm,因此有5个点位移为-10cm,A正确;
B.振动稳定后,某时刻振动图象图所示
从图中可知,在叠加稳定时两波源间(不含波源)有9个质点的振幅为30cm,B错误;
C.P起振方向沿y轴负方向,而Q起振方向沿y轴正方向,因此起振方向相反,C错误;
D.由于波长波速由介质决定的,因此两列波的速度相等,根据可知,因此两列波的频率均为0.5Hz,叠加区域有稳定干涉图样,D错误。故选A。
8.BD【详解】A.若波沿x轴正方向传播,则由图可知解得周期为当n=0时,T=1.2s,因此它的周期可能为1.2s,故A错误;
B.由图可知,波长,若波沿x轴正方向传播,则速度当n=2时,v=30m/s,故B正确;C.若波沿x轴负方向传播,则由图可知
解得周期为当n=0时,T=0.4s,因此它的周期可能为0.4s,故C错误;
D.若波沿x轴负方向传播,则速度当n=0时,v=10m/s,故波沿x轴负方向传播,且周期为T=0.4s。因t=0时刻,x=1m处质点的位移是0,则t=0.4s时刻,x=1m处质点的位移是0,故D正确。故选BD。
9.AD【详解】A.两波源P、Q的起振方向与波最前端质点的起振方向相同,根据同侧法可知,波源P的起振方向沿y轴负方向,波源Q的起振方向沿y轴正方向,即两波源P、Q的起振方向相反,故A正确;B.经过1.4s时间,波传播的距离则两列的波谷同时到达O点,可知,O处质点振动的位移为-45cm,故B错误;
C.根据对称性可知,两波的波峰与波峰或波谷与波谷同时到达O点,所以两波在O点相遇后,O点振动加强,振幅等于两波振幅之和,振幅为30cm+15cm=45cm故C错误;D.根据图像可知该波的波长则频率当观察者从O处沿x轴正方向运动时,观察者与波源Q相互靠近,根据多普勒效应可知,他接收到Q波的频率大于1.25Hz,故D正确。故选AD。
10.AC【详解】A.该横波的周期为角速度为质点A的位移随时间的关系为y=5sin(t)cm,故A正确B.因t=0时刻,质点A沿y轴正向运动,结合波形图“同侧法”可知该横波的传播方向为x轴正方向,故B错误;
C.波传播速度为由数学知识可知,B点超前x=7m的质点所以B点到x=7m处的距离为,所以有即B点的横坐标为,故C正确;D.该波波速为t=4s到t=7s经历4s,该波沿x轴正向传播3m,此时x=7m处的质点在波峰位置,则B点的位移是故D错误。故选AC。
11.ABD【详解】A.时刻质点1从平衡位置开始向上振动,由图可知时第一次出现如图乙所示的波形,可知经过了0.6s的时间,质点1已经振动了1.5T,即解得波长为
则波速选项A正确;BC.由波形图可知,时刻,质点1向下运动,质点8向下运动,选项B正确,C错误;D.振动从1传到5的时间为则至内,质点5运动的时间只有0.4s,选项D正确。
12.ABD【详解】A.由图可知解得故A正确;B.质点b比质点a先回到平衡位置且时间差为0.5s,则质点b向上振动,由上下坡法可知该简谐波沿x轴负方向传播,且解得则故B正确;
C.该简谐波的圆频率为质点a振动方程为将t=0,ya=-6cm代入可得t=0至t=1.25s时间内,质点a通过的路程为36cm,故C错误;
D.质点b振动方程为t=0至t=1.25s时间内,质点b通过的路程为42cm,故D正确。故选ABD。
13.(1),波沿x轴正方向传播;(2);(3)
【详解】由图1可知,波长为由可得周期为则
即0.71s时刻的波形与0.11s时的波形相同,由图2可知,0.11s之后,质点P向下运动,所以由上下坡法可知,波沿x轴正方向传播。
(2)由图2可知,在经过0.01s,质点P运动到平衡位置,即图1中原点处的波形传播到质点P处,传播距离为所以质点P平衡位置的x坐标为
(3)从到时间为而由图2知,质点P一个周期内路程为位置为5cm,在内的路程为35cm,从到时间内,质点P的运动路程
14.(1);(2)
【详解】(1)机械波在均匀介质中匀速传播,波沿x轴负方向传播,靠近波源一侧平衡位置的振动状态距N点,则
解得
(2)当某质点位于平衡位置时,其两侧“与它平衡位置间距相等的质点”速度相同,平衡位置的振动状态传播到MN中点的距离
由图知,可得经过的时间
15.(1);(2)见解析;(3)波沿x轴正向传播,依据见解析
【详解】(1)由图知这列波的波长
(2)若波沿x轴正向传播,则
(n=0,1,2,3……)又则波速(n=0,1,2,3……)
若波沿x轴负向传播,则(n=0,1,2,3……)
又则波速(n=0,1,2,3……)
(3)当n=3时,有故当波速为26m/s时,波沿x轴正向传播