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- 2021-05-22 发布
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1.(多选)如图a所示为一列简谐横波在t=0.10 s时刻的波形图,P是平衡位置在x=1.0 m处的质点,Q是平衡位置在x=4.0 m处的质点;图b为质点Q的振动图象。下列说法正确的是( )
A.在t=0.10 s时,质点Q向y轴正方向运动
B.在t=0.25 s时,质点P的加速度方向与y轴正方向相同
C.从t=0.10 s到t=0.25 s,该波沿x轴负方向传播了6 m
D.从t=0.10 s到t=0.25 s,质点P通过的路程为30 cm
E.质点Q简谐运动的表达式为y=0.10sin10πt(m)
答案 BCE
解析 由图a得λ=8 m,由图b得T=0.2 s,所以v==40 m/s。由图b知,在t=0.10 s时,质点Q通过平衡位置向y轴负方向运动,A错误;结合图a,由“同侧法”判得波沿x轴负方向传播,画出t=0.25 s时的波形图,如图所示,标出P、Q点,此时P点在x轴下方,其加速度向上,B正确;Δt=0.25 s-0.10 s=0.15 s=T,Δx=v·Δt=6 m,C正确;t=0.10 s时,P点位置不在平衡位置或最大位移处,所以经过Δt=T质点通过的路程不等于3A(即30 cm),故D错误;由图b知A=0.10 m,ω==10π rad/s,所以Q点简谐运动表达式为y=0.10sin10πt(m),E正确。
2.(多选)一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)的质点刚好开始运动,在t=0.3 s时刻,质点P在t
=0时刻后首次到达波峰位置,质点Q的坐标是(-3,0),则下列说法正确的是( )
A.在t=0时刻,质点P的速度方向沿y轴负方向
B.这列波的传播速度为 m/s
C.在0~0.3 s时间内,质点A运动的路程为0.03 m
D.在t=0.5 s时刻,质点Q首次到达波峰位置
E.这列波的波源起振方向沿y轴正方向
答案 ADE
解析 根据t=0时刻的波形图,可知波长λ=4 cm,波向左传播,根据同侧法可知在t=0时刻质点P沿y轴负方向运动,故质点P的速度方向沿y轴负方向,A正确;在t=0.3 s时,质点P在t=0时刻后首次到达波峰位置,说明0.3 s=T,即波动周期T=0.4 s,这列波的传播速度为v==10 cm/s=0.1 m/s,B错误;在0~0.3 s时间内,即T时间内,质点A运动的路程为3个振幅,即3×8 cm=24 cm=0.24 m,C错误;t=0时刻坐标为(1,0)的质点刚好开始运动,由“上下坡”法可知该点的起振方向沿y轴正方向,所以这列波的波源起振方向沿y轴正方向,E正确;在t=0.5 s时,波沿x轴负方向传播了Δx=vt=0.1×0.5 m=5 cm,知t=0.4 s时波传播到Q,质点Q开始向上起振,t=0.5 s时质点Q首次到达波峰位置,D正确。
3.(多选)如图所示,一简谐横波在某区域沿x轴传播,实线a为t=0时刻的波形图线,虚线b为t=Δt时刻的波形图线,已知该简谐横波波源振动的频率f=2.5 Hz,虚线b与x轴交点P的坐标xP=1 m。则下列说法正确的是( )
A.这列波的传播速度大小一定为20 m/s
B.这列波一定沿x轴正向传播
C.可能有Δt=1.25 s
D.可能有Δt=1.45 s
E.若该列波遇到宽度为6 m的障碍物能发生明显的衍射现象
答案 ACE
解析 由横波的图象可知λ=8 m,则v=λf=8×2.5 m/s=20 m/s, A正确。波可能沿x轴正向或x轴负向传播,B错误。若波沿x轴正向传播,则距离1 m=λ,故Δt=+nT(n=0,1,2,…),即Δt=0.05+0.4n,当n=3时,Δt=1.25 s;若波沿x轴负向传播,则距离7 m=λ,故Δt=+mT(m=0,1,2,…),即Δt=0.35+0.4m,Δt=0.35 s、0.75 s、1.15 s、1.55 s、1.95 s,C正确,D错误。障碍物宽度d=6 m,比波长8 m小,能发生明显的衍射现象,E正确。
[真题模拟练]
4.(2018·全国卷Ⅲ)(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0和t=0.20 s时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期T>0.20 s。下列说法正确的是( )
A.波速为0.40 m/s
B.波长为0.08 m
C.x=0.08 m的质点在t=0.70 s时位于波谷
D.x=0.08 m的质点在t=0.12 s时位于波谷
E.若此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s,则它在该介质中的波长为0.32 m
答案 ACE
解析 根据波形图可知,波长λ=16 cm=0.16 m,B错误;根据t=0时刻和t=0.20 s时刻的波形图可知T=0.2 s,T= s,n=0,1,2,3,…,而已知该波的周期T>0.20 s,故该波的周期T=0.40 s,波速v==0.40 m/s,A正确;简谐波沿x轴正方向传播,x=0.08 m的质点在t=0时刻沿y轴正方向运动,在 t=0.70 s=1T时位于波谷,在t=0.12 s=T时位于y>0的某位置(不是位于波谷),C正确,D错误;若此波传入另一介质中,周期T不变,其波速变为v=0.80 m/s,由λ=vT可得它在该介质中的波长为λ=0.80×0.4 m=0.32 m,E正确。
5.(2018·北京高考)如图所示,一列简谐横波向右传播,P、Q两质点平衡位置相距0.15 m。当P运动到上方最大位移处时,Q刚好运动到下方最大位移处,则这列波的波长可能是( )
A.0.60 m B.0.30 m C.0.20 m D.0.15 m
答案 B
解析 可以画出PQ之间的最简单的波形,如图所示,同时由于PQ之间可以含有多个完整的波形,则xPQ=λ(n=0,1,2,…)整理可以得到λ=(n=0,1,2,…),当n=0时,λ=0.3 m,当n=1时,λ=0.1 m,故B正确,A、C、D错误。
6.(2017·全国卷Ⅲ)(多选)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0.5 s。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.频率为1.5 Hz
D.t=1 s时,x=1 m处的质点处于波峰
E.t=2 s时,x=2 m处的质点经过平衡位置
答案 BCE
解析 由简谐横波的波动图象可知,波长为4 m,A错误。t=0.5 s时波向x轴正方向传播的距离为x=λ(n=0,1,2,3…),即t=T=0.5 s(n=0,1,2,3…),解得T= s,又T>0.5 s,故n=0,T= s,则波速v==6 m/s,B正确。频率f==1.5 Hz,C正确。t=0时x=1 m处的质点处于波峰,因t=1 s时n===1.5,则t=1 s时x=1 m处的质点处于波谷,D错误。t=0时x=2 m处的质点经过平衡位置向上振动,因t=2 s时n===3,则此时x=2 m处的质点经过平衡位置向上振动,E正确。
7.(2016·全国卷Ⅰ)(多选)某同学漂浮在海面上,虽然水面波正平稳地以1.8 m/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15 s。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6 Hz
C.该水面波的波长为3 m
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
E.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时振动的质点并不随波迁移
答案 ACE
解析 水面波是一种机械波,传播过程中各质点只在平衡位置上下往复运动,不随波的传播而迁移,因此水面波不会将该同学推向岸边,故D错误,A、E正确。由题意可知该波的周期T= s= s,频率f==0.6 Hz,波长λ=vT=1.8× m=3 m,故B错误,C正确。
8.(2016·全国卷Ⅲ)(多选)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的频率为20 Hz,波速为16 m/s。已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧,且P、Q和S的平衡位置在一条直线上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8 m、14.6 m。P、Q开始振动后,下列判断正确的是( )
A.P、Q两质点运动的方向始终相同
B.P、Q两质点运动的方向始终相反
C.当S恰好通过平衡位置时,P、Q两点也正好通过平衡位置
D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰
E.当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰
答案 BDE
解析 由波速公式v=λf得λ==0.8 m,LSP=λ=19λ,LSQ=λ=18λ,由波动的周期性,采用“去整留零”的方法,可在波形图上标出S、P、Q三点的位置,如图所示,由图可知,P、Q两点的运动方向始终相反,A项错误,B项正确;S在平衡位置时,P、Q一个在波峰,一个在波谷,C项错误;当S恰通过平衡位置向上运动时,P在波峰,Q在波谷,反之则相反,故D、E两项正确。
9.(2018·全国卷Ⅱ)声波在空气中的传播速度为340 m/s,在钢铁中的传播速度为4900 m/s。一平直桥由钢铁制成,某同学用锤子敲击一铁桥的一端而发出声音,分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s。桥的长度为________ m,若该波在空气中的波长为λ,则它在钢铁中波长为λ的________倍。
答案 365
解析 设桥的长度为s,则声音在钢铁中传播的时间
t==,
声音在空气中的传播时间为t′==,
根据题意Δt=t′-t=-=1 s,
解得:s=365 m。
声音在不同介质中的频率是不会改变的,由公式可知
λ=,λ钢=,解得λ钢=λ=λ=λ。
10.(2017·全国卷Ⅰ)如图a,在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0,-2)。两波源的振动图线分别如图b和图c所示。两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为________ m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)。
答案 2 减弱 加强
解析 波长λ=vT=2 m,两列波的波长相等。
两波源到A点的路程差Δx= m-8 m=2 m。
两波源到B点的路程差Δx′= m- m=0,初相相差π,B点为振动减弱点。
两波源到C点的路程差Δx″=3.5 m-2.5 m=1 m=,初相相差π,C点为振动加强点。
11.(2018·全国卷Ⅰ)一列简谐横波在t= s时的波形图如图a所示,P、Q是介质中的两个质点。图b是质点Q的振动图象。求:
(1)波速及波的传播方向;
(2)质点Q的平衡位置的x坐标。
答案 (1)18 cm/s 波沿x轴负方向传播 (2)9 cm
解析 (1)由图a可以看出,该波的波长为λ=36 cm①
由图b可以看出,周期为T=2 s②
波速为v==18 cm/s③
由图b知,当t= s时,Q点向上运动,结合图a可得,波沿x轴负方向传播。
(2)设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ。
由图a知,x=0处y=-=Asin(-30°),
因此xP=λ=3 cm④
由图b知,在t=0时Q点处于平衡位置,经Δt= s,其振动状态向x轴负方向传播至P点处,
由此及③式有xQ-xP=vΔt=6 cm⑤
由④⑤式得,质点Q的平衡位置的x坐标为
xQ=9 cm。
12.(2018·江苏高考)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在x=0和x=0.6 m处的两个质点A、B的振动图象如图所示。已知该波的波长大于0.6 m,求其波速和波长。
答案 v=2 m/s λ=0.8 m
解析 由图象可知,周期T=0.4 s,
由图象可知,波从A到B的传播时间Δt=T(n=0,1,2…)
波速v==,
波长λ=vT== m,
由于λ>0.6 m,故n=0,代入数据得λ=0.8 m,v=2 m/s。
13.(2016·全国卷Ⅱ)一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长不小于10 cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=5 cm处的两个质点。t=0时开始观测,此时质点O的位移为y=4 cm,质点A处于波峰位置;t= s时,质点O第一次回到平衡位置,t=1 s时,质点A第一次回到平衡位置。求:
(1)简谐波的周期、波速和波长;
(2)质点O的位移随时间变化的关系式。
答案 (1)4 s 7.5 cm/s 30 cm
(2)y=0.08cos m
解析 (1)设振动周期为T。由于质点A在0到1 s内由最大位移处第一次回到平衡位置,经历的是个周期,由此可知
T=4 s①
由于质点O与A的距离5 cm小于半个波长,且波沿x轴正向传播,O在t= s时回到平衡位置,而A在t=1 s时回到平衡位置,时间相差 s。
波的速度为v= cm/s=7.5 cm/s②
利用波长、波速和周期的关系得,简谐波的波长
λ=vT=7.5×4 cm=30 cm③
(2)设质点O的位移随时间变化的关系式为
y=Acos④
将①式及题给条件代入上式得⑤
解得φ0=,A=8 cm⑥
质点O的位移随时间变化的关系式为
y=0.08cos m⑦
。