邻水县第二中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-4：2.1机械波的形成和传播 巩固练习（含解析）

2.1机械波的形成和传播
1．一列沿x轴传播的简谐横波，波速大小为10m/s．该波在某时刻的图象如图所示，此时刻质点P沿y轴正方向运动，从该时刻开始计时，下列说法正确的是(
)　　
A．该波沿x轴负方向传播
B．此时刻质点P的速度为零
C．t=1s?时，质点P的位移为10?m
D．t=1.5s?时，质点P的动能最大
2．一列简谐横波沿
x
轴负方向传播，t＝0
时的波形如图所示。t＝0.02s
时，质点
A
第一次到达波峰，则
t＝0.04s
时，质点
A（
）
A．位移为正，向下运动
B．位移为正，向上运动
C．位移为负，向上运动
D．位移为负，向下运动
3．一列波沿绳子传播，绳上有相距3m的P点和Q点，它们的振动图线如图所示．其中实线为P点的图线，虚线为Q点的图线，则该列波的波长和波速的可能值为（　　）
A．6m，20m/s
B．6m，12m/s
C．2m，10m/s
D．2m，12m/s
4．关于波的频率，下列说法中正确的是(
).
A．波的频率与波速有关
B．波由一种介质传到另一种介质时，频率变大
C．波的频率由波源决定，与介质无关
D．以上说法均不正确
5．己知一列横波在某一时刻的波形图，己知
D
点此时的运动方向如图，则(
)
A．波向左传播
B．质点
F
和
H
的运动方向相同
C．质点
B
和
D
的加速度方向相同，而速度方向相反
D．质点
H
比
G
先回到平衡位
6．关于振动和波的关系，下列说法中正确的是　　
A．如果振源停止振动，在介质中传播的波动也立即停止
B．物体作机械振动，一定产生机械波
C．波的速度即为振源的振动速度
D．波在介质中传播的频率，与介质性质无关，仅由振源的振动频率决定
7．一列沿x轴方向传播的简谐横波在t=0时的波形图如图所示，位于坐标原点处的质点经△t
=
0.2s再次回到平衡位置，关于这列波说法正确的是
A．这列波的周期为0.4
s
B．这列波沿x轴正方向传播
C．这列波传播速度为10m/s
D．t=0时位于x=6m处质点加速度沿y轴正方向且最大
E.
经△t=0.2s位于x
=2.5m处质点通过路程为4cm
8．简谐横波在均匀介质中沿直线传播，P、Q
是传播方向上相距
10
m
的两质点，波先传到
P，当波传到
Q
开始计时，P、Q
两质点的振动图像如图所
示（实线为
Q
的振动图像），则（
）
A．质点
P
开始振动的方向沿
y
轴正方向
B．该波从
P
传到
Q
的时间可能为
7
s
C．该波的传播速度可能为
1
m/s
D．该波的波长可能为
1.5
m
9．一列简谐横波沿x轴正方向传播，t时刻波形图如图中的实线所示，此时波刚好传到P点，t＋0.6
s时刻的波形如图中的虚线所示，a、b、c、P、Q是介质中的质点，则以下说法正确的是(
)
A．这列波的波速可能为50
m/s
B．从t＋0.6
s时刻开始，经过0.5T，质点b沿x轴正方向运动20
m
C．质点c在这段时间内通过的路程可能为60
cm
D．若T＝0.8s，则当t＋0.5s时刻，质点b、P的位移不同
10．关于横波和纵波，下列说法正确的是(　　)
A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波
B．质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波
C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部
D．地震波是横波，声波是纵波
11．（选修3-4）在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速v=200m/s，已知t=0时刻，波刚好传播到x=40m处，如图所示．在x=400m处有一接收器（图中未画出），则下列说法正确的是．
A．波源开始振动时方向沿y轴负方向
B．从t=0开始经0.15s，x=40m的质点运动的路程为0.6m
C．接收器在t=2s时才能接受到此波
D．若波源向x轴正方向运动，接收器收到波的频率可能为9Hz
E．若该波与另一列频率为5Hz沿x轴负方向传播的简谐横波相遇，不能产生稳定的干涉图样
12．如图甲所示为一简谐波在t＝0时刻的图象，图乙所示为x＝4m处的质点P的振动图象，则下列判断正确的是_______。
A．这列波的波速是2m／s
B．这列波的传播方向沿x正方向
C．t＝3.5s时P点的位移为0.2m
D．从t＝0时刻开始计时，P点的振动方程为y＝0.2sin（πt＋π）m
E．从t＝0时刻开始计时，P点的振动方程为y＝0.2sin（πt＋）m
13．如图所示，实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t=0时刻的波形图，虚线是这列波在t=0.2s时刻的波形图．则下列说法正确的是____________
A．这列波的周期可能是1.2s
B．这列波的波长为12m
C．这列波可能向左传播4m
D．这列波的波速可能是40m/s
E.t=0时刻x=4m的质点沿x轴正方向运动
14．下图是某绳波形成过程示意图，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。t＝0时质点1开始竖直向上运动，质点振动周期为T。经过四分之一周期，质点5开始运动，此时质点1对其平衡位置的位移为6cm。则当t=时质点5的运动方向为_________，当t=
时质点9运动的路程为_________cm
。
15．如右图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图，已知波的传播速度v＝2
m/s.则x＝0.25
m处质点的振动函数表达式为_____________________cm.
x＝0.25
m处质点在0～4.5
s内通过的路程为_______cm和在t＝4.5
s时的位移_______cm.
参考答案
1．A
【解析】
A．此时质点P沿y轴正方向运动，结合波形图可知，该波沿x轴负方向传播，选项A正确；
B．P点为平衡位置，则其速度最大，故B错误；
C．由图知，波长λ=20m，则波速，则，
t=1s时P点又回到平衡位置，位移为0，故C错误；
D．t=1.5s=，质点P位移为负向最大值处，则其动能为0，故D错误.
2．B
【解析】
t＝0
时刻A点向下振动，因t＝0.02s
时，质点
A
第一次到达波峰，可知，则再经过0.02s，质点A到达平衡位置上方向上振动，故选B.
3．C
【解析】
由图象看出，P、Q两点的振动情况总是相反，则有：，（n=0，1，2，…），得，当n=0时，λ=6m，由图读出，周期为
T=0.2s，对应的波速为：；当n=1时，λ=2m。对应的波速为：。故选C。
4．C
【解析】
AC.波的频率由波源决定，与介质无关，故C正确A错误
B.波从一种介质传到另一种介质时，频率不变，因为由波源决定，B错误
D.根据以上分析，D错误
5．C
【解析】
A.由题，D点此时的运动方向向上，而C点已经到达波峰，说明D点的振动比C点的振动滞后，波向右传播。故A错误。
B.图中，F点的运动方向与D点相同，均向上，而质点H的运动方向向下，所以质点F和H的运动方向相反。故B错误。
C.质点B和D位于各自平衡位置的上方，加速度方向均向下。而B点的速度方向向下，与D点速度方向相反。故C正确。
D.由图可知，质点G直接向上向平衡位置运动，而质点H先向下，后向上向平衡位置运动，则质点G比H先回到平衡位置。故D错误。
6．D
【解析】
振源停止振动时，在介质中传播的波动并不立即停止物体作机械振动，不一定产生机械波波的速度与振源的振动速度不同波在介质中传播的频率，与介质性质无关，仅由振源的振动频率决定．
【详解】
振源停止振动时，由于惯性，其他振动质点并不立即停止振动，所以在介质中传播的波动并不立即停止．故A错误．物体作机械振动，不一定产生机械波，还需要传播振动的介质．故B错误．波在均匀介质中匀速传播，速度不变，而质点的振动速度随时间是周期性变化的，所以波的速度与振源的振动速度不同．故C错误．波在介质中传播的频率等于振源的振动频率，与介质性质无关，仅由振源决定．故D正确．故选D．
7．ADE
【解析】
A．位移坐标原点的质点在t=0时刻正在平衡位置，经过△t=
0.2s再次回到平衡位置，则，可得；故A正确.
B．由波形图无法获得波源的位置以及起振方向，则波的传播方向不确定，可以沿x轴正向或x轴负向；故B错误.
C．根据波形图可读出波长，由；故C错误.
D．由波形图可知t=0时位于x
=6m处质点在波谷处，此时振动的速度为零，加速度最大指向平衡位置，即加速度沿y轴正方向且最大；故D正确.
E．由周期可知，由振动的对称性可知所有质点的路程为两个振幅即为2×2cm=4cm；故E正确.
8．ACD
【解析】
A．因为所有点都重复振源的振动，此时Q刚开始振动，根据Q可以判断振源开始振动方向向上，即P开始振动方向沿y轴正方向向上，A正确
B．根据振动图像可以求得：，而从P传到Q经历，即从P传到Q的时间，，B错误
CD．从P传到Q经历，所以，波长，所以当n=6，波长是1.5m；波速，当n=1时，波速是1m/s，CD正确
9．AC
【解析】
A、由图可知，波的波长为40m；两列波相距，故周期；波速，(n=0，1，2，…),当n=0时，当v=50m/s时，故A正确；
B、质点只能上下振动，不能随波迁移，所以质点b不能沿x轴正方向运动，故B错误；
C、c的路程为60cm说明c振动了1.5个周期，则可有：,即，解得n=1时满足条件，故C正确；
D、在t时刻，因波沿x轴正方向传播，所以此时质点P是向上振动的，经0.5s后，P是正在向下振动（负位移），是经过平衡位置后向下运动0.1s；而质点b是正在向上振动的（负位移），是到达最低点后向上运动0.1s，因为0.2s等于，可见此时两个质点的位移是相同的；故D错误；
故选AC.
10．ABC
【解析】
质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波，选项A正确；质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波，选项B正确；横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部，选项C正确；地震波有横波也有纵波；而声波是纵波，故D错误；
11．ABE
【解析】
波源S开始振动时的方向与图示时刻x=40m处质点的振动方向相同，沿y轴负方向．故A正确．由图读出波长为λ=20m，则该波的周期为
，t=0.15s=1.5T，所以x=40m的质点在t=0.15s时经过的路程为1.5×4A=1.5×0.4m=0.6m．故B正确．波传到接收器所用的时间：
，选项C错误；波的频率为10Hz，若波源向x轴正方向运动，根据多普勒效应可知，接收器接收到波的频率应大于10Hz，不可能为9Hz，选项D错误；波的频率为10Hz，若该波与另一列频率为5Hz沿x轴负方向传播的简谐横波相遇，不能产生稳定的干涉图样，选项E正确；故选ABE.
点睛：本题采用波形的平移法求出P点第一次形成波峰的时间．当波源与接收器间距离变化，将产生多普勒效应．
12．ACD
【解析】由图象可知波长
，周期，则波速，故A正确；t=0时刻P点向-y方向振动，根据走坡法可得波向x负方向传播，故B错误；根据周期性可知，t=3.5s时P点的位移等于t=1.5s时P点的位移，由质点P的振动图象知，t=1.5s，P点的位移为0.2m，故C正确；由图可得，
，初相位为，P点的振动方程为，故D正确E错误．
13．BCD
【解析】从图中可以看出波长等于12m，故A错误；若波向右传播，则
，则（n=0,1,2,3,……）；若波向左传播，则
，则（n=0,1,2,3,……），这列波的周期不可能是1.2s，选项A错误；若波向左传播，则由实线波到虚线波传播的距离为
，档n=0时，
，选项C正确；若波向右传播，根据，当n=0时，T=0.3s，可知
，选项D正确；质点只能在自己平衡位置附近上下振动，不随波迁移，选项E错误；故选BCD.
14．
竖直向上；
18
【解析】经过T时，质点1从平衡位置运动到波峰，此时质点5刚开始振动，由于后一个质点重复前一个质点的振动，由于质点1开始竖直向上振动，故质点5开始振动时也是竖直向上振动．
当
时质点已经振动了时间，而质点在一个周期内通过的路程是4A，则时质点9运动的路程为
S=3A=18cm．
点睛：掌握简谐波传播过程中，“后一个质点重复前一个质点的振动”、“一个周期内质点通过的路程为4A”是解决此类问题的关键所在．
15．
90
cm
【解析】波长λ=2.0m，周期
，振幅A=5cm．
则有：
．
则x=1.0m处质点振动的函数表达式为：y=5sin2πt（cm）．，
则4.5s内路程为：s=4nA=90cm．
x=2.5m处质点在t=0时位移为：y=5cm．
则经过4.5个周期后该质点位移为：
，
即t=4.5s时刻该质点的位移为：y=-2.5cm．
点睛：解决本题的关键知道波速、波长、周期以及圆频率的关系，知道波的周期性，以及知道质点在一个周期内的路程等于4倍的振幅．