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- 2021-05-22 发布
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第十二章 第三节 波长、频率和波速
基础夯实
一、选择题(1~5题为单选题,6题为多选题)
1.简谐机械波在给定的介质中传播时,下列说法中正确的是( D )
A.振幅越大,则波传播的速度越快
B.频率越大,则波传播的速度越快
C.在一个周期内,振动质点走过的路程等于一个波长
D.振动的频率越高,则波传播一个波长的距离所用的时间越短
解析:波速与振幅和频率没有直接的因果关系,所以A、B错误;质点在一个周期内的运动路程只与振幅有关,与波速无关,并不一定等于波长,故C错误;质点振动频率与波的频率相同,又f=,故D正确。
2.下表给出30℃时,声波在不同介质中的传播速度。显然当声波由空气进入纯水中时,波速增大,则下列说法中正确的是( B )
介 质
空气
纯水
盐水
橡胶
软木
铜
铁
波速(m/s)
332
1 490
1 531
30~50
480
3 800
4 900
A.频率增大,波长不变 B.频率不变,波长增大
C.频率和波长都不变 D.频率和波长都变大
解析:波在传播过程中频率不变,一列波从空气进入水中时,频率f不变,波速v增大,则由公式v=λf知波长增大。
3.如图所示是某一时刻的波形图象,波沿x轴正方向传播,波速是12m/s,则波长和频率分别是( B )
A.3cm;200Hz B.6cm;200Hz
C.2cm;400Hz D.12cm;50Hz
解析:由波形图可知,波长λ=6cm,则周期为:T==s,所以频率为:f==200Hz,故B正确。
4.(北京大学附中河南分校2016年高二下学期期中)一列简谐波沿x轴传播,t=0时刻的波形如图甲所示,此时质点P正沿y
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轴负方向运动,其振动图象如图乙所示,则该波的传播方向和波速分别是( A )
A.沿x轴负方向,60m/s B.沿x轴正方向,60m/s
C.沿x轴负方向,30m/s D.沿x轴正方向,30m/s
解析:由P点此时的运动方向向下,得出此波沿x轴负方向传播,由乙图可知:T=0.4s,由甲图可知:λ=24m,所以v==m/s=60m/s,故选A。
5.(北京市昌平区2017年高二下学期期末)一简谐横波在x轴上传播,波源的振动周期T=0.1s,t=0时刻的波形如图所示,且此时a点向下运动,则( B )
A.该波向左传播
B.该波的波速为20m/s
C.t=0.025s时,a质点将运动到波峰处
D.t=0.05s时,a质点将运动到x=3.0m处
解析:因为a点向下运动,所以波向右传播,A错;v==m/s=20m/s,故B对;t=0.025s=T,a质点运动到波谷处,C错;质点只能上下振动,D错。
6.(江西省玉山一中2017年高二下学期期中)一列简谐横波,沿x轴正方向传播,传播速度为10m/s,在t=0时的波形图如图所示,则下列说法正确的是( AC )
A.此时x=1.25m处的质点正在做加速度减小的加速运动
B.x=0.7m处的质点比x=0.6m处的质点先运动到波峰的位置
C.x=0处的质点再经过0.05s时间可运动到波峰位置
D.x=1m处的质点在做简谐运动,其振动方程为y=0.4sin(10πt)(m)
解析:由波形图可知,此时x=1.25m处的质点在x轴上方向下振动,则其做加速度向下减小的加速运动,选项A正确;此时刻x=0.7m处的质点和x=0.6m处的质点都在x轴下方向下振动;因x=0.6m处的质点位置比x=0.7m处的质点位置距离平衡位置较远,故x=0.6m
- 6 -
处的质点比x=0.7m处的质点先运动到波峰的位置,选项B错误;周期T==s=0.2s,x=0处的质点在t=0时刻在平衡位置向上振动,则再经过0.05s=的时间可运动到波峰位置,选项C正确;因ω==10πrad/s,则x=1m处的质点在做简谐运动,其振动方程为y=-0.4sin(10πt)(m),选项D错误;故选AC。
二、非选择题
7.甲、乙二人分乘两只船在湖中钓鱼,两船相距24m,有一列水波在湖面上传播,使每只船每分钟上下浮动10次,当甲船位于波峰时,乙船位于波谷,这时两船之间还有一个波峰,则此水波的波速为多少?
答案:m/s
解析:由题意可知T=s=6s。设此波的波长为λ,则有24=λ+,λ=16(m)
∴v==m/s=m/s。
能力提升
一、选择题(1~3题为单选题,4、5题为多选题)
1.(福建省晋江市养正中学2017~2018学年高二下学期期中)一列波长大于1m的横波沿着x轴正方向传播,处在x1=1m和x2=2m的两质点A、B的振动图象如图所示。由此可知( A )
A.波长为m
B.波速为1m/s
C.3s末A、B两质点的位移相同
D.1s末A质点的振动速度大于B质点的振动速度
解析:波从A向B传播,AB间的距离Δx=(n+)λ,n=0,1,2,…由题,波长大于1m,则n只能取0,即有Δx=λ,波长λ=m,波速为v==m/s,故A正确,B错误;3s末A、B两质点的位移分别为yA=-2cm,yB=0,位移不同,故C错误;由振动图象读出,1s末A质点的位移yA=2cm,处于波峰,速度最小,B质点的位移yB=0,处于平衡位置,速度最大,所以1s末A质点的速度小于B质点的速度,故D错误。
2.A、B两列波在某时刻的波形如图所示,经过t=TA时间(TA为波A的周期),
- 6 -
两波再次出现如图波形,则两波的波速之比vA︰vB不可能是( D )
A.1︰3 B.1︰2
C.2︰1 D.3︰1
解析:由图可知:λA=a,λB=a,
根据题意周期关系为:t=TA,t=nTB(n=1、2、3…)
所以有:vA=,vB=(n=1、2、3…)
故有:=(n=1、2、3…),故选项D不可能。
3.如图所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,从波传到x=5m的M点时开始计时,已知P点的振动周期为0.4s,下面说法中不正确的是( C )
A.这列波的波长是4m
B.这列波的传播速度是10m/s
C.质点Q(x=9m)经过0.5s才第一次到达波峰
D.M点右边各质点开始振动时的方向都是向下
解析:由图象可知这列波的波长是4m,故A正确;根据v=得:波速v=10m/s,故B正确;再经过0.5s,即波向前传播了1个周期,Q点位于波谷,故C错误;由质点带动法知Q点刚开始振动时振动方向向下,则M点右边各质点开始振动时的方向都是向下,故D正确。
4.(浙江省嘉兴市2017~2018学年高三上学期期末)如图所示,一列简谐波在x轴上传播,实线和虚线分别表示前后间隔1s的两个时刻的波形图,则这列简谐波的波速可能是( BC )
A.0.60m/s B.0.75m/s
C.1.05m/s D.1.15m/s
- 6 -
解析:由图可知波长为:λ=60cm。若波沿x轴正方向,传播的距离为:x1=(n+)λ n=0,1,2,……,波速为:v1==m/s=(0.6n+0.15)m/s n=0,1,2,……,当n=1时,v1=0.75m/s,故B正确;若波沿x轴负方向,传播的距离为:x2=(n+)λ n=0,1,2,……,波速为:v2==m/s=(0.6n+0.45)m/s n=0,1,2,……,当n=1时,v2=1.05m/s,故C正确。
5.(辽宁省铁路实验中学2017~2018学年高二下学期期中)在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点,相邻两质点的距离均为L,如图甲所示。一列横波沿该直线向右传播,t=0时到达质点1,质点1开始向下运动,经过时间Δt第一次出现如图乙所示的波形,则该波的( BC )
A.周期为Δt,波长为8L B.周期为Δt,波长为8L
C.周期为Δt,波速为 D.周期为Δt,波速为
解析:因质点开始振动方向向下,故经Δt时间第一次出现图示波形时,质点1和质点9之间恰好是一个波长,说明波由质点1传播到质点9需要一个周期的时间,但质点9刚开始振动的方向是向下振动,而波形图中质点9是向上振动的,说明波传播到质点9后又振动了半个周期,故有T=Δt,T=Δt,由图知,λ=8L,由v=得,v=,故B、C正确。
二、非选择题
6.一列简谐横波在x轴上传播,波速为50 m/s,已知t=0时刻的波形图如图(a)所示,图中M处的质点此时正经过平衡位置沿y轴的正方向运动。将t=0.5 s时的波形图象画在图(b)上(至少要画出一个波长)。
答案:如图所示
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解析:不论是用平移法还是特殊点法作波形图,都必须先求出Δt=t-0=0.5 s与周期T的倍数关系:T=λ/v=20/50 s=0.4 s,==1。
“舍整(数)、留分(数)”,只要考虑T/4后的波形即可。若用平移法,T/4内波沿x轴上传播λ/4;若用特殊点法,T/4内特殊点在垂直于x轴的方向上运动路程为一个振幅A。
根据M点的振动方向判明波传播的方向,方法同前。由此可知此波是沿-x方向传播。
7.(四川省资阳市2017年高二下学期期末)如图所示是一列简谐横波上A、B两点的振动图象,A、B两质点相距d=8 m。求这列波可能的波长λ和波速v。
答案:当波由A向B传播时,λ=m(n=0,1,2,3……),v=m/s(n=0,1,2,3……)
当波由B向A传播时,λ=m(n=0,1,2,3…),v=m/s(n=0,1,2,3……)
解析:由振动图象可知,质点振动周期T=0.4s
若该波从质点A传到质点B,取t=0时刻分析,质点A处于波峰,质点B经平衡位置向下振动,则有:Δx=nλ+λ(n=0,1,2,3……)
所以该波波长为:λ=m(n=0,1,2,3……)
波速为:v==m/s(n=0,1,2,3……)
若该波从质点B传到质点A,取t=0时刻分析,质点A处于波峰,质点B经平衡位置向下振动,则有:
Δx=nλ+λ(n=0,1,2,3……)
所以该波波长为:λ=m(n=0,1,2,3……)
波速为:v==m/s(n=0,1,2,3……)
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