人教版新高考物理一轮总复习训练题　机械波

考点规范练31　机械波

一、单项选择题

1.介质中有一列简谐机械波传播,对于其中某个振动质点(　　)

A.它的振动速度等于波的传播速度

B.它的振动方向一定垂直于波的传播方向

C.它在一个周期内走过的路程等于一个波长

D.它的振动频率等于波源的振动频率

2.(2020·江苏镇江一中月考)下列各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①、②图)或障碍物(③、④图),每两条相邻曲线之间距离表示一个波长,其中能发生明显衍射现象的有(　　)

A.③④ B.②④ C.①③ D.①②

3.(2020·山东高考模拟考)某一列沿x轴传播的简谐横波,在t=时刻的波形如图所示,P、Q为介质中的两质点,质点P正在向动能增大的方向运动。下列说法正确的是(　　)

A.波沿x轴正方向传播

B.t=时刻,Q比P的速度大

C.t=时刻,Q到达平衡位置

D.t=时刻,P向y轴正方向运动

4.(2020·浙江新高考联盟联考)如图所示,因波源S周期性振动产生向右传播的机械波,振幅呈现A、2A交替变化。在t=0时刻恰好传到x=7d位置处,P、Q分别是x=2d和x=4d位置处的两个质点。下列说法正确的是(　　)

A.波源S的振动频率始终保持不变

B.机械波的波速在不断变化

C.当机械波刚好传到x=11d位置处时,P点和Q点经过的路程相等

D.任一时刻,质点P和质点Q的速度方向相同

5.(2020·山东潍坊模拟)甲、乙两列简谐横波沿同一直线传播,t=0时刻两波叠加区域各自的波形如图所示。已知甲沿x轴正方向传播,乙沿x轴负方向传播,两列波的传播速度相同,甲的周期为0.4 s,则(　　)

A.两列波在相遇区域会发生干涉现象

B.t=0时,x=4 m处质点速度沿y轴正方向

C.t=0.2 s时,x=4 m处质点位置为y=-1 cm

D.t=0.2 s时,x=4 m处质点速度为零

二、多项选择题

6.(2020·浙江卷)如图所示,x轴上-2 m、12 m处有两个振动周期均为4 s、振幅均为1 cm的相同的波源S1、S2,t=0时刻同时开始竖直向下振动,产生波长均为4 m沿x轴传播的简谐横波。P、M、Q分别是x轴上2 m、5 m和8.5 m的三个点,下列说法正确的是(　　)

A.6.0 s时P、M、Q三点均已振动

B.8.0 s后M点的位移始终是2 cm

C.10.0 s后P点的位移始终是0

D.10.5 s时Q点的振动方向竖直向下

7.一列横波在t=0时刻的波形如图所示,a、b两质点间距为8 m,a、c两质点平衡位置的间距为3 m,当t=1 s时,质点c恰好通过平衡位置,则波速可能为(　　)

A.1 m/s B.8 m/s

C.13 m/s D.23 m/s

三、非选择题

8.有两列简谐横波a、b在同一介质中分别沿x轴正方向和负方向传播。两列波在t=0时刻的波形如图所示,已知a波的周期Ta=1 s。

(1)求两列波的传播速度。

(2)从t=0时刻开始,最短经过多长时间x=1.0 m的质点偏离平衡位置的位移为0.16 m?

考点规范练31　机械波

1.D　解析:简谐机械波传播时,质点做简谐运动,振动速度时刻发生变化,波的传播速度v=,这两个速度是不一样的,A错误。横波质点振动的方向与波传播的方向垂直,纵波质点振动的方向和传播的方向在同一条直线上,B错误。质点振动时,一个周期内走过的路程等于振幅的四倍,C错误。波在传播的过程中,所有质点振动的频率都等于波源的频率,D正确。

2.B　解析:一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图),相比而言②图的孔洞的尺寸比①图小,且②中波的波长与小孔的尺寸差不多,所以②能比①更能发生明显的衍射。一列水波在传播过程中遇到了障碍物(③④图),相比而言④图的障碍物的尺寸比③图小,且④中波的波长大于障碍物的尺寸,所以④图能发生明显的衍射。故选B。

3.D　解析:由质点P向动能增大的方向运动知,t=时P点向平衡位置运动,即运动方向向下,可得该波沿x轴负方向传播,A错误。题图所示t=时刻Q点处在波谷,速度为0,小于P点的速度,B错误。t=时刻相对于t=时刻,经过半个周期,此时Q点位于波峰,P点在平衡位置下方,如图虚线部分,此时P点向y轴正方向运动,C错误,D正确。

4.C　解析:同一介质中波速一定,选项B错误。由题图知,波长为2d和d的波形交替变化,因此波源的振动频率也做周期性改变,选项A错误。在机械波向右传过4d的过程中,P点经过2个周期的振幅为A的振动和1个周期的振幅为2A的振动,路程为16A;Q点经过1.5个周期的振幅为2A的振动和1个周期的振幅为A的振动,路程也为16A,选项C正确。质点P和质点Q的速度方向不一定相同,选项D错误。

5.C　解析:由题图可知,乙波的波长为8 m,甲波的波长为4 m,由于波速相同,则两波的频率不同,所以两列波在相遇区域不会发生干涉现象,A错误。由上下坡法可知,两列波在x=4 m处的振动方向均沿y轴负方向,则t=0时,x=4 m处质点速度沿y轴负方向,B错误。由于乙波的波长为甲波的两倍,波速相同,则乙波的周期为甲波的两倍,即为0.8 s。从题图所示位置开始经过0.2 s,即经过甲的半个周期或乙的四分之一周期,甲波使x=4 m处质点先向下运动,再回到平衡位置,乙波使x=4 m处质点振动到波谷位置。由叠加原理可知,此时x=4 m处质点位置为y=-1 cm,C正确。此时由于甲波使x=4 m处质点回到平衡位置,所以此时速度不为0,D错误。

6.CD　解析:波速为v= m/s=1 m/s,在6 s内两列波传播了6 m,此时P、Q两质点已振动,但是M点还未振动,A错误。因M点到两个波源的距离相等,则M是振动加强点,振幅为2 cm,但不是位移始终为2 cm,B错误。P点到两波源的距离之差为6 m,为半波长的3倍,则该点为振动减弱点,振幅为零,即10.0 s后P点的位移始终为零,C正确。S1波源的振动传到Q点的时间为 s=10.5 s,则10.5 s时Q点由S1引起的振动为竖直向下;S2波源的振动传到Q点的时间为 s=3.5 s,则10.5 s时Q点由S2引起的振动已经振动了7 s,此时在最高点,速度为零,则10.5 s时刻Q点的振动速度为竖直向下,D正确。

7.ACD　解析:若波向左传播:图中c点最右侧的平衡位置的振动传到c点时,c恰好通过平衡位置,此过程中波传播的距离为x=1 m,则波速为v= m/s=1 m/s。根据波的周期性可知,波向左传播的距离为 x=(4n+1) m(n=0,1,2,3,…),波速为v= m/s=(4n+1) m/s,n=0时,v=1 m/s,当n=3时,v=13 m/s。若波向右传播,根据波的周期性可知,波向右传播的距离为 x=(4n+3) m(n=0,1,2,3,…),波速为v==(4n+3) m/s。当n=5时,v=23 m/s,由于n是整数,所以v不可能等于8 m/s。故选项A、C、D正确,B错误。

8.解析:(1)由题图可知a、b两列波的波长分别为

λa=2.5 m,λb=4.0 m

两列波在同种介质中的传播速度相同,为v==2.5 m/s。

(2)要使x=1.0 m处的质点偏离平衡位置的位移为0.16 m,需满足a波和b波的波峰同时传播到该质点。

a波的波峰传播到x=1.0 m的质点经历的时间

ta=(m=0,1,2,…)

b波的波峰传播到x=1.0 m的质点经历的时间

tb=(n=0,1,2,…)

又ta=tb=t

联立解得5m-8n=1(m=0,1,2,…;n=0,1,2,…)

分析知,当m=5、n=3时,x=1.0 m的质点偏离平衡位置的位移为0.16 m时经过的时间最短。

将m=5代入ta=

解得t=ta=5.4 s。

答案:(1)都为2.5 m/s　(2)5.4 s