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- 2021-05-23 发布
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第3节 波长、频率和波速
一、选择题
1.(多选)关于波的周期下列说法正确的是( )
A.质点的振动周期就是波源的周期
B.波的周期是由波源驱动力的周期决定的
C.波的周期与形成波的介质的密度有关
D.经历整数个周期波形图重复出现,波峰向前移动了一段距离
解析:选ABD 波的周期性是由波源振动的周期性决定的,故A选项正确;波的周期等于波源驱动力的周期,与介质无关,故B选项正确,C选项错误;D选项正是波的周期性的体现,故D选项正确.
2.(多选)关于机械波的波长,下列说法正确的是( )
A.平衡位置相距一个波长的两个质点运动情况总是相同
B.运动情况总是相同的两个质点相距一个波长
C.在横波中,两个相邻的波峰间的距离等于一个波长
D.机械振动在一个周期内传播的距离为一个波长
解析:选ACD 平衡位置相距一个波长的两个质点位移总是相同,加速度也总是相同,速度也总是相同,A正确;运动情况总是相同的两个质点可能相距一个波长,也可能相距多个波长,B错误;在横波中,两个相邻的波峰(或波谷)间的距离等于一个波长,C正确;机械振动在一个周期内传播的距离为一个波长,D正确.
3.一根粗细均匀的绳子,右端固定,一人拿着左端的S点上下振动,产生一列向右传播的机械波,某时刻波形如图,则该波的( )
A.波速增大 B.波速减小
C.频率增大 D.频率减小
解析:选C 波速是由介质的性质决定的,与波长无关.故该波的波速保持不变,故A、B错误;由图看出,该波的波长减小,而波速一定,由波速v=λf分析得知频率增大,故C正确,D错误.
4.(多选)下列关于简谐运动和简谐波的说法正确的是( )
A.介质中质点振动的周期一定和相应的波的周期相等
B.介质中质点振动的速度一定和相应的波的波速相等
C.波的传播方向一定和介质中质点振动的方向一致
D.横波的波峰与波谷在振动方向上的距离一定是质点振幅的两倍
解析:
6
选AD 介质中的质点的振动周期和相应的波传播周期一致,选项A正确;各质点做简谐运动,速度随时间做周期性的变化,但波在均匀介质中是匀速向前传播的,所以不相等,选项B错误;质点的振动方向与波的传播方向关系不确定,选项C错误;根据波的特点可知,选项D正确.
5.下表给出30 ℃时,声波在不同介质中的传播速度.当声波由空气进入铜中时,下列说法正确的是( )
介质
空气
纯水
盐水
橡胶
软木
铜
波速(m/s)
332
1 490
1 531
30~50
480
3 800
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:选B 波在传播过程中频率不变,一列波从空气进入铜中时,频率f不变,波速v增大,则由公式v=λf知波长增大.故选项B正确.
6.(多选)(2019·天津卷)一列简谐横波沿x轴传播,已知x轴上x1=1 m和x2=7 m处质点的振动图象分别如图1、图2所示,则此列波的传播速率可能是( )
A.7 m/s B.2 m/s
C.1.2 m/s D.1 m/s
解析:选BC 由两质点的振动图象可知,t=0时刻,x1=1 m处的质点处在平衡位置向下运动,x2=7 m处的质点位于波峰处,该波的传播周期为T=4 s.若该简谐横波沿x轴正方向传播,则两质点间的距离为λ=6 m(n=0、1、2、…),则λ= m,由波速的公式得v== m/s(n=0、1、2、…),n=0时,v=6 m/s;n=1时,v=1.2 m/s;n=2时,v= m/s,C正确;若该简谐横波沿x轴负方向传播,则两质点间的距离为λ=6 m(n=0、1、2、…),则λ= m,由波速的公式得v== m/s(n=0、1、2、…),n=0时,v=2 m/s;n=1时,v= m/s,B正确,A、D错误.
7.(2019·武汉外国语学校期末)一简谐横波沿水平方向由质点a向质点b传播,波速为4 m/s,a、b两质点平衡位置间的距离为2 m,t=0时刻,a在波峰,b在平衡位置且向下振动,则下列时刻中b可能第一次处在波峰位置的是( )
A. s B. s
6
C. s D. s
解析:选B 根据题意知a、b两质点平衡位置间的距离为λ,所以λ= m,T== s(n=0,1,2,3,…).经过T,b第一次处在波峰位置,所以Δt= s(n=0,1,2,3,…).所以n=0时,Δt= s;n=1时,Δt= s,故A、C、D错误,B正确.
8.(2018·江苏天一中学期中)如图为一列在均匀介质中传播的简谐横波在t=4 s时刻的波形图,此刻x=8 m处的质点恰好开始振动,若已知波源在坐标原点O处,波速为2 m/s,则( )
A.振源开始振动时的方向沿y轴正方向
B.质点P的振幅比质点Q的振幅小
C.再经过Δt=4 s,质点P将向右移动8 m
D.再经过Δt=4 s,质点Q通过的路程是0.4 m
解析:选D 由题意知波向x轴正方向传播,此刻x=8 m处的质点恰好开始振动,其振动方向沿y轴负方向,可知波源开始振动时的方向沿y轴负方向,故A错误;参与波动的各个质点均做简谐振动,振动形式同波源完全一致,所以质点P和质点Q振幅相同,故B错误;质点P所做的是简谐运动,并不会随波向右运动,故C错误;由波速公式v=得,T== s=2 s,Δt=4 s=2T,而质点做简谐运动时每个周期内的路程为振幅的4倍,故质点Q的路程为8×0.05 m=0.4 m,故D正确.
9.(多选)(2019·天津市耀华中学期中)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x轴正方向传播,波速为v,关于在x=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.当质点P开始振动后,若某时刻波源在波峰,则质点P一定在波谷
解析:选BCD 质点P的振动周期与波源的振动周期相同,均为T
6
,但其振动速度的最大值不一定为v,故A错误;x==λ,P与波源是反相点,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,故B正确;根据波的特点,简谐波传播过程中,质点的起振方向都与波源的起振方向相同,故质点P开始振动的方向沿y轴正方向,故C正确;P与波源是反相点,若某时刻波源在波峰,则质点P一定在波谷,故D正确.
10.(多选)一列简谐横波沿x轴传播,a、b为x轴上的两质点,平衡位置分别为x=0、x=xb(xb>0).a点的振动规律如图所示.已知波速为v=1 m/s,在t=1 s时b的位移为0.05 m,则下列判断正确的是( )
A.从t=0时刻起的2 s内,a质点随波迁移了2 m
B.t=0.5 s时,质点a的位移为0.05 m
C.若波沿x轴正向传播,则可能xb=1.5 m
D.若波沿x轴负向传播,则可能xb=2.5 m
解析:选CD 根据图象可知该波的周期为2 s,振幅为0.05 m.在波的传播过程中,各质点在自己的平衡位置附近振动,并不随波迁移,故A错误;由题图可知,t=0.5 s时,质点a的位移为-0.05 m,故B错误;已知波速为v=1 m/s,则波长λ=vT=2 m,由题图可知,在t=1 s时刻a位于平衡位置而且振动方向沿y轴正向,而在t=1 s时b的位移为0.05 m,位于正的最大位移处,可知若波沿x轴正向传播,则b与a之间的距离xb=λ(n=0、1、2、3、…),则有xb=1.5 m、3.5 m、…,故C正确;若波沿x轴负向传播,则b与a之间的距离xb=λ(n=0、1、2、3、…),则有xb=0.5 m、2.5 m、…,故D正确.
二、非选择题
11.一列沿x轴负方向传播的简谐横波,在t=0时刻的波形如图所示,质点振动的振幅为10 cm,P、Q两点的坐标分别为(-1 m,0)和(-9 m,0),已知t=0.7 s时,P点第二次出现波峰.
(1)这列波的传播速度为多大?
6
(2)从t=0时刻起,经过多长时间Q点第一次出现波峰?
(3)当Q点第一次出现波峰时,P点通过的路程为多少?
解析:(1)由题意可知该波的波长为λ=4 m
P点与最近波峰的水平距离为3 m,距离下一个波峰的水平距离为s=7 m,所以v==10 m/s.
(2)Q点与最近波峰的水平距离为s1=11 m
故Q点第一次出现波峰的时间为t1==1.1 s.
(3)该波中各质点振动的周期为T==0.4 s
P点开始振动的时间t′==0.2 s
Q点第一次出现波峰时P点振动了t2=t1-t′=2T+T=
质点每振动经过的路程为10 cm,当Q点第一次出现波峰时,P点通过的路程s′=9A=90 cm=0.9 m.
答案:(1)10 m/s (2)1.1 s (3)0.9 m
12.如图所示是一列沿x轴方向传播的简谐横波的波动图象,实线是某时刻的波形,虚线是0.2 s后的波形.
(1)若波向左传播,求它的可能的周期和最大周期;
(2)若波向右传播,求它的可能的传播速度;
(3)若波速是45 m/s,求波的传播方向.
解析:(1)波向左传播,传播的时间为Δt=T+nT(n=0,1,2,…)
所以T== s(n=0,1,2,…),最大周期为Tmax= s .
(2)波向右传播,Δt=+nT(n=0,1,2,…)
所以T= s(n=0,1,2,…),而λ=4 m
所以v==5(4n+1) m/s(n=0,1,2,…).
6
(3)波速是45 m/s,设波向右传播,由(2)问求得的向右传播的波速公式得45 m/s=5(4n+1) m/s,解得n=2,故假设成立;若波向左传播,同理易知45 m/s=5(4n+3) m/s,解得n=1.5,不成立,因此波向右传播.
答案:(1) s(n=0,1,2,…) s (2)5(4n+1) m/s(n=0,1,2,…) (3)向右
6
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