上海市甘泉高中2019-2020学年物理沪科版选修3-4：2.1机械波的产生 跟踪训练（含解析）

2.1机械波的产生
1．下列说法正确的是（　　）
A．机械波的振幅与波源无关
B．机械波的传播速度仅由介质本身的性质决定
C．机械波从一种介质进入另一种介质，频率可能会发生变化
D．机械波的传播方向和振动方向一定垂直
2．一列简谐横波沿x轴负方向传播，如图所示，其中图甲是t＝1 s时的波形图，图乙是该波中某振动质点的位移随时间变化的图象(两图用同一时间起点)．图乙可能是图甲中哪个质点的振动图象(　　)
A．x＝1 m处的质点 B．x＝2 m处的质点
C．x＝3 m处的质点 D．x＝4 m处的质点
3．质点以坐标原点O为中心位置在y轴上做机械运动，其振动图象如图所示，振动在介质中产生的横波沿x轴正方向传播，则波源振动一个周期时的波形图为　　
A． B．
C． D．
4．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2.4 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
5．一列沿x轴正方向传播的横波，其振幅为A，波长为λ，某一时刻波的图象如图所示。在该时刻，某一质点的坐标为(λ，0)，经过四分之一周期后，该质点的坐标为（　　　　）
　
A．(5/4)λ，0 B．(5/4)λ，A
C．λ，A D．λ ，－A
6．一列简谐横波沿x轴正方向传播在t=0时刻的波形如图。已知这列波在P点处依次出现两个波峰的时间间隔为0.4s。以下说法中正确的是（　　　　）
A．这列波的波长是5m
B．这列波的波速是10m/s
C．质点Q需要再经过0.5s，才能第一次到达波峰处
D．质点Q达到波峰时，质点P恰好到达波谷处
7．一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形图如图所示。此时质点K与M处于最大位移处，质点L与N处于平衡位置。下列说法正确的是
A．此时质点L的运动方向沿y轴负方向
B．此时质点N的运动方向沿y轴正方向
C．此时质点K的加速度为零
D．此时质点M的速度为零
8．一列简谐横波沿x轴正方向传播，t=0时波形图如图中实线所示，此时波刚好传到c点，t=0.6 s时波恰好传到e点，波形如图中虚线所示，a、b、c、d、e是介质中的质点，下列说法正确的是____．
A．当t=0.5 s时质点b和质点c的位移相等
B．当t=0.6 s时质点a的位移为－5cm
C．质点c在0～0.6 s时间内沿x轴正方向移动了3 m
D．质点d在0～0.6 s时间内通过的路程为20 cm
E.这列简谐横波遇到频率为1 Hz的另一列简谐横波时我们能够观察到干涉现象
9．（卷号）1575449205997568
（题号）1575449288744960
（题文）
一列简谐波沿直线传播，该直线上平衡位置相距9m的a，b两质点的振动图像如图所示，下列描述该波的图像可能正确的是（　　）

A．B．
C．D．
10．一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线为t=0时的波形图,虚线为t=0.5 s时的波形图。已知该简谐波的周期大于0.5 s。关于该简谐波,下列说法正确的是(　　)
A．周期为1.5 s
B．波速为6 m/s
C．t=2 s时,x=2 m处的质点经过平衡位置
D．t=1 s时,x=1 m处的质点处于波峰
11．具有NFC(近距离无线通讯技术)功能的两只手机在间距小于10cm时可以通过________波直接传输信息，其载波频率为1.5×107Hz，载波的传播速度为3.0×108m/s，则该载波的波长为________m．
12．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 。
13．一列向右传播的简谐横波，某时刻的波形如图所示，波速为0.6m/s，P点的横坐标x=0.96m，从图示时刻开始计时，此时波刚好传到C点．
（1）此时刻质点A的运动方向和质点B的加速度方向是怎样的？
（2）经过多少时间P点第二次达到波峰？
（3）画出P质点开始振动后的振动图象．
14．(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?
参考答案
1．B
【解析】
机械波在介质的传播特点是波源的振动带动相邻质点做受迫振动，所以机械波的振幅等于波源的振幅，故A错误；机械波的传播速度由介质决定，与波源无关，故B正确；机械波从一种介质进入另一种介质中，传播速度会发生变化，由机械波的形成原因可知频率不变，C错误；在纵波中质点的振动方向和波的传播方向相同或相反，并不垂直。只有横波传播方向和振动方向一定垂直，故D错误；故选B。
【点睛】
考查了机械波有关基础知识，解题关键明确机械波的产生条件、传播特点，注意区分横波和纵波，在纵波中质点的振动方向和波的传播方向相同或相反，并不垂直．由于教材3﹣4做题遇到的大部分是横波，因此很容易让人误认为机械波的传播方向和振动方向一定垂直．
2．D
【解析】
由图乙知，质点在t＝1 s时处于平衡位置且沿y轴负方向振动；甲图是t＝1 s时的波形图，波沿x轴负方向传播，t＝1 s时，x＝1 m处的质点处于负的位移最大处，x＝2 m处的质点处于平衡位置沿y轴正方向振动，x＝3 m处的质点处于正的位移最大处，x＝4 m处的质点处于平衡位置沿y轴负方向振动。所以图乙可能是图甲中x＝4 m处的质点的振动图象。故D项正确，ABC三项错误。
【点睛】
波的传播方向与质点振动方向间的关联的判断方法
①波形平移法：将原波形图(实线)沿波的传播方向移一段微小距离后，得到一个新的波形图(虚线)，从原波形图(实线)上某一质点画一个箭头指向新波形图(虚线)，箭头的方向表示这个质点的振动方向，如图所示。
②两速同侧法：在波的图象上某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿水平方向画出另一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是位于图线的同一侧，如图所示。
3．A
【解析】
由振动图象可知，振源起振方向沿y轴向上振动，且波沿x轴正向运动，后面质点的运动落后前面质点运动，故A正确，B、C、D错误；
故选A。
【点睛】
关键要抓住波的基本特性：介质中各质点的起振方向与波源的起振方向相同；波在一个周期内传播距离为一个波长，且后面质点运动落后前面质点运动。
4．B
【解析】
从实线波形图到虚线波形图需要经历t＝(n+)T??个周期，而周期大于0.6s，可知T＝0.6，解得：T＝0.8s，故A错误；由图象可知：λ=8m，则波速为：，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处的质点到达波峰位置，故B正确；经过t=0.4s，P完成半个周期的振动，经过的路程为2A=2×0.2m=0.4m，故C错误；t=0.9s的波形图和t=0.1s的波形图相同，波沿x轴负方向传播，所以P点沿y轴负方向运动，故D错误；故选B。
【点睛】
本题运用波形的平移法分析时间与周期的关系，得到周期，并根据时间与周期的关系，分析质点的状态。
5．D
【解析】
由题，简谐横波水平向右传播，图示时刻（λ，0）处质点向下运动，再经过1/4周期时，质点到达波谷位置，所以坐标为（λ，-A），故D正确，ABC错误。故选D。
【点睛】
本题关键要根据波的传播方向判断出质点的运动方向．可以采用排除法判断出A、B两选项是错误的，因为质点只上下振动，横坐标不变．
6．B
【解析】
由图读出波长λ=4m。故A错误。由题，这列波在P点依次出现两个波峰的时间间隔为0.4s，波的周期为T=0.4s，则波速为，故B正确。图中x=2m位置与Q点相距x=7m，x=2m处的振动传到Q点的时间为，则质点Q需要再经过0.7s，才能第一次到达波峰处。故C错误。P、Q相距两个波长，是同相点，振动情况总是相同，质点Q达到波峰时，质点P也恰好达到波峰处。故D错误。故选B。
【点睛】
本题考查分析和理解波动图象的能力．C项也可以先求出波从图示位置传到Q点的时间．波传到Q点时，Q点向下振动，再经过3T/4第一次形成波峰，将两个时间相加即为所求．
7．D
【解析】
根据“上坡上，下坡下”原理质点L向y轴正方向运动，质点N向y轴负方向运动，AB错误；根据可知MN两点的位移最大，回复力最大，所以加速度最大，速度为零，C错误D正确．
8．AB
【解析】
由题意可得该波向右传播，起振的方向向上，波长是4m，0.6s的时间内传播的距离是λ，所以波的周期 ， ， 该波是方程：
当t=0.5s时质点b的位移：
c点的位移： ，当质点b、c的位移相同．故A正确；质点a的初相为，振动方程 ，当t=0.6s时 ，故B正确；质点c在这段时间内只是沿振动的方向振动，没有沿x轴正方向移动．故C错误．因为发生干涉的两列波频率相同，这列简谐横波的频率为Hz，遇到频率为1Hz的另一列简谐横波时，我们不能够观察到干涉现象，故D错误；故选AB.
点睛：本题考查对波动图象的理解能力．知道两个时刻的波形时，往往应用波形的平移法来理解．该题中的A选项使用波的方程是该题的难点，也可以使用作图的方法来解决．
9．AC
【解析】
由振动图象可知t＝0时刻，a在正向最大位移处，b处在平衡位置且向下振动，当简谐波由b向a传播时，其可能的波形图如图所示．
则a、b相距9 m，等于（n＋ ）λ，则 （n＝0，1，2，3…）当n＝2时，λ＝4 m，只有A正确．当简谐波由a向b传播时，其可能的波形图如图所示，则a、b相距9 m等于（n＋）λ，即（n＝0，1，2，3…）当n＝0时，λ＝12 m，只有C正确．综上所述，AC正确，BD错误；故选AC．
【点睛】
本题是机械波中多解问题，根据两个质点的状态，画出波形图进行分析是惯用的方法，根据波动图象上同一时刻两个质点的振动状态，画出可能的波形，得到距离9m与波长的关系式，求得波长的通项，得到波长的特殊值，即可进行选择．
10．BC
【解析】
由图所示，波长λ=4m；波向右传播的距离为nλ+λ=4n+3m，则波速 周期 ，根据周期T＞0.5s可得：n=0，则T=s，波速v=6m/s；选项A错误，B正确；t=0时刻x=2 m处的质点经过平衡位置；t=2 s=3T时，x=2 m处的质点经过平衡位置，选项C正确；t=0时刻，x=1m处质点在波峰，故t＝1s＝T＝1T时，x=1m处质点位于波谷，故D错误；故选BC。
【点睛】
此题考查机械波的传播问题，根据两个时刻的波形图找到波传播距离的表达式，然后可得到波速及周期的表达式，再求解其他量.
11． 电磁　 20
【解析】试题分析：根据英国物理学家麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的磁场能产生电场，从而形成电磁波．已知波速c，频率f，由波速公式求解波长．
英国物理学家麦克斯韦的电磁场理论告诉我们：变化的磁场能产生电场，从而产生电磁波．空气中电磁波的传播近似等于光速c，由波速公式
得波长，
12． 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．
13．（1）质点A的运动方向沿y轴正方向．质点B的加速度方向沿y轴正方向．（2）1.2s（3）振动图象如图．
【解析】（1）波向右传播，质点A的运动方向沿y轴正方向．质点B的加速度方向沿y轴正方向．
（2）由图象可知，波长λ=0.24m，
波的周期 T=m/s=0.4m/s
波从该时刻传播到P经历的时间
P开始向下振动，第二次到达波峰
经历时间
所以t=t1+t2=1.9s
（3）P点开始振动方向向下，周期为0.4s，其振动图象如图．
14．①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．