第12章机械波　波动图象 Word版含解析

1.关于机械波,下列说法中正确的是(　A　)
A.机械波的传播过程也是传递能量的过程
B.机械波的频率与波源振动的频率无关
C.机械波不能产生干涉、衍射现象
D.机械波能在真空中传播
解析:机械波的传播过程也是传递能量的过程,选项A正确;机械波的频率与波源振动的频率相同,选项B错误;机械波能产生干涉、衍射现象,选项C错误;机械波不能在真空中传播,只能在介质中传播,选项D错误。
2.下述关于机械波的说法中,正确的是(　B　)
A.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化
B.发生干涉现象时,介质中振动加强的质点,振动的振幅最大,减弱点振幅可能为零
C.在一个周期内,介质的质点所走过的路程等于波长
D.某一频率的声波,从空气进入水中时,波长和频率均增大
解析:产生多普勒效应的原因是振源与观察者之间距离变化,使观察者接收到的波的频率发生了变化,但波源频率并不改变,故选项A错误;发生干涉现象时,介质中振动加强的质点振幅最大,振动减弱的质点振幅最小,若两列波的振幅相等,减弱点的振幅可能为零,故选项B正确;质点做简谐运动时,一个周期内通过的路程等于四倍的振幅,与波长无关,故选项C错误;波速由介质决定,频率由波源决定,当声波从空气进入水中时,频率不变,波速变大,则波长变大,故选项D错误。
3.(多选)水槽中,与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上。振动片做简谐振动时,两根细杆周期性触动水面形成两个波源。两波源发出的波在水面上相遇。在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样。关于两列波重叠区域内水面上振动的质点,下列说法正确的是(　BDE　)
A.不同质点的振幅都相同
B.不同质点振动的频率都相同
C.不同质点振动的相位都相同
D.不同质点振动的周期都与振动片的周期相同
E.同一质点处,两列波的相位差不随时间变化
解析:两根细杆即两个相干波源,不同质点到两个波源的距离不同,因此相对位置不同,加强或削弱的情况不同,因此振幅不同,A错误;两列频率相同的波叠加,任一质点的频率都相同,周期也相同,都等于波源的周期,B,D正确;不同质点距波源位置不同,相位也不同,C错误;同一质点到两波源距离不会改变,相位不变,故两列波的相位差不随时间变化,E正确。
4.(多选)对声波的各种现象,以下说法中正确的是(　BC　)
A.在空房子里讲话,声音特别响,这是声音的共振现象
B.绕正在发声的音叉走一圈,可以听到忽强忽弱的声音,这是声音的干涉现象
C.火车远去时,音调变低
D.把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声,属于声波的衍射现象
解析:在空房子里讲话,声音特别响,是波的叠加现象,故选项A错误;绕正在发声的音叉走一圈,可以听到忽强忽弱的声音,这是因为声音的干涉现象,选项B正确;火车远去时,音调变低,这是多普勒效应,选项C正确;把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声,属于声波在铁轨中的传播,故选项D错误。
5.如图所示,一列简谐横波向右传播,P,Q两质点平衡位置相距0.15 m。当P运动到上方最大位移处时,Q刚好运动到下方最大位移处,则这列波的波长可能是(　B　)
A.0.60 m B.0.30 m C.0.20 m D.0.15 m
解析:由题意,P,Q两质点之间的间距为+nλ=0.15 m,故n=0 时,
λ=0.3 m;n=1时,λ=0.1 m……,选项B正确。
6.(多选)一简谐横波沿x轴正方向传播,在t=时刻,该波的波形图如图a所示,P,Q是介质中的两个质点。图b表示介质中某质点的振动图象。下列说法正确的是(　CDE　)
A.质点Q的振动图象与图b相同
B.在t=0时刻,质点P的速率比质点Q的大
C.在t=0时刻,质点P的加速度的大小比质点Q的大
D.平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图b所示
E.在t=0时刻,质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大
解析:由图b可知,在t=时刻,质点正处于平衡位置沿y轴负方向振动,而从图a可知,质点Q在t=时正处于平衡位置沿y轴正方向运动,平衡位置在坐标原点处的质点正处于平衡位置沿y轴负方向振动,故A错误,D正确;由t=的波形图推知在t=0时刻,质点P位于波谷,速率为零,加速度最大,离开平衡位置的距离最大;质点Q位于平衡位置,速率最大,加速度为零,离开平衡位置的距离为零,故B错误,C,E
正确。
7.(多选)如图所示是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况,以波源S1,S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线)。S1的振幅A1=4 cm,S2的振幅A2=3 cm,则下列说法正确的是(　BD　)
A.质点D是振动减弱点
B.质点A,D在该时刻的高度差为14 cm
C.再过半个周期,质点B,C是振动加强点
D.质点C的振幅为1 cm
解析:由图像可知,D点为两波谷相遇,应该是加强点,选项A错误;此时A点在加强后的最高点,D点在加强后的最低点,由波的叠加可知A,D两点的高度差为14 cm,选项B正确;由于两波的频率相等,叠加后会形成稳定的干涉图像,所以A,D点始终是加强点,B,C点始终是减弱点,选项C错误;质点C为减弱点,振幅为两振幅之差,为1 cm,选项D正确。
8.(多选)简谐横波某时刻的波形如图所示,P为介质中的一个质点,以下说法正确的是(　CD　)
A.若波沿x轴正方向传播,则P质点此时刻速度沿x轴正方向
B.若波沿x轴正方向传播,则P质点此时刻加速度沿y轴正方向
C.再过半个周期时,质点P的位移一定为负值
D.经过一个周期时,质点P通过的路程为4A
解析:波沿x轴正方向传播,质点P速度沿y轴正方向,加速度指向平衡位置,A,B错误;再过半个周期时,质点P位于x轴下方,则位移一定为负值,C正确;经过一个周期时,质点P通过的路程刚好为4A,D正确。
9.如图所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线和虚线分别表示t1=0和t2=0.5 s(T>0.5 s)时的波形。下列选项图中能正确反映t3=
7.5 s时的波形的是(　D　)
解析:由题可知=0.5 s,T=2 s,t3=7.5 s=3T,再由特殊点法可以确定D选项正确。
10.(多选)如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t=0时的波形图,当Q点在t=t0时的振动状态传到P点时,则(　BC　)
A.1 cmB.Q点此时的加速度沿y轴的正方向
C.Q点此时正在波谷位置
D.Q点此时运动到P处
解析:由波沿x轴负方向传播知,当Q点在t=t0时的振动状态传到P点时,波形如图中虚线所示,所以此时1 cm11.(多选)如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波,实线为t=0时刻的波形图,虚线为t=0.6 s时的波形图,波的周期T >0.6 s,则(　AC　)
A.波的周期为0.8 s
B.在t=0.9 s时,P点沿y轴正方向运动
C.经过0.4 s,P点经过的路程为0.4 m
D.在t=0.2 s时,Q点到达平衡位置
解析:由于T >0.6 s,在t=0.6 s内波沿x轴负方向传播λ,即T=
0.6 s,解得T=0.8 s,A正确;由于波沿x轴负方向传播,故t=0.9 s时P点沿y轴负方向运动,B错误;在一个周期内P点完成一个全振动,即其运动路程为4A,而t=0.4 s=0.5T,故P点的运动路程为2A=0.4 m,C正确;由题图可知t=0时,Q点向y轴负方向振动,而波的周期为0.8 s,显然,在t=0.2 s时Q点没有到达平衡位置,D错误。
12.(多选)一列简谐横波沿x轴传播,已知x轴上x1=1 m和x2=7 m处质点的振动图象分别如图1、图2所示,则此列波的传播速率可能是(　BC　)
A.7 m/s B.2 m/s
C.1.2 m/s D.1 m/s
解析:由振动图象可知周期T=4 s,零时刻x1处质点在平衡位置且向下振动,而x2处质点在正的最大位移处。①若沿x轴正向传播,其波形如图所示,x2处质点的平衡位置可能在A1或A2或A3……
则波长有:x2-x1=(n+)λ(n=0,1,2…)
得波速表达式v===(n=0,1,2…)
当n=0时,v=6 m/s,当n=1时,v=1.2 m/s,C正确。
②若沿x轴负向传播,其波形如图所示。
则有x2-x1=(n+)λ(n=0,1,2…)
得v===(n=0,1,2…)
当n=0时,v=2 m/s,当n=1时,v≈0.86 m/s,B正确。
13.(多选)如图所示为某简谐波向x轴正向传播过程中t0=0时刻的波形图,图中质点M,P,N三点的平衡位置分别为xM=0.4 m,xP=0.9 m,
xN=1.4 m。已知该简谐波的传播速度为10 m/s,则以下说法正确的是(　AB　)
A.该机械波的波长为1.2 m
B.t0=0时刻质点M,N的振动速度等大反向
C.经t1=0.1 s,质点M将迁移到t0=0时质点N所在位置
D.t0=0时刻,质点P重力势能最小,动能最小,它的能量转移给P右侧的质点了
解析:由图象直接得出波长为1.2 m,A选项正确;由图象的几何关系可得,M,N两点相对于平衡位置对称,由对称性及图象的斜率可知速度大小相等,方向相反,B选项正确;在机械波传播的过程中波形和能量发生迁移,但质点只在各自的平衡位置两侧做反复运动,不迁移,C选项错误;此题并没有说明机械波是在竖直平面内的,有可能是在水平面内传播的机械波,那么所有质点的重力势能可能相同,D选项错误。
能力提升
14.一列自右向左传播的简谐横波,在t=0时刻的波形图如图所示。已知在t1=0.3 s时刻,P质点首次位于波峰,Q点的坐标是(-3,0),则以下说法正确的是(　D　)
A.这列波的传播速度为0.2 m/s
B.在t=0时刻,质点P向上运动
C.在t1=0.3 s时刻,质点A仍位于波谷
D.在t2=0.5 s时刻,质点Q首次位于波峰
解析:由波形图可知,在t=0时刻,质点P向下运动,选项B错误;因在t1=0.3 s时刻,P质点首次位于波峰,则T=0.3 s,即T=0.4 s,这列波的传播速度为v== m/s=0.1 m/s,选项A错误;在t1=0.3 s时刻,质点A位于平衡位置,选项C错误;当t=0时刻,x=2 cm处的质点位于波峰,此波峰传到Q点的时间为Δt== s=0.5 s,故在t2=0.5 s时刻,质点Q首次位于波峰,选项D正确。
15.如图所示为某时刻从O点同时发出的两列简谐横波在同一介质中沿相同方向传播的波形图,P点在甲波最大位移处,Q点在乙波最大位移处,下列说法中正确的是(　D　)
A.甲的波速小于乙的波速
B.两列波传播相同距离时,乙波所用的时间比甲波的短
C.P点比Q点先回到平衡位置
D.在P质点完成20次全振动的时间内Q质点可完成30次全振动
解析:由两列波在同一介质中传播,波速由介质决定,知波速相同,所以A项错误;因为波速相同,两列波传播相同的距离,所用时间应该是相等的,所以B项错误;从波形图上可知,波长之比为λ甲∶λ乙=3∶2,波速相同,所以周期之比T甲∶T乙=3∶2,Q与P都要再经过周期回到平衡位置,所以Q先回到平衡位置,所以C项错误;根据周期之比,经过相同时间20×T甲=30×T乙,所以D项正确。
16.(多选)如图所示,沿x轴正方向传播的一列横波在某时刻的波形图为一正弦曲线,其波速为200 m/s,下列说法中正确的是(　AD　)
A.从图示时刻开始,质点a比质点b先到平衡位置
B.从图示时刻开始,经过0.01 s质点a通过的路程为0.4 m
C.若此波遇到另一列波并产生稳定的干涉条纹,则另一列波的频率为25 Hz
D.若该波传播中遇到宽约3 m的障碍物能发生明显的衍射现象
解析:横波沿x轴正方向传播,图示时刻b质点的振动方向向下,b要先向下后向上才回到平衡位置,而a直接向下向平衡位置运动,所以从图示时刻开始,质点a比质点b先到平衡位置,A正确;由图读出波长λ=4 m,则波的周期为 T= = s=0.02 s,t=0.01 s=,质点a通过的路程为s=2A=0.1 m,B错误;该列波的频率为f==50 Hz,与其发生干涉的波的频率也为50 Hz,C错误;此波的波长λ=4 m,该波传播中遇到宽约3 m的障碍物能发生明显的衍射现象,D正确。
17.(多选)在某一均匀介质中由波源O发出的简谐横波在x轴上传播,某时刻的波形如图,其波速为5 m/s,则下列说法正确的是(　AB　)
A.此时P(-2 m,0 cm),Q(2 m,0 cm)两点运动方向相同
B.再经过0.5 s质点N刚好在(-5 m,20 cm)位置
C.能与该波发生干涉的横波的频率一定为3 Hz
D.波的频率与波源的振动频率无关
解析:由波的传播方向与质点振动方向的关系可得P,Q两点振动方向均为y轴负方向,所以A正确;由题图知λ=2 m,由v=得T==0.4 s,所以t=0.5 s=1T时,由平移法可得波传播1λ的距离,N处于波峰,B项正确;因该波的频率f==2.5 Hz,所以与频率为3 Hz的横波不满足干涉条件,C错误;因波源振动一个周期波传播一个波长的距离,故波的频率必与波源的振动频率相同,D错误。
18.一列简谐横波,在t=0.6 s时刻的图象如图甲所示,此时,P,Q两质点的位移均为-1 cm,波上A质点的振动图象如图乙所示,则以下说法正确的是(　B　)
A.这列波沿x轴负方向传播
B.这列波的波速是 m/s
C.从t=0.6 s开始,紧接着的Δt=0.6 s时间内,A质点通过的路程是10 m
D.从t=0.6 s开始,质点P比质点Q早0.6 s回到平衡位置
解析:由乙图读出t=0.6 s时刻质点A的速度方向为沿y轴负方向,由甲图判断出波的传播方向为沿x轴正方向,故A错误;由甲图读出该波的波长为λ=20 m,由乙图得周期为T=1.2 s,则波速为v== m/s=
m/s,故B正确;Δt=0.6 s=0.5T,质点做简谐运动时在一个周期内质点A通过的路程是4倍振幅,则经过Δt=0.6 s,A质点通过的路程是s=2A=2×2 cm=4 cm,故C错误;图示时刻质点P沿y轴正方向运动,质点Q沿y轴负方向运动,所以质点P将比质点Q早回到平衡位置。将此图象与正弦曲线进行对比可知,P点的横坐标为xP= m,Q点的横坐标为xQ=m,根据波形的平移法可知质点P比质点Q早回到平衡位置的时间为Δt== s=0.4 s,故D错误。