上海市海滨高中2019-2020学年物理沪科版选修3-4：2.1机械波的产生 课时练（含解析）

2.1机械波的产生
1．图甲为一列简谐横波在t=0时刻的波形图，图乙为x=2m处质点的振动图像。下列判断正确的是（ ）
A．波沿x轴负方向传播
B．传播速度为20m/s
C．t=0.1s时, x=2m处质点的加速度最大
D．波源在一个周期内走过的路程为4m
2．一列沿x轴传播的简谐机械横波，波速大小为10 m/s。该波在某时刻的图像如图所示，此时刻质点P沿y轴负方向运动，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的加速度为零
C．t = 1 s时， 质点P的位移为10 m
D．t = 1.5 s时， 质点P的动能最大
3．原点O处有一简谐横波波源，t = 0时波源开始振动，形成沿x轴正向传播的机械波，当t = 0.6 s时的波形图如图所示，此时质点P刚好开始振动，下面说法中正确的是
A．这列波的传播速度为10 cm/s
B．再经过0.1 s质点a通过的路程等于10 cm
C．t = 0.7 s时质点b运动方向沿y轴负方向
D．此刻质点a与质点b运动方向相同
4．关于声现象，下列说法中错误的是
A．小西湖立交桥上安装的隔音墙，是在声音传播途径中减弱噪声
B．接听电话时根据音色分辨对方
C．声音的频率越高，传播速度越快
D．水面舰艇可以通过超声波探测海洋的深度和礁石
5．关于机械波，下列说法中正确的是（　　）
A．有机械振动存在就一定有机械波存在
B．有机械波存在就不一定有机械振动存在
C．机械波沿某一方向传播，质点就沿该方向运动
D．机械波沿某一方向传播，能量也沿该方向传播
6．B超成像的基本原理就是向人体发射一组超声波,遇到人体组织会产生不同程度的反射(类似回声)，通过探头发送和接收超声波信号，经过电子电路和计算机的处理，形成了我们今天的B超图像(如图所示)。图为仪器检测到发送和接收的超声波图象，其中实线为沿x轴正方向发送的超声波，虚线为一段时间后遇到人体组织沿x轴负方向返回的超声波。已知超声波在人体内传播速度约为1 500 m/s，下列说法正确的是(　 　)
A．根据题意可知此超声波的频率约为1.25×105 Hz
B．图乙中质点A在此后的1 s内运动的路程为1 500 m
C．图乙中质点B此时沿y轴正方向运动
D．图乙中质点A、B两点加速度大小方向都相同
7．如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图，P是平衡位置在x=2 cm的质点，Q是平衡位置在x=4 cm的质点，此时平衡位置在x=6 cm的质点刚刚要开始振动。图是该简谐波传播方向上的某一质点的振动图象(计时起点相同)。由此可知(　 　)
A．这列波的波长λ=4m
B．图乙可能是图甲中质点Q的振动图象
C．这列波的传播速度v=3 m/s
D．这列波的波源起振方向为向下
8．下列五幅图中关于振动和波的说法正确的是_______ (填正确答案标号．选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．粗糙斜面上的金属球M在弹簧的作用下运动,则该运动是简谐运动
B．若单摆的摆长为,摆球的质量为m、位移为x,则此时回复力为F=-
C．若此图为某简谐横波某时刻的波形图,则此时质点A、C之间的距离就是该波的一个波长
D．若实线为某简谐横波某时刻的波形图,且此时质点M沿y轴负向运动,则经极短时间后波形图可能如虚线所示
E.人站在水边观察,看不到远处水面下的物体,是因为水面下远处物体的光线射到界面上,入射角较大,发生了全反射,没有光能射到人眼处而不被觉察
9．一振动周期为T、位于x=0处的波源从平衡位置开始沿y轴正方向做简谐运动，该波源产生的简谐横波沿轴正方向传播，波速为v，关于在处的质点P，下列说法正确的是
A．质点P振动周期为T，速度的最大值为v
B．若某时刻质点P的速度方向沿y轴负方向，则该时刻波源速度方向沿y轴正方向
C．质点P开始振动的方向沿Y轴正方向
D．若某时刻波源在波峰，则质点P一定在波谷
10．如图，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0.5s。关于该简谐波，下列说法正确的是（ ）
A．波长为2 m
B．波速为6 m/s
C．t=1 s时，x=1 m处的质点处于波峰
D．t=2 s时，x=2 m处的质点经过平衡位置
11．甲、乙两船相距16 m，有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动6次.当甲船位于波峰 时，乙船也恰好位于波峰，这时两船之间还有一个波峰，则此列波的频率为____Hz，波速为____m/s.
12．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.
13．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)
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．B
【解析】A、由乙图读出时刻x=2m质点的振动方向沿y轴负方向，由甲图判断出波的传播方向沿x轴正方向，故A错误；
B、由甲图读出波长，由乙图读出周期，则波速，故B正确；
C、在时刻，图甲中x=2m质点位于平衡位置，速度最大，加速度为零，故C错误；
D、波源在一个周期内走过的路程为：s=4×0.2m=0.8m，故D错误；
故选B。
【点睛】本题关键要抓住振动图象与波动图象之间的联系，将一个周期分成四个周期研究质点的振动过程。
2．B
【解析】
由波的图象读出振幅和波长，由波速公式算出周期，由波的传播方向判断质点的振动方向，根据质点的位置分析质点的加速度、速度等；
【详解】
A、由于P点向负方向振动，可知波沿x轴正方向传播，故选项A错误；
B、此时刻质点P处于平衡位置，此时刻加速度为零，速度最大，故选项B正确；
C、由图像可知，波长为，根据公式可知：，经过半个周期P点仍在平衡位置，即t = 1 s时， 质点P的位移为0，故选项C错误；
D、当时，质点P处于正向最大位移处，此时刻速度为零，即动能最小，故选项D错误。
【点睛】
根据波的图象读出振幅、波长、速度方向及大小变化情况，加速度方向及大小变化情况等，是应具备的基本能力。
3．C
【解析】
A、波从波源开始振动，传播到P点用时0.6 s，传播到P点距离为6m，这列波的传播速度为，故A错误；
B、，由于t = 0.6 s时刻质点a不在平衡位置和最大位移处，所以经过0.1s，质点a通过的路程不是一个振幅10cm，故B错误。
C、根据“上下坡法”知t=0.6 s时刻质点b的速度方向沿y轴负方向，因，则t=0.7s时质点b的速度方向沿y轴负方向，故C正确；
D、根据“上下坡法”知t=0.6 s时刻质点a的速度方向沿y轴正方向，质点b的速度方向沿y轴负方向，此刻质点a与质点b运动方向相反，故D错误；
故选C。
4．C
【解析】
A项：立交桥上安装的隔音墙，是在声音传播途径中减弱噪音，故A正确；
B项：不同人声带的结构不同，发出声音的音色不同，接听电话时我们是根据音色分辨对方，故B正确；
C项：声音的传播速度与介质有关，与频率无关，声音的频率越高，传播速度不一定越快，故C错误；
D项：水面舰艇可以通过超声波探测海洋的深度和礁石，故D正确。
本题选错误的，故应选C。
5．D
【解析】
有机械振动才有可能有机械波，机械波要依据介质传播，波的传播过程中质点只在平衡位置附近振动，不随波逐流，机械波是传递的能量与振动形式．
【详解】
有机械波必有机械振动，而有机械振动若没介质不会形成机械波．故AB错误；机械波沿某一方向传播，而质点只是在其平衡位置附近振动，并不会随波前进；故C错误；波传播的是能量和振动形式，故在波传播过程中能量沿波的方向传播；故D正确；故选D．
【点睛】
本题考查机械波产生的条件是振源与介质，波传播的是振动这种形式．对机械波形成过程的理解能力．抓住形成机械波的条件、特点等是关键．
6．ACD
【解析】
根据图象读出波长 λ=12mm=1.2×10-2m，由v=λf得频率为，故A正确；质点A振动的周期为 T=1/f=8×10-6s，质点A只会上下振动，因为 t=1s=1.25×105，所以质点A在1s内运动的路程为 S=1.25×105×4A=1.25×105×4×0.004m=2000m，故B错误；根据题意可知虚线是反射回来的波，传播方向为x轴负方向，由上下坡法知，此时质点B正向y轴正向运动，故C正确；质点A、B两点都在平衡位置上方位移相同的地方，所以加速度大小相等方向相同，故D正确。故选ACD。
【点睛】
本题考查机械振动、机械波的速度、波长、频率、加速度、图象等相关知识。要知道质点做简谐运动时，根据时间与周期的倍数关系求通过的路程。
7．BD
【解析】
由甲读出波长λ=4m，由图乙读出周期T=2s，则波速，故A正确，C错误；
由图乙看出，t=0时刻，质点经过平衡位置向上，而图甲中，Q点也经过平衡位置向上运动，故乙图可能是图甲中质点Q的振动图象，故B正确。波源的起振方向与x3=6m的质点t=0时刻的振动方向，简谐波没x轴正方向传播，由波形平移法知x3=6m的质点在t=0时刻的振动方向向下，则波源的起振方向也向下，故D正确；故选：BD。
【点睛】
本题考查基本的读图能力，由波动图象读出波长，由波的传播方向判断质点的振动方向，由振动图象读出周期，判断质点的振动方向等等都是基本功，要加强训练，熟练掌握．
8．BDE
【解析】
简谐振动；机械波的传播；全反射．
【详解】
A．由于斜面粗糙，回复力不满足F=-kx规律，该运动不是简谐运动．故A错误．
B．对单摆的摆球受力分析如图：，重力的分力提供单摆的回复力，由图可得：，方向指向平衡位置，故应为负值，即则此时回复力为，故B正确．
C．质点A、C之间的距离不等于简谐波的波长，波长等于波形上相邻两个波峰或两个波谷间的距离．故C错误．
D．质点M向下运动，可知波形向右传播，则经极短时间后波形图如虚线所示．故D正确．
E．由光密介质向光疏介质传播的时候，光有可能发生全反射，水面下远处物体的光线射到界面上，入射角足够大，就发生了全反射，没有光能射到人眼处而不被觉察，故人站在水边观察，看不到远处水面下的物体，故E正确．
故选BDE．
9．BCD
【解析】
所有质点振动情况跟波源一样，但是振动速度与波的传播速度无关，A错，质点P跟波源相距半波长的整数倍，所以振动情况相反即某时刻质点P的速度方向沿y轴负方向，则该时刻波源速度方向沿y轴正方向，B对，若某时刻波源在波峰，则质点P一定在波谷，D对．质点P开始振动的方向与波源相同所以沿Y轴正方向C对，
10．BD
【解析】
A、由图所示，波长λ=4m，故A错误；
B、根据周期T＞0.5s可得，波的传播距离△x＜λ，由图可得△x=3m，故波速，故B正确；
C、D、根据波向右传播可得：t=0时刻，x=1m处质点在波峰，x=2m处质点在平衡位置向上振动；故时，x=1m处质点位于波谷；t=2s=3T时，x=2m处质点在平衡位置向上振动；故C错误，D正确.
故选BD.
【点睛】
机械振动问题中，一般根据振动图或质点振动得到周期、质点振动方向；再根据波形图得到波长和波的传播方向，从而得到波速及质点振动，进而根据周期得到路程.
11． 0.1 0.8
【解析】每只船每分钟上下浮动6次，则每秒振动0.1次，则波的频率为0.1Hz．甲船位于波峰时乙船恰位于波谷，两船之间还有一个波峰，两船之间的距离等于两个波长，
即有λ=8m，则波速为．
12． 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．
13．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．
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