康南民族高级中学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 质量检测（含解析）

2.1机械波的形成和传播
1．下列说法中正确的是(　　)
A．振动物体回到平衡位置的过程中，回复力做正功
B．回复力就是振动物体受到的合外力
C．有机械振动必有机械波
D．横波在传播过程中，质点运动方向与波传播方向可相同
2．某横波在介质中沿x轴正方向传播，t=0时刻，O点开始向y轴正方向运动，t=0.2s，O点第一次到达正方向最大位移处，某时刻形成的波形如图所示，下列说法正确的是
。
A．该横波的波速为5m/s
B．质点M与质点N都运动起来后，它们的运动方向总相反
C．从图示时刻开始，再过0.2s的时间内质点M通过的路程为1m
D．在t=2.6s时刻，质点M处于平衡位置，正沿y轴负方向运动
E.
图示波形图可能是t=1.2s时刻的
3．在均匀介质中坐标原点O处有一波源做简谐运动，其表达式为，它在介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻波刚好传播到x=12m处，波形图像如图所示，则
A．此后再经过6s该波传播到x=24m处
B．M点在此后第3s末的振动方向沿y轴正方向
C．波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向
D．此后M点第一次到达y=-3m处所需时间是2s
E.
若x=3m处的N点从图示时刻开始计时，再次回到平衡位置所需要的时间为1.5s
4．一列简谐横波沿x轴传播，波速为5m/s，t＝0时刻的波形如图所示，此时刻质点Q位于波峰，质点P沿y轴负方向运动，经过0.1s质点P第一次到达平衡位置，则下列说法正确的是（　　）
A．这列波的周期是1.2s
B．该波沿x轴正方向传播
C．点P的横坐标为x＝2.5m
D．x＝3.5m处的质点与P点振动的位移始终相反
E.
Q点的振动方程为y＝6cost（cm）
5．关于机械振动与机械波说法正确的是
?
A．机械波的频率等于振源的振动频率
B．机械波的传播速度与振源的振动速度相等
C．机械波在介质中传播的速度由介质本身决定
D．在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离
E.
质点振动的方向总是垂直于波传播的方向
6．如图甲为一列波在t＝2s时的波形图，图乙是平衡位置在x＝1.5
m处的质点的振动图像，P是平衡位置为x＝2
m的质点，下列说法正确的是(　???　)
A．波速为0.5
m/s
B．波的传播方向向右
C．0－2
s时间内，P运动的路程为1m
D．当t＝7
s时，P恰好回到平衡位置
7．2018年10月24日，台湾花莲县附近海域发生的5.7级地震，震源深度为30km。假设该地震中的横波为简谐波，且在地球中传播的速度大小为5km/s，周期为0.016s。某吋刻该波刚好传到Q点如图所示，Q点距离震源O点120m，此刻距离O点50m处的P点速度方向沿y轴负方向，则下列说法中正确的是___________
A．该列波的波长为80m
B．从波源开始振动到波源处的质点迁移到地面需要经过6s
C．Q点开始振动的方向沿y轴正方向
D．从波传到Q处开始计时，经过t=0.02s时Q点加速度最大
E.
从波传到Q处开始计时，经过t=0.01s时P点回到平衡位置
8．如图所示，一列简谐横波正沿直线由左向右传播，传播方向上P、Q两质点相距12m，当P质点完成100次全振动时，Q质点刚好完成98次。若以P顾点开始振动为零时刻，竖直向上为正方向，P质点振动方程为y=4sin(10πt)cm，则
A．这列波的波长为4m
B．Q质点开始振动方向竖直向上
C．这列简谐橫波的速度为30m/s
D．Q质点开始振动时，其左侧5m处质点正在减速运动
E.
t=0.3s时P质点右侧1.5m处质点走过的路程为20cm
9．—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，此时坐标为
（1，0）的质点刚好开始振动，在t1=0.3s时刻，P质点在t=0时刻后首次位于波峰位置，Q点的坐标是（-3，0），则以下说法正确的是（
）
A．这列波的传播速度为0.lm/s
B．在t=0时刻，质点P向上运动
C．在t2=0.4s时刻，质点A具有最大的正向加速度
D．在t3=0.
5s时刻，质点Q首次位于波峰
10．图甲表示一列简谐横波在t=16s时的波形图，图乙是该列波中的质点P的振动图象，由甲、乙两图中所提供的信息可知下列说法正确的是____
A．该波的波长为1.0m
B．该波的的频率是2Hz
C．该波的传播速度为0.
5m/s，速度沿x轴负方向
D．P质点在t
=5.25s时沿y轴负方向运动
E.P质点在任意0.5s内的路程都是0.1cm
11．声音是空气中每秒20至2万次的振动．地球上有声音，是因为振动着的物体把振动传给空气，空气再把振动传播开来，形成声音．所以，存在声音的必要条件有两个：一个是要有声源，一个是要有传播声音的介质，二者缺一不可.1969年7月21日，人类首次登上月球．在月球上，两名宇航员虽然近在咫尺，也只能靠无线电来通话．这是为什么呢？原来，月亮上可以产生振动，但月亮上没有空气，即没有传播声音的介质，所以振源的振动传不出去，当然就听不到声音．请你利用实验室中的器材设计一个实验方案，证明月亮上为什么没有声音．(提示：从波的形成条件上考虑)
12．一列简谐波沿x轴方向传播，t0=0时刻波的图象如图所示，此刻波刚好传播至x1=10m处，在此后2s时间内x1=10m处的质点通过的总路程是20cm。求：
①波沿x轴传播速度v；
②x轴上x2=16m处的质点何时开始振动?开始振动时的方向如何?
13．(12分)如图为一列简谐横波在t1=0时刻的波形图象，此时波中质点M正处于平衡位置，运动方向沿y轴负方向，到t2=0.55s时质点M恰好第三次到达y轴正方向最大位移处.
试求：
（1）该波传播方向；
（2）该波波速大小；
（3）从t1=0到t3=1.2s，波中质点N走过的
路程和相对于平衡位置的位移分别是多少?
14．某同学用单摆作为计时装置来研究水波波长．摆长为0.392m的单摆完成5次全振动时．水波波源完成了8次全振动，某个波峰向前移动了15.7m．取g＝9.8m/s2，π＝3.14．求：
①单摆的周期；
②水波的周期、波长与波速。
参考答案
1．A
【解析】
振动物体回到平衡位置的过程中，回复力的方向指向平衡位置，则回复力做正功，选项A正确；回复力是指使物体回到平衡位置的力，不一定是振动物体受到的合外力，选项B错误；有机械振动，若没有传播振动的介质，也不会有机械波，选项C错误；横波在传播过程中，质点运动方向与波传播方向垂直，选项D错误；故选A.
2．ADE
【解析】
A.由图示波形图可知：波长，O点开始向y轴正方向运动，经，O点第一次到达正方向最大位移处，则，解得：，则，故A正确；
B.质点M与质点N之间的距离不是半个波长的奇数倍，则振动情况不是完全相反，故B错误；
C.在0.2s的时间内质点M通过的路程为，故C错误；
D.横波从O传到M点的时间，在时刻，质点M振动的时间，则此时刻质点M处于平衡位置，正沿y轴负方向运动，故D正确；
E.由波形图可知，此时O点向下振动，则可能经过了的波形图，当时，，故E正确。
3．ABE
【解析】
波的周期，波长λ=8m，波速，则再经过6s，波传播的距离为x=vt=12m，故该波传到x=24m处，故A正确；M点在此时振动方向向下，则第3秒末，即经过了0.75T，该点的振动方向沿y轴正向，故B正确；因波传到x=12m处时，质点向y轴正向振动，故波源开始振动时的运动方向沿y轴正向，故C错误；t=0时M点正向下运动，则M点第一次到达y=-3cm位置时，振动的时间
t＜T/2
=2s，故D错误；若x=3m处的N点从图示时刻开始计时，再次回到平衡位置时波向右传播的距离为3m，则所需要的时间为，选项E正确；故选ABE。
4．ACE
【解析】
根据P点振动方向判断波的传播方向.介质中各个质点的振幅都相同。根据时间与周期的关系，分析P点的坐标.相邻两个波峰或波谷之间的距离等于波长，由图读出波长，并读出振幅，求出周期，写出Q点的振动方程.
【详解】
A、由波形图可知，波长λ=6m，则周期，故A正确；
B、质点P此时刻沿-y轴方向运动，振动比左侧邻近的波峰振动早，所以该波沿x轴负方向传播，故B错误；
C、波沿x轴负方向传播，0.1s内向左传播的距离为?x=vt=5×0.1m=0.5m，由波形平移法知图中x=3m处的状态传到P点，所以P点的横坐标为x=2.5m，故C正确；
D、x=3.5m处的质点与P点相差小于半个波长，所以振动的位移不是始终相反，故D错误；
E、由，题图中Q点的振动方程，故E正确.
故选ACE.
【点睛】
本题根据比较质点振动先后判断波的传播方向，根据周期表示质点的振动方程，要学会应用波形平移法分析此类问题.
5．ACD
【解析】
A、机械波的频率是振源的振动频率，由波源决定的，故A正确；
B、机械波的传播速度与振源的振动速度无关，故B错误；
C、机械波在介质中传播的速度由介质本身决定，故C正确；
D、由可知，在一个周期内，沿波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离，故D正确；
E、波分横波与纵波，纵波的质点振动方向与波的传播方在同一条直线上，横波的质点振动方向与波的传播方向垂直，故E错误；
故选ACD。
6．AD
【解析】
由图甲可知该简谐横波波长为2m，由图乙知周期为4s，则波速为，故A正确；根据图乙的振动图象可知，在x=1.5m处的质点在t=2s时振动方向向下，所以该波向左传播，故B错误；由于t=2s时，质点P在波谷，且2s=0.5T，所以质点P的路程为2A=8cm，故C错误；当t=7s时，△t=5s=1T，P恰好回平衡位置，故D正确。故选AD。
7．ADE
【解析】
A：波的波长，故A项正确。
B：波源处的质点在波源平衡位置附近往复振动并不随波迁移，故B项错误。
C：波由P传到Q所需时间，质点P起振后速度方向沿y轴负方向，则质点P起振方向为y轴负方向。所有点的起振方向相同，则Q点开始振动的方向沿y轴负方向。故C项错误。
D：Q点开始振动的方向沿y轴负方向，从波传到Q处开始计时，经过时，Q点运动到负的最大位移处，则经过t=0.02s时Q点加速度最大。故D项正确。
E：从波传到Q处时，质点P已振动，再经过时，质点P共振动了，P点回到平衡位置。故E项正确。
8．BCE
【解析】
根据P、Q相差两次全振动，以及P质点的振动方程可知，本题考查波的传播，根据P、Q相差两次全振动求解波长，根据P质点的振动方程求解周期，运动公式求解波速，然后根据波的周期性进行分析求解；
【详解】
A、由题可知P、Q之间相差两次全振动，即二者之间的距离为两个波长距离，则，则，故选项A错误；
B、由于后面的质点都是重复前面质点的运动情况，故Q质点开始振动方向与P质点开始振动方向相同，即竖直向上，故选项B正确；
C、由P质点振动方程为可知：，
则周期为：，则波速为：，故选项C正确；
D、由于波长，Q质点开始振动时，其左侧5m处质点正在向平衡位置运动，即正在加速运动，故选项D错误；
E、由于P质点右侧1.5m处质点落于P质点，在内该质点实际振动的时间为：
则该质点通过的路程为：，故选项E正确。
9．ACD
【解析】
由在t1=0.3s时，P质点在t=0时刻后首次位于波峰位置，即可求出周期，根据图象读出波长，从而求出波速，根据t=0时波形如图所示，结合由波的传播方向来确定质点的振动方向。根据时间与周期的关系，分析质点A的运动状态。当图中波峰传到Q点时，Q点第一次到达波谷，进而求出时间。
【详解】
波向左传播，P质点在t=0时刻向下运动，由题有T=t1=0.3s，可得，周期为
T=0.4s，由图知，波长为
λ=4cm=0.04m，所以波速为，故A正确，B错误。在t2=0.4s=1T时刻，质点A仍位于波谷，具有最大的负向位移，因而有最大的正向加速度，故C正确。当图中波峰传到Q点时，Q点第一次到达波谷，所用时间，所以在t3=0.5s时刻，质点Q首次位于波峰，故D正确。故选ACD。
【点睛】
利用波形平移法判断质点的振动方向是解此类题的关键，要熟练运用波形平移法研究波的传播过程，灵活应用运动学公式
t=x/v
求波传播的时间。
10．ACD
【解析】
图乙得到质点P的振动和周期，再由图甲得到波长和波的传播方向，即可求得波速；根据质点P的振动图像确定t=16s时刻的振动方向，从而确定波的传播方向；当质点从平衡位置或者波峰波谷开始振动时，质点在T/4内的路程才是A．
【详解】
A．由图甲可得：波长λ=100cm=1m，故A正确；
B．由图乙可得：周期T=2s，频率为f=1/T=0.5Hz，选项B错误；
C．波速v＝＝0.5m/s；根据图乙可得：t=16s时，质点P在平衡位置向上振动，故由图甲可得：波向x轴负向传播，故C正确；
D．根据图乙可得：质点P在t=5.25s时，位移为负，在向沿y轴负方向运动，故D正确；
E．由0.5s＝T，根据质点振动可得：P质点在任意1s内的路程不一定是A=0.1cm，故E错误；
故选ACD．
11．见解析；
【解析】如图所示：将一只闹钟放在有抽气设备的玻璃罩里，当罩内的空气没有被抽出时，我们能听见闹钟的滴答声，当空气逐渐被抽出时，滴答声逐渐减弱；当空气十分稀薄时，滴答声就听不见了．由于没有空气把声音传出来，即使闹钟滴答声一直在响，我们也听不见．对于传播声音来说，月亮上的条件与抽出空气的玻璃罩内的情况相似．所以月亮上就是有振动，也没有声音．
12．4m/s；1.5s；+y
【解析】①根据波形图可知，波长λ=8m，2s时间内x1=10m处的质点通过的总路程是20cm，而20cm=4A，所以T=2s，则；
②波从x1=10m传到x2=16m处的时间，波沿+x轴方向传播，则xl=10m处质点开始振动是沿y轴正方向，所以x2=16m处的质点开始振动时沿y轴正方向．
13．①沿x轴负方向传播20m/s②路程为120cm；2.5cm
【解析】
试题分析：①根据M点的振动方向，由波形平移法判断波的传播方向．并由质点M的振动情况，确定波的周期，读出波长，再由波速公式求出波速．②根据时间与周期的关系，分析求解质点N经过的路程和相对平衡位置的位移．
（1）图示时刻M点沿y轴负方向运动，根据波形平移法判断得知，此波沿x轴负方向传播．
在到这段时间时，质点M恰好第三次到达正最大位移处，则有，解得周期为：．
由波的图象可以看出波长为：，则波速为．
（2）在至这段时间，波中质点N经过了6个周期，即质点N回到始点，所以走过的路程为，相对与平衡位置的位移为2.5cm．
14．1.256s；0.785s；1.96m；2.5m/s
【解析】①单摆的周期
②由题意可知：5T=8T水
T水=0.785s
波速
波长