上海市丰华高中2019-2020学年物理沪科版选修3-4：2.1机械波的产生 课时训练（含解析）

2.1机械波的产生
1．下列说法中正确的是
A．电磁波在同种介质中只能沿直线传播
B．机械波的传播周期与机械波中的质点做简谐运动的周期—定相等
C．单摆经过平衡位置时，合外力为零
D．做简谐运动的物体在个周期内经过的路程—定为振幅的倍
2．一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时刻的波形如图中实线所示，t＝0.1 s时刻的波形如图中虚线所示。波源不在坐标原点O，P是传播介质中离坐标原点xP＝2.5 m处的一个质点。则以下说法正确的是( )
A．质点P的振幅为0.05 m
B．波的频率可能为7.5 Hz
C．波的传播速度可能为50 m/s
D．在t＝0.1 s时刻与P相距5 m处的质点一定沿x轴正方向运动
3．一列横波由A向B传播，AB两点相距x=12m，t=0时刻，波刚好传到B点，之后A、B两点的振动图象如图所示。下列说法正确的是
A．波的频率为4Hz
B．波的周期为4s
C．波长可能为24m
D．波速可能为2m/s
E. 波源的起振方向沿y轴正向
4．如图所示，一列简谐横波在介质中沿水平方向传播，实线是在t1=0时刻的波形图，虚线是在t2=0.5 s时刻的波形图，已知介质中质点P在0～0.5 s的时间内通过的路程为25 cm。则
A．简谐横波的波长为4 m
B．波的传播方向沿x轴正方向
C．波的传播速度为10 m/s
D．波的频率为0.4 Hz
5．一列简谐横波沿x轴方向传播，某时刻的波形图如图所示，已知位于x=1m处的质点正向下运动，则下列说法正确的是
A．该波沿x轴负方向传播
B．x=3m处的质点的振幅为零
C．x=2m处的质点此刻具有最大加速度
D．该时刻以后，x=2.5m处的质点比x=1.5m处的质点先回到平衡位置
6．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=0.6s时的波形图，波的周期T>0.6s，则（ ）
A．此波的周期为0.8 s
B．在t=0.5s时，Q点到达波峰位置
C．经过0.4 s，P点经过的路程为0.6 m
D．在t=0.9s时，P点沿y轴正方向运动
E. 在t=0.9s时，P点沿y轴负方向运动
7．如图所示，一列简谐横波在某一时刻的波的图象，A、B、C是介质中的三个质点，已知波是向x正方向传播，波速为v=20m/s，下列说法正确的是（　　）
A．这列波的波长是10cm
B．质点A的振幅为零
C．质点B此刻向y轴正方向运动
D．质点C再经过0.15s通过平衡位置
8．一振动周期为T，振幅为A，位于点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐振动，该波源产生的一维简谐横波沿x轴正向传播，波速为v，传播过程中无能量损失，一段时间后，该振动传播至某质点P，关于质点P振动的说法正确的是( )
A．振幅一定为A
B．速度的最大值一定为v
C．开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离
D．若P点与波源距离，则质点P的位移与波源的相同
9．如图甲为一列沿x轴传播的简谐横波在时刻的波形，图乙表示该波传播的介质中处的质点a从时起的振动图象，则
A．波沿x轴正方向传播
B．波传播的速度为
C．波的传播周期为
D．时，质点a的加速度沿y轴负方向
E. 时，处的质点b的加速度沿y轴负方向
10．如图甲为一列沿x轴传播的简谐波在t＝0s时刻的波形．图乙表示该波传播的介质中x＝2 m处的质点a从t＝0时起的振动图像．则( )
A．波传播的速度为4 m/s
B．波沿x轴负方向传播
C．t＝1.25 s，质点a的位移沿y轴负方向
D．t＝1.25 s，x＝4 m处的质点P的加速度沿y轴正方向
11．如下图，弹簧振子在竖直平面内上下振动激起水波．当振子振动加快时，水波传播的速度将_______(填“减小、增大、不变”)；当振子突然停止振动，水波将________(填：“立刻消失”或“继续向前传播”).
12．一列简谐横波以1m/s的速度沿x轴正方向传播，t=0时刻波形如图所示。则波动周期T=_______s，在x=1.0m处有一质点M，该波传播到M点需要的时间t=______s；t=0.9s时，质点M的位移是_______m；若在x=2.0m处的波源产生了频率等于2.0Hz且沿x轴负方向传播的简谐横波，则这两列波相遇时____（选填“能”或“不能”）发生干涉，其原因是：__________________________________。
13．如图所示，a、b、c、d是均匀介质中x轴上的四个质点。相邻两点的间距依次为2m、4m和6m，一列简谐横波以2m/s的波速沿x轴正向传播，在t=0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t=3s时质点a第一次到达最高点，此时位移为2cm。求
①从0时刻开始到质点d第一次到达最高点所需时间及此过程中质点b通过的路程；
②质点d第一次到达最高点时质点b的位移。
14．位于坐标原点处的波源产生一维简谐波在介质中沿x轴正方向传播，从波源开始振动计时，t1=0.5s时波刚好传播到位置坐标为=2m的A点，波动图象如图所示。介质中的B点位置坐标为=7m。求：
①B点振动第一次到达波谷的时刻；
②从开始计时到B点第一次向下经过平衡位置的时间内，A质点振动所经过的总路程。
参考答案
1．B
【解析】
A.电磁波在同种均匀介质中只能沿直线传播，在同一种不均匀的介质中，不一定沿直线传播，故A错误；
B.机械波的传播周期与机械波中的质点做简谐运动的周期相等，故B正确；
C.单摆经过平衡位置时，回复力为零 ，但合力提供向心力，故C错误；
D.做简谐运动的物体在周期内通过的路程不一定为振幅的，故D错误．
2．C
【解析】
质点P的振幅由图直接读出．简谐横波沿x轴正方向传播，根据波形的平移法得到波的周期可能值，求出频率的可能值和速度的可能值．根据时间与周期的关系，确定质点的速度方向．
【详解】
振幅等于质点离开平衡位置的最大距离，由图知，质点P的振幅为0.1?m，故A错误。波沿x轴正方向传播，则t=nT+，周期为，频率为 =（10n+2.5）Hz，（n=0，1，2，3…），所以波的频率可能为2.5Hz，12.5Hz，不可能为7.5?Hz．故B错误；波速为v=λf=4×（10n+2.5）=（40n+10）m/s，当n=1时，v=50m/s，故C正确。波沿x轴正方向传播，在t=0.1s时刻与P相隔5m处的质点与P点相距1m的质点振动情况完全相同，即距原点为3.5m的质点在0.1s时刻的速度方向，沿y轴正方向。故D错误。故选C。
【点睛】
本题运用波形的平移法分析时间与周期的关系，确定波的周期，是经常采用的方法．关键要理解波的周期性．
3．BCD
【解析】
根据振动图像读出周期和频率；根据AB的振动图像可知AB之间的距离为半波长的奇数倍，结合波速公式讨论波长和波速可能的值；根据B点起振的方向判断波源起振的方向.
【详解】
由振动图像可知，周期T=4s，则频率f=1/T=0.25s，选项B正确，A错误；由题意可知（n=0、1、2、3…..），解得，当n=0时λ=24m，选项C正确；波速，当n=1时，v=2m/s，选项D正确；t=0时刻，波刚好传到B点，由振动图像可知，此时B点向下振动，可知波源的起振方向沿y轴负向，选项E错误；故选BCD.
4．AC
【解析】
由波形图可知简谐横波的波长；由介质中质点P在0～0.5 s的时间内通过的路程为25 cm，可知振动的时间、周期和频率；根据求解波速.
【详解】
由波形图可知，简谐横波的波长为4 m，选项A正确；介质中质点P在0～0.5 s的时间内通过的路程为25 cm，可知振动的时间为s，可得T=0.4s，f=1/T=2.5Hz，且波沿x轴负向传播；波速为，故选项AC正确，BD错误；故选AC.
5．ACD
【解析】
已知位于x=1m处的质点正向下运动，可知该波沿x轴负方向传播，选项A正确；x=3m处的质点此时的位移为零，但是振幅不为零，选项B错误；x=2m处的质点位移最大，回复力最大，则此刻具有最大加速度，选项C正确；该时刻x=2.5m处的质点向上振动，x=1.5m处的质点向下振动，则从该时刻以后，x=2.5m处的质点比x=1.5m处的质点先回到平衡位置，选项D正确；故选ACD.
6．ABE
【解析】
应用平移法求出波的波长和周期；根据波的传播方向确定质点的振动方向；在一个周期内质点完成一个全振动，运动路程为4A；后一个质点重复前一个质点的振动，故t=0.5s时，Q点振动情况和t=0时距离坐标原点x=x0+vt=10m处的质点的振动情况相同。
【详解】
A项：根据题意应用平移法可知由实线得到虚线需要将图象沿x轴负方向平移
，其中n=0、1、2、3、4…，故由实线传播到虚线这种状态需要
即，解得：，其中n=0、1、2、3、4…，当n=0时，解得T=0.8s，当n=1时，解得T=0.34s，
又T＞0.6s，
故周期为0.8s，故A正确；
B项：由题意可知波长λ=8m，则波速，在t=0时Q点的横坐标为5m，由于波沿y轴负方向运动，故在t=0.5s的时间内波沿x轴负方向传播的距离为x=vt=10×0.5=5m，故在t=0.5s时，Q点振动情况和t=0时距离坐标原点10m处的质点的振动情况相同，而t=0时距离坐标原点10m处的质点在波峰，在t=0.5s时，Q点到达波峰位置。故B正确；
C项：在一个周期内p点完成一个全振动，即其运动路程为4A，而0.4s=，故p点的运动路程为2A=0.4m，故C错误；
D、E项：由于波沿x轴负方向传播，故t=0时p点沿y轴负方向运动，故t=0.8s时p点沿y轴负方向运动，而周期T=0.8s，故0.9s时P点沿y轴负方向运动，故D错误，E正确。
故选：ABE。
【点睛】
把握“后一个质点重复前一个质点的运动情况”，是解决本题中B的关键。
7．CD
【解析】
波动图象反映质点的位移随空间位置的变化，能直接读出波长和振幅；
简谐运动中，各振动质点的振幅都相同；
运用波形的平移法判断质点的振动方向；
由波速公式求出周期，分析质点C再经过0.15s的位置；
【详解】
A、由图知：这列波的波长是，故A错误；
B、图示时刻A点的位移为零，但振幅为，故B错误；
C、简谐横波向x正方向传播，波形向右平移，则知质点B此刻向y轴正方向运动，故C正确；
D、该波的周期为，则，则知质点C再经过通过平衡位置，故D正确。
【点睛】
本题采用波形平移法研究质点的运动情况，是经常运用的方法，注意简谐运动中，各振动质点的振幅都相同。
8．AD
【解析】
介质中各质点的起振方向与波源的起振方向相同，沿波的传播方向质点的振动越来越迟，后振动的质点重复先振动的质点的运动，各点振动周期相同，若无能量损耗，则振幅相同，质点振动速度与波速是两回事；
【详解】
A、波在传播过程中无能量损失，各振动质点的振动周期、振幅相等，则知质点P振动的振幅一定为A，周期一定为T，但P质点的振动速度与波传播的速度无关，速度的最大值不一定是v，故A正确，B错误；
C、质点的起振方向和波源质点相同，一定沿y轴正向，与P离波源的距离无关，故C错误；
D、该波的波长为，若P点与波源距离，则质点P的位移与波源的相同，故D正确。
【点睛】
本题的关键要理解机械波的基本特点是：介质中各质点随着波源做受迫振动，起振方向都与波源相同，各质点的振动情况概括起来为：“前带后，后跟前”。
9．BCE
【解析】
本题要在乙图上读出a质点在t=0.1s时刻的速度方向，在甲图上判断出波的传播度方向；由甲图读出波长，由乙图读出周期，即求出波速和频率。
【详解】
A、由乙图知，t=0.1s时刻，质点a向上运动，在甲图上，结合波形的平移可知，该波沿x轴负方向传播；故A错误。
BC、由乙图知，质点的振动周期为T=0.2s，由甲图知，波长=4m，则波速为：v==m/s=20m/s，故B正确，C正确。
D、由乙图知，a质点的振动周期为T=0.2s，所以质点a在t=0.25s的时刻的振动情况是在甲图的波形基础上，再向后延0.15s，据波的传播方向与质点的振动情况可知，质点a处于负的最大位移处，根据回复力F=-kx知，回复力的方向及加速度沿y轴正方向。故D错误。E、由图甲可知，a质点和b质点的平衡位置相距半个波长，振动情况总是相反，所以在振动过程中任意时刻的位移都相反，所以质点b在t=0.25s时处于正的最大位移处，根据回复力F=-kx知，回复力的方向及加速度沿y轴负方向，故E正确。
故选：B、C、E
【点睛】
本题关键要把握两种图象的联系，能根据振动图象读出质点的速度方向，在波动图象上判断出波的传播方向.
10．AC
【解析】
在乙图上读出a质点在t=0 时刻的速度方向，在甲图上判断出波的传播度方向；由甲图读出波长，由乙图读出周期，即求出波速和频率；t＝1.25 s=1T，根据波的传播方向确定质点a和P点的振动情况.
【详解】
由乙图知，t=0时刻，质点a向下运动，在甲图上，由波形的平移可知，该波沿x轴正方向传播；由乙图知，质点的振动周期为T=1s，由甲图知，波长λ=4m，则波速为：，故A正确，B错误；t＝1.25 s=1T，质点a位于波谷位置，即位移沿y轴负方向，x＝4 m处的质点P到达波峰位置，加速度沿y轴负方向，选项C正确，D错误；故选AC.
【点睛】
本题关键要把握两种图象的联系，能根据振动图象读出质点的速度方向，在波动图象上判断出波的传播方向
11．不变 继续向前传播
【解析】
[1][2]波的传播速度由介质决定，介质不变，则速度不变；振子停止振动时，波可以继续向前传播。
12． 0.4 0.6 -0.1 不能 频率不同
【解析】据波形图得： =0.4m
据波速公式得： ，
该波传播的M点的时间；
波传到M点时首先向上振动，T=0.9s时，M点振动了0.3s，到达波谷位置，位移为-0.1m。
两列波发生明显干涉的条件是频率相同，相位差恒定且振动方向在同一个平面，才能发生干涉。这两列波因为频率不同，不能发生干涉。
13．（1）8s 16cm（2）见解析；
【解析】解：①设波 t1传到d点所用时间
波刚传到d时，质点d的振动情况与波刚传到a点时，质点a的振动情况相同，d点再经t2=3s后第一次到达最高点，故t= t1+ t2=9s
根据质点a运动情况，可知T=4s
由 得波长
波经t3=1s传到b，
b点运动的时间为t＇= t- t3=8s
b点运动的路程为 S=8A=16cm
②d运动到最高点时，波形如图
由此可知此时b点的位移为0
14．（1）2.5s（2）1.4cm
【解析】①波速
周期为T=1.0s，从t=0时刻到B点开始振动，时间s
经过3/4周期出现波谷，则s
②B点第一次向下经过平衡位置时间为s
A点振动的时间为s
A点所运动的路程s=1.75×4×0.2=1.4cm