物理选择性必修 第一册第三章 机械波2 波的描述练习题

这是一份物理选择性必修 第一册第三章 机械波2 波的描述练习题，共7页。

(建议用时：25分钟)
考点一 波的图像
1．下列选项为一列横波在某介质中传播时某一时刻的波形图，已知波的传播方向向右，能正确描述各质点继续振动时运动方向的是( )
C [处在位移最大处的质点一定向平衡位置运动，因此，A、D两项错误，利用“上下坡”法可判断C项正确，B项错误．]
2．(多选)如图所示，实线为某时刻一横波的图像，虚线是短暂时间间隔Δt后的波的图像，且已知波传播得很慢，则由图像可判断出( )
A．波传播速度的大小B．波的传播方向
C．各质点的速度D．各质点的振动方向
BD [据题意，由于Δt很小，而且波传播得很慢，因而波传播了很小的距离，即波向右传播，只要确定了传播方向，那么各质点的振动方向就完全确定，但由于Δs、Δt未知，因而v＝eq \f(Δs,Δt)不确定，B、D两项正确，A、C两项错误．]
3．如图所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，已知质点A在此时刻的振动方向如图中箭头所示，则以下说法中正确的是( )
A．波向左传播，质点B向下振动，质点C向上振动
B．波向右传播，质点B向上振动，质点C向下振动
C．波向左传播，质点B向上振动，质点C向上振动
D．波向右传播，质点B向下振动，质点C向下振动
C [解决该题有许多方法，现用“上下坡法”判断，若波向右传播，则A质点处于下坡，应向上振动．由此可知波向左传播．同理可判断C向上振动，B向上振动，故C项正确．]
考点二 波长、频率和波速
4.一列简谐横波沿x轴正方向传播，频率为5 Hz，图中A、B两质点的横坐标分别为x＝2 cm和x＝16 cm.某时刻的波形如图所示，从该时刻算起，当质点B的位移和速度与图示时刻质点A的运动状态相同时，所需的最短时间为( )
A．0.08 s B．0.12 s
C．0.14 sD．0.16 s
C [由题图可知，波长λ＝20 cm，速度v＝λf＝0.2×5 m/s＝1 m/s.质点A的运动状态传播16 cm－2 cm＝14 cm所需的最短时间为t＝0.14 s，选项C正确．]
5．平静湖面传播着一列水面波(横波)，在波的传播方向上有相距3 m的甲、乙两个小木块随波上下运动，测得两个小木块每分钟都上下30次，甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰．这列水面波( )
A．频率是30 HzB．波长是3 m
C．波速是1 m/sD．周期是0.1 s
C [据题意，甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰，则1.5λ＝3 m，得λ＝2 m．由小木块每分钟振动30次得小木块振动的频率f＝eq \f(30,60) Hz＝0.5 Hz，周期为T＝eq \f(1,f)＝2 s，故波速v＝λf＝2×0.5 m/s＝1 m/s.由以上分析可知C项正确．]
6．小明将不同规格的橡皮筋A、B系在一起，连接点为O，请两个同学抓住橡皮筋的两端，并将橡皮筋靠近瓷砖墙面水平拉直．小明用手抓住O点，上下快速抖动．某时刻橡皮筋形状如图所示，下列判断正确的是( )
A．两种橡皮筋中的波长相同
B．两种橡皮筋中波的频率相同
C．两种橡皮筋中的波速相同
D．此时两种橡皮筋中a、b两质点的运动方向相反
B [由题图可知，橡皮筋A的波长为橡皮筋B的波长的两倍，选项A错误；两橡皮筋的振动为受迫振动，橡皮筋中波的频率相同，都为小明抖动的频率，选项B正确；由v＝λf知，橡皮筋A的波速为橡皮筋B的波速的两倍，选项C错误；由同侧法可判断，此时两种橡皮筋中a、b两质点的运动方向相同，选项D错误．]
7．一列简谐横波沿直线由a向b传播，相距10.5 m的a、b两处的质点振动图像如图中a、b所示，则( )
A．该波的振幅可能是20 cm
B．该波的波长可能是8.4 m
C．该波的波速可能是10.5 m/s
D．该波由a传播到b可能历时7 s
D [题中给出了两个质点的振动图像，从图中直接可以看出振动的振幅为10 cm，周期为4 s，选项A错误；因为波是沿着a向b传播，所以从振动图像可以看出，T＝4 s，b比a至少晚振动eq \f(3,4)个周期，则a、b间距离与波长的关系为s＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n＋\f(3,4)))λ，(n＝0,1,2，…)，波由a传播到b历时t＝nT＋eq \f(3,4)T(n＝0,1,2，…)，再利用v＝eq \f(λ,T)，可得选项B、C错误，D正确．]
考点三 机械波的多解问题
8．(多选)一列简谐波在某一时刻的波形如图所示，经过一段时间，波形变成如图中虚线所示，已知波速大小为1 m/s.则这段时间可能是( )
A．1 sB．2 s
C．3 sD．4 s
AC [如果这列波向右传播，则传播的距离为nλ＋eq \f(1,4)λ(n＝0,1,2，…)，λ＝4 m．则这段时间可能为1 s、5 s、9 s、…，故选项A正确；如果这列波向左传播，则传播的距离为nλ＋eq \f(3,4)λ(n＝0,1,2，…)，则这段时间可能为3 s、7 s、11 s、…，故选项C正确．]
9．(多选)一列横波在t＝0时刻的波形如图实线所示，在t＝1 s时的波形如图中虚线所示．由此可以判定此波的( )
A．波长一定是4 cm
B．周期一定是4 s
C．振幅一定是2 cm
D．传播速度一定是1 cm/s
AC [解有关波动图像的题目，一般可分为两类：一类是读图，可以直接从图上读出振幅和波长，此题便可读出波长是4 cm，振幅是2 cm，故A、C选项正确；另一类是根据图像给定的条件，去计算波速、周期，判定波传播的方向，判定某一质点的运动情况及判定某一时刻的波形图．这类问题的解决，是建立在正确读图和对波动的正确理解上的，是较深层次的考查．此题表示出在1 s时间内图像的变化，这1 s时间与周期的关系是nT＋eq \f(1,4)T＝1 s(n＝0,1,2,3，…)是不确定解．因此B选项错误．同理传播速度v＝eq \f(λ,T)也不确定，D选项也错误．]
(建议用时：15分钟)
10．(多选)一列简谐波在某时刻的波形如图所示，则下列说法中正确的是( )
A．此列波的振幅是0.1 m
B．x＝15 m处质点的位移是0.1 m
C．若A质点的速度沿y轴正方向，则B质点的速度也沿y轴正方向
D．A质点的加速度沿y轴负方向，B、C两质点的加速度沿y轴正方向
ACD [从波形图中可以直接读出振幅、某质点的位移，并判断某质点运动的方向．故选项A、C、D正确．]
11．(多选)一列简谐横波在某时刻的波形如图所示，此时刻质点P的速度为v，经过0.2 s后它的速度大小、方向第一次与v相同，再经过1.0 s它的速度大小、方向第二次与v相同，则下列判断中正确的是( )
A．波沿x轴负方向传播，且波速为10 m/s
B．若某时刻N质点到达波谷处，则Q质点一定到达波峰处
C．质点M与质点Q的位移大小总是相等、方向总是相反
D．从图示位置开始计时，在3 s时刻，质点M偏离平衡位置的位移y＝－10 cm
BD [假设P点向下振动，则第一次速度与v相同需要经过大于半个周期的时间，第二次速度与v相同需要经过小于半个周期的时间，与题目中给的时间不符合，所以P点应向上振动，根据同侧法判断该机械波应该向右传播，选项A错误；根据题意得，两次速度与v相同时间加在一起共一个周期即质点P的振动周期为0.2 s＋1.0 s＝1.2 s，所以波的传播周期也为1.2 s，波长为12 m，所以波的传播速度为10 m/s.N、Q相距eq \f(λ,2)，由于对称性，N、Q速度大小相等，方向相反，所以N到波谷，Q到波峰，选项B正确；经过eq \f(3,4)T波向右平移eq \f(3,4)λ，可以发现M、Q均为正位移，选项C错误；3 s＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2＋\f(1,2)))T，所以图形正好与本题图关于x轴对称，所以此时刻质点M偏离平衡位置的位移y＝－10 cm，选项D正确．]
12．如图所示是一列横波在某一时刻的波形图，若波沿x轴正方向传播，则：
(1)质点A的振动方向、质点C的振动方向、质点D的振动方同各是怎样的？
(2)再经过eq \f(3,4)T，质点A通过的路程是多少？质点C的位移是多少？
[解析] (1)由“带动看齐法”(或“上下坡法”)知，波沿x轴正方向传播时，质点A向上振动，质点C向下振动，质点D在正方向最大位移处，速度为零．
(2)再经过eq \f(3,4)T，质点A通过的路程为3A＝3×2 cm＝6 cm；质点C到达正向最大位移处，即C的位移是2 cm，方向沿y轴正方向．
[答案] 见解析
13．一列简谐横波在x轴上传播，a、b是x轴上相距sab＝6 m的两质点．t＝0时，b点正好到达最高点，且b点到x
轴的距离为4 cm，而此时a点恰好经过平衡位置向上运动，已知这列波的频率为25 Hz.
(1)求经过时间1 s，a质点运动的路程；
(2)设a、b在x轴上的距离大于一个波长，求该波的波速．
[解析] (1)质点a一个周期运动的路程s0＝4A＝0.16 m,1 s内的周期数n＝ft＝25，则1 s内运动的路程s＝ns0＝4 m.
(2)若波由a传向b，则sab＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n＋\f(3,4)))λ，v＝λf＝eq \f(600,4n＋3) m/s(n＝1,2，…)；若波由b传向a，则sab＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n＋\f(1,4)))λ，v＝λf＝eq \f(600,4n＋1) m/s(n＝1,2，…)．
[答案] (1)4 m (2)见解析