人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述课时训练
展开eq \f( 基础巩固练,25分钟·满分60分 )
一、选择题(本题共7小题,每题6分,共42分)
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=eq \f(1,T),故D正确。
2.(多选)(2022·济南高二期末)如图甲所示,在均匀介质中P、Q两质点相距d=0.4 m,质点P的振动图像如图乙所示,已知t=0时刻,P、Q两质点都在平衡位置,且P、Q之间只有一个波峰,则下列判断正确的是( BCD )
A.波的传播速度可能为1 m/s
B.波的传播速度可能为eq \f(4,3) m/s
C.质点Q出现在波谷的时刻可能为t=0.15 s
D.质点Q出现在波谷的时刻可能为t=0.45 s
解析:t=0时,质点P向下振动,若P、Q之间存在一个波谷,那么波长λ=d=0.4 m,由题图乙可知,周期T=0.2 s,故波速v=eq \f(λ,T)=2 m/s;若P、Q之间存在两个波谷,那么波长λ=eq \f(2,3)d=eq \f(4,15)m,故波速v=eq \f(λ,T)=eq \f(4,3)m/s;若P、Q之间不存在波谷,那么波长λ=2d=0.8 m,故波速v=eq \f(λ,T)=4 m/s,故A错误,B正确;质点Q在平衡位置,有向上、向下运动两种可能。当质点Q在平衡位置向上运动时,质点Q下一次出现在波谷的时间是t=eq \f(3,4)T=0.15 s;当质点Q在平衡位置向下运动时,质点Q下一次出现在波谷的时间是t=eq \f(1,4)T=0.05 s,以后每间隔一个周期质点Q都会出现在波谷位置,故C、D正确。
3.(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( BC )
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
解析:由波形图可知,波长为4 m,故A错误;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,又该简谐波的周期大于0.5 s,波传播的距离Δx=eq \f(3,4)λ,eq \f(3,4)T=0.5 s,故周期T=eq \f(2,3) s,频率为1.5 Hz,波速v=λf=6 m/s,故B、C正确;t=0时,x=1 m处的质点处于波峰位置,t=1 s=eq \f(3,2)T时,该质点处于波谷,故D错误。
4.(2023·湖北省潜江高二下学期检测)如图所示为一简谐横波在某一时刻的波形图,已知此时质点A正向上运动,如图中箭头所示,由此可判断此横波( C )
A.向右传播,且此时质点B正减速运动
B.向右传播,且此时质点C位移正增大
C.向左传播,且此时质点D加速度正减小
D.向左传播,且此时质点E势能正减小
解析:由题意,此时质点A正向上运动,波形将向左平移,所以此横波向左传播。此时质点B、C的振动方向向下,D、E方向向上,B向平衡位置运动,速度增大,C向波谷运动,位移增大,D向平衡位置运动,加速度减小,E向波峰运动,位移增大,势能增大,故C正确,A、B、D错误。
5.如图所示是某一时刻的波形图像,波沿x轴正方向传播,波速是12 m/s,则波长和频率分别是( B )
A.3 cm;200 Hz B.6 cm;200 Hz
C.2 cm;400 Hz D.12 cm;50 Hz
解析:由波形图可知,波长λ=6 cm,则周期为:T=eq \f(λ,v)=eq \f(1,200) s,所以频率为:f=eq \f(1,T)=200 Hz,故B正确。
6.一列简谐波沿x轴传播,t=0时刻的波形如图甲所示,此时质点P正沿y轴负方向运动,其振动图像如图乙所示,则该波的传播方向和波速分别是( A )
A.沿x轴负方向,60 m/sB.沿x轴正方向,60 m/s
C.沿x轴负方向,30 m/s D.沿x轴正方向,30 m/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=0.4 s,由甲图可知:λ=24 m,所以v=eq \f(λ,T)=eq \f(24,0.4)m/s=60 m/s,故选A。
7.(多选)(2023·吉林延边二中高二期中)一列简谐横波沿x轴正方向传播,图甲是t=0时刻的波形图,图乙和图丙分别是x轴上某两处质点的振动图像。由此可知,这两质点平衡位置之间的距离可能是( BCD )
A.eq \f(1,3) m B.eq \f(2,3) m
C.eq \f(8,3) m D.eq \f(4,3) m
解析:由题图甲可知波长λ=2 m,振幅A=0.1 m,题图乙所示质点在t=0时在正向最大位移处,图丙所示质点在t=0时,y=-0.05 m,运动方向沿y轴负方向,结合波形图找到对应的点,如图所示。若题图乙所示质点为图中左侧波峰上的点,则两质点平衡位置之间的距离为eq \f(4,3) m;若题图乙所示质点为图中右侧波峰上的点,则两质点平衡位置之间的距离为eq \f(2,3) m;考虑到x=nλ+eq \f(2,3) m或x=nλ+eq \f(4,3) m,当n=1时,x=eq \f(8,3) m或eq \f(10,3) m。故A不可能,B、C、D可能。
二、非选择题(共18分)
8.(18分)一列简谐波向右传播,沿波的传播方向上有相隔一定距离的P、Q两点,当P点经过平衡位置时,Q点也恰好经过平衡位置,如图所示,已知P、Q间只有一个波峰,试画出P、Q间可能的波形。
答案:
解析:简谐波的波形是正弦波,根据P、Q两点均在平衡位置,且P、Q间只有一个波峰,故可画出4种波形,见答案。
eq \f( 素能等级练,15分钟·满分40分 )
一、选择题(本题共4小题,每题7分,共28分)
1.(多选)处于坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波,波速v=200 m/s。已知t=0时,波刚传播到x=40 m处,波形如图所示。则下列说法正确的是( AC )
A.波源开始振动时方向沿y轴负方向
B.x=10 m处质点每秒向右移动200 m
C.波上的点只在平衡位置上下振动,不随波迁移
D.当t=0.1 s时,x=40 m处的质点恰好到达波谷的位置
解析:所有质点的起振方向和波源起振方向一致,根据上下坡法,可知图中x=40 m处质点的起振方向沿y轴负方向,则波源开始振动时方向沿y轴负方向,故A正确;波上的质点只在平衡位置上下振动,不随波迁移,故B错误,C正确;当t=0.1 s时,即经过了一个周期,x=40 m处的质点回到了平衡位置,故D错误。故选AC。
2.一列简谐波在t=0时刻的全部波形如图所示,质点A、B、C、D对应x坐标分别为1 m、1.5 m、3 m、4 m。从此时开始,质点D比质点B先到达波谷。下列说法正确的是( B )
A.波源的起振方向沿y轴向上
B.振动过程中质点A、C动能始终相同
C.波沿x轴负方向传播
D.此时B点加速度沿y轴正方向
解析:从此时开始,质点D比质点B先到达波谷,说明波沿x轴正方向传播,所以C错;先振动的质点带动后振动质点的振动,波前质点的振动重复了波源质点的振动,由质点振动方向与波的传播方向关系知,此时波前质点D向下振动,从而确定波源的起振方向沿y轴向下,所以A错;由于A、C两质点相差了半个波长,所以振动步调始终相反,速度总是大小相等,方向相反,故动能始终相等,B正确;质点所受恢复力的方向始终指向平衡位置,所以此时B质点加速度方向沿y轴负方向。
3.(多选)(2022·浙江省嘉兴市高三上学期期末)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1 s的两个时刻的波形图,则这列简谐波的波速可能是( BC )
A.0.60 m/s B.0.75 m/s
C.1.05 m/s D.1.15 m/s
解析:由图可知波长为:λ=60 cm。若波沿x轴正方向,传播的距离为:x1=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n+\f(1,4)))λ n=0,1,2,…,波速为:v1=eq \f(x1,t)=eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n+\f(1,4)))λ,1) m/s=(0.6n+0.15)m/s n=0,1,2,…,当n=1时,v1=0.75 m/s,故B正确;若波沿x轴负方向,传播的距离为:x2=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n+\f(3,4)))λ n=0,1,2,…,波速为:v2=eq \f(x2,t)=eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n+\f(3,4)))λ,1) m/s=(0.6n+0.45) m/s,n=0,1,2,…,当n=1时,v2=1.05 m/s,故C正确。
4.(多选)(2022·辽宁省铁路实验中学高二下学期期中)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eq \f(2,3)Δt,波长为8L
C.周期为eq \f(2,3)Δt,波速为eq \f(12L,Δt)
D.周期为Δt,波速为eq \f(8L,Δt)
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eq \f(3,2)T=Δt,T=eq \f(2,3)Δt,由图知,λ=8L,由v=eq \f(λ,T)得,v=eq \f(12L,Δt),故B、C正确。
二、非选择题(共12分)
5.(12分)如图所示,实线是一列简谐横波在某时刻的波形图像,经过Δt=0.2 s后这列波的图像如图中虚线所示。求:
(1)这列波波长及振幅;
(2)若波沿x轴负方向传播,该波的波速的最小值;
(3)若波速等于45 m/s,则波沿哪个方向传播?
答案:(1)4 m 2 cm (2)15 m/s
(3)波沿x轴正向传播
解析:(1)由某时刻的波形图像知,这列波波长λ=4 m,振幅为A=2 cm;
(2)若这列波沿x轴负向传播,
有Δt=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n+\f(3,4)))T,
当n=0时,周期T有最大值
Tm=eq \f(4,3)Δt=eq \f(0.8,3) s,
对应波速最小,即v=eq \f(λ,Tm)=15 m/s。
(3)若波速等于45 m/s,经过Δt=0.2 s对应的传播距离s=vΔt=9 m,
满足s=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2+\f(1,4)))λ,
由波形平移可知,波沿x轴正向传播。
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