江门市艺华高中2019-2020学年高中物理粤教版选修3-4：2.1机械波的产生和传播 质量检测（含解析）

2.1机械波的产生和传播
1．沿x轴正方向传播的简谐横波，振幅为5cm，质点A、B的平衡位置离O点的距离分别为和，时的波形如图所示，时质点A恰好第二次到达波峰下列说法正确的是　　
A．波速为
B．频率为2Hz
C．质点B在0-0.6s内路程为25cm
D．质点B在时沿y轴负方向运动
2．宇航员在太空中做实验，如图，左边为弹簧振动系统，振子连接一根很长的软绳，沿绳方向取x轴．振子从平衡位置O以某一初速度向A端开始运动，振动频率为f=10Hz，振幅为5cm，当振子从O点出发后，第五次经过O点时，波刚好传播到x=25cm处，则下列说法正确的是（　　）
A．当振子向上经过距O点3cm处时正在加速
B．绳上产生的波的传播速度为
C．振子从O点开始运动的速度越大，再次回到O点的时间越长
D．振子从O点开始运动的速度不同，波在绳子中传播的速度也不同
3．关于机械波，下列说法中正确的是
A．机械波的振幅与波源振动的振幅不相等
B．在波的传播过程中，介质中质点的振动频率等于波源的振动频率
C．在波的传播过程中，介质中质点的振动速度等于波的传播速度
D．在机械波的传播过程中，离波源越远的质点振动的周期越大
4．图甲为一列简谐波在时刻的波形图，P是平衡位置为处的质点，Q是平衡位置为处的质点，图乙为质点Q的振动图象，则　　
A．在时，质点P的速度方向为y轴正方向
B．质点Q简谐运动的表达式为
C．该波沿x轴负方向传播
D．从到，质点P通过的路程为30cm
5．弹性介质中某质点O沿竖直方向做简谐运动的规律如图甲，它完成两次全振动后停在平衡位置，其形成的机械波沿水平方向的x轴匀速传播，波速大小为10m/s，x轴上有3个质点(如图乙)，它们的坐标分别为xP=-2m、xQ=lm、xB=3m。以质点O开始振动作为计时零点，下列说法正确的是________
A．该机械波的波长为4m
B．质点P在0.4s时刻的振动方向沿y轴负方向
C．质点Q在0.5s内通过的路程为10cm
D．质点R在0.4s时刻第一次位于波峰
E.质点R在1.0?2.0s时间内通过的路程为30cm
6．如图所示，图甲为一简谐横波在t=
2.25
s时的波动图象，图乙为平衡位置x=
5m的质点P的振动图象。下列说法正确的是
A．t=l
s时，质点P处于平衡位置且正在向y轴正方向运动
B．该波沿x轴负方向传播
C．该波的传播速度为2m/s
D．每经过任意1s的时间间隔，质点P运动40
cm的路程
7．如图甲为一列简谐横波在t=0时刻的波形图，图乙为介质中平衡位置在x=2m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象。下列说法正确的是（
）
A．这列波的波长是4m
B．这列波的传播速度是20m/s
C．经过0.15s，质点P沿x轴的正方向传播了3m
D．t=0.1s时，质点Q的运动方向沿y轴正方向
E.
t=0.35s时，质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离
8．如图甲所示为一列简谐横波在t=2s时的波形图，图乙为这列波上P点的振动图象，则下列说法正确的是
A．该横波向右传播，波速为0.4m/s
B．t=2s时，Q点的振动方向为y轴负方向
C．从t=2s到t=4s内，P质点沿x轴向右平移2.0m
D．从t=2s到t=4s内，Q质点通过的路程为10cm
9．某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以1.8m/s的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近。该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为18s。下列说法正确的是
A．水面波是一种机械波
B．该水面波的频率为2Hz
C．该水面波的波长为3.6m
D．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去
10．一列简谐横波在某时刻的波形如图所示，此时刻质点P的速度为v，经过0.2s后它的速度大小、方向第一次与v相同，再经过1.0s它的速度大小、方向第二次与v相同，则下列判断中正确的是
A．波沿x轴负方向传播，且波速为20m/s
B．波沿x轴正方向传播，且波速为10m/s
C．质点M与质点Q的位移大小总是相等、方向总是相反
D．若某时刻N质点到达波谷处，则Q质点一定到达波峰处
E.从图示位置开始计时，在0.6s时刻，质点M偏离平衡位置的位移y=
-
10cm
11．一根弹性绳沿x轴方向放置，左端在原点O，用手握住绳的左端使其沿y轴方向做简谐运动，经1
s在绳上形成一列简谐波，波恰好传到x=1m处的M质点，波形如图所示，若从该时刻开始计时，
(1)求这列波的波速大小：
(2)写出M点的振动方程；
(3)经过时间
t，x
=3.5m处的N质点恰好第一次沿y轴正向通过平衡位置，请在图中画出此时弹性绳上的波形，并求出时间t。
12．如图所示，a、b是水平介质上的两质点，相距26cm，一列简谐横波沿介质由a向b传播，a是波源。a质点以周期T=0.4s作简谐振动，起振方向向下。当a质点第四次经过平衡位置向上运动时，b质点正好第一次到达负的最大位移处。求该介质中波的传播速度。
13．如图所示，一列简谐横波沿x轴传播，实线为t1＝0时的波形图，此时P质点向y轴负方向运动，虚线为t2＝0.01
s时的波形图。
（1）试确定波沿x轴传播的方向；
（2）已知周期T>0.01
s，求波速；
（3）已知周期T＜0.01
s，求波速。
参考答案
1．B
【解析】
A.根据图象可知，波长λ=4m，沿x轴正方向传播的简谐横波，A点此时向上振动，当x=1m的振动传到x=1.8m时，A点第一次到达波峰，而t=0.6s时质点A恰好第二次到达波峰，则，而，联立解得：v=8m/s，T=0.5s，故A错误；
B.频率f=1/T＝2Hz，故B正确；
C.0.6s=1T＜1T，而B点在1T内的路程为s=1×4A＝×4×5＝25cm，所以质点B在0～0.6s内路程小于25cm，故C错误；
D.根据图象可知，B在t=0时刻在波谷处向上振动，则0.6s=1T＜1T时在平衡位置下方沿y轴正方向运动，故D错误。
2．B
【解析】
A.当振子向上经过距O点3cm处时是远离平衡位置，正在减速，故A错误；
B.当振子从O点出发后，第五次经过O点时，经过两个半全振动，波刚好传播到x=25cm处，说明2.5波长是25cm，故波长为10cm；故波速：v=λf=0.1m×10Hz=1m/s；故B正确；
C.振子从O点开始到再次回到O点的时间为半个周期，简谐运动的周期与振幅无关，故C错误；
D.波在绳子中传播的速度由绳子决定，是一定的，与振源的振动幅度无关；故D错误；
3．B
【解析】
试题分析：机械波的振幅，周期和频率同产生机械波的振源质点（以及其它质点）的是相同的，故AD错；B是正确的；但质点在自己的平衡位置附近振动是做变速运动，但机械波在同一介质中通常传播速度不变，则C错；
考点：机械波的周期，频率同振源质点的周期和频率的关系；
4．AC
【解析】
C.由图乙可知，在t=0.10s时，质点Q向下振动，根据微平移法可知波向x轴的负方向传播，故C正确；
B.由乙可知振动为A=10cm，周期为T=0.20s，则可得ω＝＝10πrad/s，所以质点Q的振动方程为x=10sin10πt（cm），故B错误；
A.根据波的传播方向及振动图象知，在t=0.10s时，质点P正在向上振动，当t=0.25s时，即在t=0.10s开始经过3T/4，质点P在平衡位置以下向上振动，即速度方向沿y轴正方向，故A正确；
D.由于P点在t=0.10s时不是在波峰或波谷，或平衡位置，经过0.15s，即经过3T/4，质点经历的路程不等于3A，即不等于30cm，故D错误。
5．ABD
【解析】
A.由甲图可知，波的周期为T=0.4s，根据，解得波长λ=4m，故A正确。
B.分析甲图可知，质点的起振方向沿y轴正方向，波传播到质点P的时间为0.2s，则质点P在0.4s时刻，位于平衡位置，振动方向沿y轴负方向，故B正确。
C.波传播到质点Q的时间为0.1s，则在0.5s内，经过了1个周期，通过的路程为8cm，故C错误。
D.波传播到质点R的时间为0.3s，则在0.4s内，经过了1/4个周期，质点P第一次位于波峰，故D正确。
E.质点R在t=1.0s时位于最低点，则在1.0?2.0s时间内通过的路程为2个周期，通过的路程为10A=20cm，故E错误。
6．CD
【解析】
A.t=1s时，质点P的位移为0，正处于平衡位置。根据y-t图象的斜率表示速度，知质点P处于平衡位置且正在向y轴负方向运动，故A错误。
B.t=2.25s时刻质点P正沿y轴正方向运动，根据波形平移法可知，该波沿x轴正方向传播。故B错误。
C.由甲图得到波长为λ=4m，由乙图得到周期为
T=2s，故波速：，故C正确。
D.因t=1s=0.5T，则每经过任意1s的时间间隔，质点P运动的路程S=2A=40cm，故D正确。
7．ABE
【解析】
由波动图象读出波长，由振动图象读出周期，即可求出波速。由振动图象读出t=0时刻P点的振动方向，判断波的传播方向。分析波动过程，根据时间与周期的关系，判断Q点的运动状态；
【详解】
A．由甲图知：这列波的波长λ=4m，故A正确；
B．由乙图读出,该波的周期T=0.2s，则波速为，故B正确；
C．由乙图读出，t=0时刻质点的速度向下，则由波形的平移法可知，这列波沿x轴正方向传播，简谐横波传播过程中，质点只在自己平衡位置附近上下振动，并不随波向前传播，故C错误；
D．图示时刻Q点沿y轴正方向运动，，质点Q的运动方向沿y轴负方向。故D错误；
E．，经过0.35s时，质点P到达波峰，而质点Q位于平衡位置与波谷之间，故质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离，故E正确；
故选ABE。
8．AD
【解析】
A、在时，P点正通过平衡位置向下振动，根据走坡法可知波向右传播，由甲图知波长为，由乙图知周期，则波速为，A正确；
B、质点Q与质点P相差半个波长，故振动方向相反，由乙图可知在时质点P沿y轴负方向运动，则质点Q沿y轴正方向运动，B错误；
C、质点不会随波向前运动，只在平衡位置上下振动，C错误；
D、由甲图可知振幅A=5cm，从到内，Q质点通过的路程为，D正确。
9．AC
【解析】
A、水面波是由机械振动引起的，在介质(水)中传播的一种波，是一种机械波，A正确；
B、由第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为18s，可得知振动的周期T为：，频率为：f=1/T=0.5Hz，B错误；
C、由公式，有，C正确，
D、参与振动的质点只是在自己的平衡位置附近做往复运动，并不会“随波逐流”，但振动的能量和振动形式却会不断的向外传播，D错误。
10．BDE
【解析】
AB．根据题意可知第二次速度大小、方向与原来相同所经历的时间要比第一次长，所以可知图示位置P质点运动方向指向y轴正方向，根据同侧法可得波向x轴正方向传播，且第一次和第二次速度与原来速度相同经历的时间之和等于质点振动的周期，又波长等于12m，所以波速等于10m/s，A错误B正确
C．MQ之间相差时间间隔不等于半个周期的奇数倍，C错误
D．NQ之间相差半个周期，所以NQ的步调总是相反，若某时刻N质点到达波谷处，则Q质点一定到达波峰处，D正确
E．0.6s为周期的一半，根据数学知识知经过半个周期质点M偏离平衡位置的位移y=
-
10cm，且此时M点向上运动，E正确
11．(1)
(2)
(3)
【解析】(1)由图可知λ=2m，周期为T=2s，则波速.
(2)振幅
A=8cm，角速度
初相位为φ=π
则M点的振动方程为
x=Asin(ωt+φ)=0.08sin(3.14t+π)
m
(3)波从M点传到N点时间为
再经过
N质点第一次沿y轴正向通过平衡位置，则△t=t1+t2=3.5s
图象如图所示:
【点睛】本题也可根据平移法求解N点恰好第一次沿y轴正方向通过平衡位置的时间，即为图中O点的振动传到N点的时间．
12．该波的波速为
【解析】a点第四次过平衡位置向上振动时，a振动时间
b点第一次到达负的最大位移处时，b振动时间
所以振动由a传到b所需时间
该波的波速为
13．(1)
沿x轴正方向传播；(2)
v＝100m/s；(3)
v=800n+100（m/s）（n=1.2.3…）
【解析】(1)由题意此时P质点向y轴负方向运动，沿x轴方向满足“上坡下”，
可知波沿x轴正方向传播。
(2)由题意知，λ＝8
m，
①
②
联立①②式，代入数据解得：v＝100m/s
③
(3)若周期T＜0.01s，则
④?
（n=1.2.3…）
【点睛】解决本题的关键知道振动和波动的联系，掌握波速的求法：1、v=λf；2、.