
?波的描述
知識點:波的描述
一、波的圖像
1.波的圖像的畫法
(1)建立坐標系
用橫坐標x表示在波的傳播方向上各質(zhì)點的平衡位置,縱坐標y表示某一時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移.
(2)描點
把平衡位置位于x1,x2,x3,…的質(zhì)點的位移y1,y2,y3,…畫在xOy坐標平面內(nèi),得到一系列坐標為( x1,y1 ),( x2,y2 ),( x3,y3 ),…的點.
(3)連線
用一條平滑的線把各點連接起來就是這一時刻波的圖像,有時也稱波形圖.
2.正弦波(簡諧波)
(1)如果波的圖像是正弦曲線,這樣的波叫作正弦波,也叫簡諧波.
(2)簡諧波中各質(zhì)點的振動是簡諧運動.
3.波形圖與振動圖像
(1)波形圖表示介質(zhì)中的“各個質(zhì)點”在某一時刻的位移.
(2)振動圖像表示介質(zhì)中“某一質(zhì)點”在各個時刻的位移.
二、波長、頻率和波速
1.波長λ
(1)定義:在波的傳播方向上,振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離.
(2)特征
①在橫波中,兩個相鄰波峰或兩個相鄰波谷之間的距離等于波長.
②在縱波中,兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離等于波長.
2.周期T、頻率f
(1)周期(頻率):在波動中,各個質(zhì)點的振動周期(或頻率)叫波的周期(或頻率).
(2)周期T和頻率f的關(guān)系:互為倒數(shù),即f=.
(3)波長與周期的關(guān)系:經(jīng)過一個周期T,振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個波長.
3.波速
(1)定義:機械波在介質(zhì)中的傳播速度.
(2)決定因素:由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定,在不同的介質(zhì)中,波速是不同(選填“相同”或“不同”)的.
(3)波長、周期、頻率和波速的關(guān)系:v==λf.
技巧點撥
一、波的圖像
1.對波的圖像的理解
(1)波的圖像是某一時刻介質(zhì)中各個質(zhì)點運動情況的“定格”.可以將波的圖像比喻為某一時刻對所有質(zhì)點拍攝下的“集體照”.
(2)簡諧波的圖像是正(余)弦曲線,介質(zhì)中的質(zhì)點做簡諧運動.
2.由波的圖像獲得的三點信息
(1)可以直接看出在該時刻沿傳播方向上各個質(zhì)點的位移.
(2)可以直接看出在波的傳播過程中各質(zhì)點的振幅A及波長.
(3)若已知該波的傳播方向,可以確定各質(zhì)點的振動方向;或已知某質(zhì)點的振動方向,可以確定該波的傳播方向.
3.波的圖像的周期性
質(zhì)點振動的位移做周期性變化,即波的圖像也做周期性變化,經(jīng)過一個周期,波的圖像復原一次.
總結(jié)提升
1.質(zhì)點位移與振幅方面:在某一時刻各個質(zhì)點的位移不同,但各個質(zhì)點的振幅是相同的.
2.各質(zhì)點的振動方面:簡諧波中的所有質(zhì)點都做簡諧運動,它們的周期均相同.
二、質(zhì)點振動方向與波傳播方向的關(guān)系
已知質(zhì)點的運動方向來判斷波的傳播方向或已知波的傳播方向來判斷質(zhì)點的運動方向時,判斷依據(jù)的基本規(guī)律是橫波的形成與傳播的特點,常用方法有:
1.帶動法:后面質(zhì)點依次重復前面質(zhì)點的振動.
2.上下坡法:沿波的傳播方向看,“上坡”的點向下運動,“下坡”的點向上運動,簡稱“上坡下,下坡上”(如圖所示).
圖
3.同側(cè)法:在波的圖像上的某一點,沿y軸方向畫出一個箭頭表示質(zhì)點運動方向,并設(shè)想在同一點沿x軸方向畫一個箭頭表示波的傳播方向,那么這兩個箭頭總是在曲線的同側(cè)(如圖所示).
圖
4.微平移法:如圖所示,實線為t時刻的波形圖,作出微小時間Δt后的波形如虛線所示,由圖可見t時刻的質(zhì)點P1(P2)經(jīng)Δt后運動到P1′(P2′)處,這樣就可以判斷質(zhì)點的運動方向了.
圖
三、振動圖像和波的圖像的比較
振動圖像和波的圖像的比較
振動圖像
波的圖像
圖像
坐標
橫坐標
時間
各質(zhì)點的平衡位置
縱坐標
某一質(zhì)點在不同時刻的振動位移
各質(zhì)點在同一時刻的振動位移
研究對象
一個質(zhì)點
沿波傳播方向上的各質(zhì)點
物理意義
一個質(zhì)點在不同時刻的振動位移
介質(zhì)中各質(zhì)點在同一時刻的振動位移
四、波長、頻率和波速
1.波長的三種確定方法
(1)根據(jù)定義確定:在波動中,振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離等于一個波長.
注意 兩個關(guān)鍵詞:“振動相位總是相同”、“相鄰兩質(zhì)點”.“振動相位總是相同”的兩質(zhì)點,在波的圖像上振動位移總是相同,振動速度總是相同.
(2)由波的圖像確定
①在波的圖像上,振動位移總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離為一個波長.
②在波的圖像上,無論從什么位置開始,一個完整的正(余)弦曲線對應(yīng)的水平距離為一個波長.
③根據(jù)公式λ=vT來確定.
2.波長、頻率和波速的關(guān)系
(1)在一個周期的時間內(nèi),振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個波長.波速與波長、周期、頻率的關(guān)系為v==λf.
(2)波的周期和頻率由波源決定,與v、λ無關(guān),當波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,周期和頻率不發(fā)生改變.
(3)波速由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定,在同一種均勻介質(zhì)中波速不變.
例題精練
1.(浦東新區(qū)校級期末)一列簡諧波的圖像如實線所示,當這列波進入到其它介質(zhì)中時,該波的圖象變成如虛線所示,則該波的波速和原來相比( ?。?br />
A.變大 B.變小 C.不變 D.無法確定
【分析】由波形圖分析波長的變化,知道波的頻率不變,再由v=λf,即可判定波速的變化情況。
【解答】解:波進入其他介質(zhì)時,波長變長,但頻率由波源決定,頻率不變,則由v=λf可知,波速變大,故A正確,BCD錯誤。
故選:A。
【點評】本題考查波動圖象的應(yīng)用,掌握v=λf的內(nèi)容,明確同一列波在不同介質(zhì)中傳播時頻率不變。
2.(紹興期末)一個人手拿著長繩的一端,繩子另一端固定在墻上。當手上下振動,繩子上產(chǎn)生了波(如圖所示)。當人的手頻率加快,則( ?。?br />
A.波速不變 B.波速變大 C.波長不變 D.波長變大
【分析】機械波在介質(zhì)中傳播時波速由介質(zhì)決定,故繩波傳播的過程中速度不變。由v=λf分析波長的變化。
【解答】解:繩波在同一繩中傳播時波速不變。當人的手頻率加快時,波的頻率增大,由v=λf分析知此波的波長變小。故BCD錯誤,A正確。
故選:A。
【點評】本題要掌握波速的決定因素:介質(zhì)的性質(zhì),介質(zhì)不變,則知波速不變,而波的頻率由波源決定。
隨堂練習
1.(河北模擬)某同學假期在公園里游玩時,看到岸邊不遠處一白色垃圾漂浮在水面上,遠處一小船劃過后,一列水波由遠處傳來,該同學想等著水波將白色垃圾推到岸邊后,再將其拾起丟入垃圾箱,可是等了很久也不見白色垃圾被水波推向岸邊。觀察發(fā)現(xiàn),水波的速度約為1.2m/s,白色垃圾在水中上下振動時,從第1次到達最高點到第5次到達最高點所用的時間為6s。下列說法正確的是( ?。?br />
A.該水波的周期為1.2s B.該水波的周期為1s
C.該水波的波長為1.8m D.該水波的波長為1.2m
【分析】一、生活實際的物理模型建立問題,6s內(nèi)經(jīng)歷4個整周期,求出其周期為;二、由λ=vT,可求得波長等于1.8m。
【解答】解:AB、從第1次到達最高點到第5次到達最高點所用的時間為6s,經(jīng)歷4個整周期,則該水波的周期為:
故A、B錯誤;
CD、由波長、周期和波速的關(guān)系式:
λ=vT
帶入數(shù)據(jù),可得:
λ=1.8m,故C正確;D錯誤。
故選:C。
【點評】本題考查學生的建模能力,從題中信息分析出:“6s內(nèi)經(jīng)歷4個整周期”,再根據(jù)波長、周期和波速的關(guān)系式:λ=vT求解波長。屬于基礎(chǔ)題型。
2.(沈陽四模)一列沿x軸傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形圖如圖所示,此刻平衡位置位于x=3m處的質(zhì)點正沿y軸負方向運動,且經(jīng)過0.25s第一次回到平衡位置。則該波的傳播速度大小為( ?。?br />
A.4m/s B.8m/s C.12m/s D.16m/s
【分析】根據(jù)x=3cm處質(zhì)點的振動方向判斷波的傳播方向,根據(jù)圖象可讀出該波的波長,根據(jù)題意得出周期,從而求出波速。
【解答】解:t=0時刻,x=3m處的質(zhì)點沿y軸負方向運動,根據(jù)波傳播過程中,波形平移特點,可判斷該波沿x軸正方向傳播,由圖像可知該波波長λ=4m,t=0時刻,x=3m處的質(zhì)點由平衡位置沿y軸負方向運動,經(jīng)過0.25s第一次回到平衡位置,即=0.25s,解得T=0.5s,由v=可得,波速v=m/s=8ms,故B正確,ACD錯誤。
故選:B。
【點評】本題考查了波動規(guī)律,解決本題的關(guān)鍵能夠從波動圖象獲取信息,以及知道質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向的關(guān)系。
3.(濱海新區(qū)模擬)海上作業(yè)和軍事領(lǐng)域中,在雷達無法使用的時候,經(jīng)常通過解析海上浮標的位置信號來粗略地定位船舶和潛艇。設(shè)某海域內(nèi)常態(tài)下海浪表面波長為100m,延海浪傳播方向有a、b、c三個間距150m的浮標,常態(tài)下浮標上下浮動周期為5s,而當某小型潛艇經(jīng)過時,系統(tǒng)檢測到a浮標發(fā)生異常浮動,3s后和6s后又相繼檢測到b、c浮標發(fā)生了異常浮動,則下列說法正確的是( ?。?br />
A.浮標隨海水波浪方向向前移動
B.浮標區(qū)域常態(tài)下海水波浪速度為20m/s
C.根據(jù)數(shù)據(jù)可推測小型潛艇行駛速度約為20m/s
D.常態(tài)下浮標a到達最高點時,浮標b處在海平面位置
【分析】浮標隨著海浪上下移動,不會隨海浪方向移動;根據(jù)題意可求得波速、潛艇速度,相差半波長的點運動情況總相反。
【解答】解:A、浮標隨著海浪上下移動,不會隨海浪方向移動,故A錯誤;
B、由題知,海水波浪的波長為100m,態(tài)下浮標上下浮動周期為5s,即周期為5s,由v===20m/s,可知B正確;
C、由題意可知潛艇的速度v艇=m/s=50m/s,故C錯誤;
D、ab間距150m,剛好為,故兩點運動相差半波長,即a最高點時,b在最低點,故D錯誤;
故選:B。
【點評】本題屬于波的周期、波長、速度的計算問題,以及在實際生活的應(yīng)用.
4.(黃浦區(qū)校級期末)波從一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時,不發(fā)生變化的物理量是( ?。?br />
A.速度 B.頻率 C.波長 D.速率
【分析】波的頻率由波源決定,與介質(zhì)無關(guān),當波由一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時,頻率不變。波速由介質(zhì)決定,波長由介質(zhì)和波源共同決定。
【解答】解:波的頻率由振源的頻率決定,與波速和介質(zhì)都無關(guān),波在不同介質(zhì)中傳播時頻率保持不變;
波速由介質(zhì)決定。根據(jù)波速公式v=λf分析可知,波長由介質(zhì)和波源共同決定。所以B正確,ACD錯誤;
故選:B。
【點評】本題關(guān)鍵要知道波的頻率等于波源的振動頻率,由波源的振動情況決定,波速由介質(zhì)決定,波長由介質(zhì)和波源共同決定.
綜合練習
一.選擇題(共15小題)
1.(黃浦區(qū)校級期末)描述機械波傳播快慢的物理量是( ?。?br />
A.波長 B.周期 C.頻率 D.波速
【分析】本題應(yīng)抓住波速的物理意義、波動的周期、頻率和波長的概念進行分析.
【解答】解:波速是表示波在介質(zhì)中傳播快慢的物理量。
波長等于波在一個周期內(nèi)向前傳播的距離。
機械波上的質(zhì)點完成一次全振動所需的時間叫周期,而頻率則等于單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù),它們是表示振動快慢的物理量而不是機械波傳播快慢的物理量.
故ABC錯誤,D正確。
故選:D。
【點評】本題考查對波動中基本概念的理解,要抓住波動周期等于各質(zhì)點的振動周期,由波源決定.區(qū)別機械波的傳播快慢和質(zhì)點的振動快慢是兩個概念。
2.(豐臺區(qū)期中)如圖所示為一列簡諧橫波在t=0時的波形圖,波中P點在此刻向上振動,P點的振動周期是2秒,那么對于此列波,下列說法正確的是( ?。?br />
A.該波的傳播速度為v=25cm/s
B.該波沿x軸向左傳播
C.該波的波長為2m
D.該波的頻率為2Hz
【分析】由P點的振動方向可判斷波的傳播方向;由波的圖象確定波長,再根據(jù)波速、波長和周期的關(guān)系求出波速,根據(jù)周期和頻率的關(guān)系求出頻率。
【解答】解:AC、由圖可知,該波的波長為λ=100cm,則由v=可得,波速v=cm/s=50cm/s,故AC錯誤;
B、P點在向上振動,說明其右方質(zhì)點帶動其向上運動,根據(jù)帶動法可知,波向左傳播,故B正確;
D、由f=可得,該波的頻率f=Hz,故D錯誤。
故選:B。
【點評】對于波的圖象問題,要抓住波的特點:(1)波向前傳播的是振動和能量,質(zhì)點不隨波向前遷移.(2)整數(shù)倍周期波的圖象相同;(3)掌握波長、波速和周期(頻率)的關(guān)系的應(yīng)用。
3.(松原模擬)如圖所示為一列簡諧波在t=0時刻的波形圖,Q、P是波上的兩質(zhì)點,此刻質(zhì)點P沿y軸負方向運動,且t=1s時第一次運動到波谷位置。則質(zhì)點Q的振動方程為( ?。?br />
A.y=2sin(t+)m B.y=2sin(t﹣)m
C.y=2sin(t﹣)m D.y=2sin(t+)m
【分析】利用數(shù)學三角函數(shù)的知識求出質(zhì)點的振動方程,結(jié)合圖像找到振幅,角速度等。
【解答】解:t=1s時P點第一次回到波谷,則周期T=4s,ω==rad/s=rad/s
t=0時刻P點沿y軸負方向運動,說明波沿x軸正方向傳播,則此時Q沿y軸正方向運動,且Q點對應(yīng)的位移為﹣1m,設(shè)Q點振動方程是y=2(t+φ)
代入t=0,y=﹣1m,解得:φ=﹣
所以Q點的振動方程為y=2(t﹣)m,故B正確,ACD錯誤。
故選:B。
【點評】本題考查識別、理解振動圖象和波動圖象的能力,以及把握兩種圖象聯(lián)系的能力。對于波的圖象往往先判斷質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向間的關(guān)系。同時,能熟練分析波動形成的過程,分析物理量的變化情況。
4.(肥城市模擬)如圖甲所示,在水平面內(nèi),有三個質(zhì)點a、b、c分別位于直角三角形的三個頂點上,已知ab=6m,ac=8m。在t1=0時刻a、b同時開始振動,振動圖像均如圖乙所示,所形成的機械波在水平面內(nèi)傳播,在t2=4s時c點開始振動,則正確的是( ?。?br />
A.該機械波的波長為8m
B.該機械波的傳播速度大小為8m/s
C.兩列波相遇后,c點的振動頻率增大
D.兩列波相遇后,c點振動加強
【分析】根據(jù)波從a傳到c的時間和距離,求波速。a點的振動先傳到c點,b點的振動后傳到c點,根據(jù)波的疊加原理分析c點的狀態(tài)。由波速公式求波長。
【解答】B.由于兩列波的波速相同,且ab<bc,則a處振動形成的波先到達c點,由波速公式有v==m/s=2m/s,故B錯誤;
A.根據(jù)振動圖像可知周期T=1s,由波長公式有λ=vT=2×1m=2m,故A錯誤;
C.由于兩列波在同一介質(zhì)中傳播,且周期相同,所以兩列波的頻率相同,則兩列波相遇后,c點的振動頻率不變,故C錯誤;
D.由于a、b兩點到c點的路程差為△s=sbc﹣sac=m﹣8m=2m=λ,則兩列波相遇后,c點振動加強,故D正確;
故選:D。
【點評】本題解題關(guān)鍵是要抓住在均勻介質(zhì)中傳播的同類波波速相同,而且兩波勻速傳播這個特點進行分析。
5.(青島二模)如圖為沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t=0時刻的圖像,該時刻P、Q兩質(zhì)點離開平衡位置的位移相同,此后P質(zhì)點回到平衡位置的最短時間為0.2s,Q質(zhì)點回到平衡位置的最短時間為0.6s,下列說法正確的是( ?。?br />
A.該波沿軸負方向傳播
B.該波的傳播速度為7.5m/s
C.該波的傳播周期為1.2s
D.t=0.3s時,質(zhì)點P的加速度方向沿y軸負方向
【分析】根據(jù)題意可知P 質(zhì)點比Q質(zhì)點早回到平衡位置,則說明P質(zhì)點向下振、質(zhì)點Q向上振,根據(jù)同側(cè)法可以判斷波傳播的方向,然后可以計算周期,判斷在不同時刻質(zhì)點的位置,加速度的方向一定指向平衡位置。
【解答】解:AC、由題意可判斷出波沿x軸正方向傳播,P點向下運動,Q點向上振動,周期:T=2×(0.2+0.6)s=1.6s,故AC錯誤;
B、該波的傳播速度為v===7.5m/s,故B正確;
D、t=0.2s時,質(zhì)點P回到平衡位置,t=0.3s時,質(zhì)點P位于y軸負方向,所以加速度方向沿y軸正方向,故D錯誤;
故選:B。
【點評】本題是波的圖象問題,分析波的傳播方向與質(zhì)點振動方向間的關(guān)系是基本功,分析波動形成過程是基本能力。
6.(山東月考)甲、乙兩列簡諧橫波沿同一直線傳播,t=0時刻兩波疊加區(qū)域各自的波形如圖所示。已知甲沿x軸正方向傳播,乙沿x軸負方向傳播,兩列波的傳播速度大小相同,甲波的周期為0.4s,則( ?。?br />
A.乙波的周期為0.2s
B.t=0時,平衡位置在x=4m處質(zhì)點的速度沿y軸負方向
C.t=0.2s時,平衡位置在x=4m處質(zhì)點的位置為y=0
D.兩列波在相遇區(qū)域可能會發(fā)生干涉現(xiàn)象
【分析】根據(jù)公式v=可求解乙波的周期,只有頻率相同的兩列波相遇時才會發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象;根據(jù)“同側(cè)法”判斷振動方向;根據(jù)波的疊加原理分析x=4m處質(zhì)點的振動情況。
【解答】解:AD、根據(jù)圖象可知,甲波的波長是乙波波長一半,由于波速相同,由公式v=,則乙波的周期為0.8s,由于兩波的周期不同,則頻率不同,兩列波在相遇區(qū)域不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象,故AD錯誤;
B、由于甲沿x軸正方向傳播,乙沿x軸負方向傳播,根據(jù)“同側(cè)法”可知,兩列波在x=4m處引起質(zhì)點的振動方向都向下,所以t=0s時,x=4m處質(zhì)點速度沿y軸負方向,故B正確;
C、于兩列波的速度大小相等,根據(jù)甲的傳播情況可得:
v==m/s=10m/s
t=0.2s時,甲剛好振動T,乙振動T,甲在x=4m處位移為零,速度最大,方向向上,乙在x=4m處達到負向最大位移,速度為零,所以合位移為y=﹣1cm,故C錯誤。
故選:B。
【點評】本題主要是考查了波的圖象,解答本題關(guān)鍵是要能夠根據(jù)圖象直接讀出振幅、波長和各個位置處的質(zhì)點振動方向,知道波速、波長和頻率之間的關(guān)系v=,掌握波的疊加原理。
7.(豐臺區(qū)期中)一列機械波從甲介質(zhì)進入乙介質(zhì)繼續(xù)傳播,下列選項不發(fā)生變化的是( ?。?br />
A.波長 B.波速大小 C.頻率 D.傳播方向
【分析】機械波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)中,傳播速度會發(fā)生變化,由機械波的形成原因得到頻率不變,根據(jù)波速與波長和頻率的關(guān)系得到波長的變化情況。
【解答】解:A、根據(jù)波速與波長和頻率的關(guān)系公式v=λf,當機械波由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)中時,波速變化(波速由介質(zhì)決定)而頻率不變(頻率由波源決定),故波長一定變化,故A錯誤;
B、波速由介質(zhì)決定,不同介質(zhì)中波速不同,故波速一定變化,故B錯誤;
C、由機械波的形成原因可知,頻率是由波源決定的,所以頻率不變,故C正確;
D、當機械波傳播到兩種介質(zhì)的分界面上時,會同時發(fā)生反射和折射,所以傳播方向發(fā)生變化,故D錯誤。
故選:C。
【點評】本題關(guān)鍵明確波速、波長和頻率的關(guān)系,同時明確頻率由波源決定,波速由介質(zhì)決定。
8.(德州二模)甩繩很受健身愛好者的喜愛,在某次鍛煉中健身者手持繩的左端O點甩動大繩,形成的繩波可視為簡諧波,如圖所示。時間t=0時,O點從平衡位置開始振動;t=6s時,波傳到x=6m處。此時繩上P,Q兩點與各自平衡位置的距離相等,下列說法正確的是( ?。?br />
A.t=0時,質(zhì)點O向y軸負方向運動
B.t=6s后,質(zhì)點P、Q可能同時回到平衡位置
C.t=7s時,質(zhì)點P、Q的加速度方向相同
D.t=6s時至t=7s時,質(zhì)點P、Q通過的路程均為5dm
【分析】根據(jù)各質(zhì)點的起振方向相同,可知t=0時,質(zhì)點O運動方向;計算PQ平衡位置的距離可知質(zhì)點PQ能否同時回到平衡位置;計算t=6s至t=7s所經(jīng)歷的時間,可知PQ的位置,知兩者加速度方向;可分析質(zhì)點PQ運動過程,從而判斷PQ經(jīng)過的路程大小。
【解答】解:A、根據(jù)題圖可知,x=6m處的質(zhì)點正在沿y軸正方向運動,且此質(zhì)點正在起振,根據(jù)各質(zhì)點的起振方向相同,可知t=0時,質(zhì)點O向y軸正方向運動,故A錯誤;
B、因為PQ平衡位置的距離小于半個波長,所以質(zhì)點PQ不可能同時回到平衡位置,故B錯誤;
C、t=7s時,即由波形圖經(jīng)過1s=,由波形圖可知經(jīng),PQ均位于平衡位置的下方,故兩者加速度方向均指向y軸正方向,故C正確;
D、t=6s時至t=7s時,經(jīng)歷了1s的時間,即經(jīng)歷了,質(zhì)點P在最大位移處附近運動,經(jīng)過的路程小于5dm,質(zhì)點Q在平衡位置附近運動,經(jīng)過的路程大于5dm,故D錯誤。
故選:C。
【點評】本題屬于波的圖象的識圖和對質(zhì)點振動的判斷問題??疾橹R點全面,重點突出,充分考查了學生掌握知識與應(yīng)用知識的能力。
9.(臨沂學業(yè)考試)某同學研究繩波的形成與傳播規(guī)律。取一條較長的軟繩,用手握住一端A水平拉直后,沿豎直方向抖動,即可觀察到繩波的形成.該同學先后兩次抖動后,觀察到如圖中所示的甲、乙兩個繩波,則下列關(guān)于手握一端A振動情況的描述,正確的是( ?。?br />
A. B.
C. D.
【分析】繩波向右傳播,故乙波形成的時間比波形甲早,根據(jù)波形圖判斷出起振方向進行選擇。
【解答】解:AD、由圖可知波形甲的振幅比波形乙的小,波形乙的形成時間比波形甲的早,故振幅大的產(chǎn)生時間早,故AD錯誤,
BC、可用同側(cè)法進行判斷甲乙的起振方向,圖片見右圖,波形甲的起振方向向下,波形乙的起振方向向上,故C正確,B錯誤。
故選:C。
【點評】本題為應(yīng)用型題目,找到那個波形產(chǎn)生的早,兩波形的振幅特點以及起振方向進行判斷即可。
10.(江寧區(qū)校級月考)如圖所示,圖1中兩小孩各握住輕繩一端,當只有一個小孩上下抖動繩子時,在繩上產(chǎn)生簡諧橫波。圖2實線和虛線分別表示繩子中間某段在t1=0和t2=0.75s時刻的波形圖,已知小孩抖動繩子的周期T滿足0.75s<T<2s。則下列說法正確的是( ?。?br />
A.右側(cè)小孩在抖動繩子,波速為4m/s
B.右側(cè)小孩在抖動繩子,波速為2m/s
C.左側(cè)小孩在抖動繩子,波速為4m/s
D.左側(cè)小孩在抖動繩子,波速為2m/s
【分析】假設(shè)一個波的傳播方向,求出周期的可能值,看是否滿足0.75s<T<2s,即可知道假設(shè)是否可能,從而判斷出波的傳播方向;用v=求解波速。
【解答】解:若波向右傳播,由圖像可知,波傳播的時間可能為△t=nT+(其中n=0,1,2,3…),且△t=0.75s
解得:T=(其中n=0,1,2,3…)
當n=0時,T=3s
當n=1時,T=0.6s
均不滿足0.75s<T<2s,假設(shè)不成立
所以波應(yīng)該是向左傳播,即右側(cè)小孩在抖動繩子。
由于0.75s<T,波向左傳播的距離△x小于一個波長,由圖像可知,△x=3m,所用時間t=0.75s,
所以波速v==m/s=4m/s,故A正確,BCD錯誤。
故選:A。
【點評】本題考查了波的多解問題,此類問題關(guān)鍵要注意波傳播過程的周期性和重復性,同時熟練掌握波的圖象的性質(zhì)。
11.(浦東新區(qū)二模)如圖是一張蜻蜓點水的俯視照片,該照片記錄了蜻蜓連續(xù)三次點水過程中激起的水面紋,由圖可知蜻蜓( ?。?br />
A.向右飛行,飛行速度比水波傳播的速度小
B.向左飛行,飛行速度比水波傳播的速度小
C.向右飛行,飛行速度比水波傳播的速度大
D.向左飛行,飛行速度比水波傳播的速度大
【分析】若蜻蜓和水波的速度相同,那么蜻蜓每一次點水的時候都會在上一個水波的邊線上。若蜻蜓的速度比水波的速度大,則相互套著如圖所示。
【解答】解:根據(jù)如圖所示,蜻蜓連續(xù)三次點水過程中激起的波紋,則圓圈越小,則時間越短,所以飛行方向則為從大圓到小圓,由圖示可知,蜻蜓是向右飛行的;
若蜻蜓飛行的速度和水波的速度相同,那么蜻蜓的每一次點水的時候都會是在上一個水波的邊線上,而第二個水波和第一個水波都在以相同的速度傳播,所以每個圓都應(yīng)該是內(nèi)切的。然而圖中則說明蜻蜓飛行的速度比水波的速度大,故C正確,ABD錯誤。
故選:C。
【點評】本題考查了判斷蜻蜓的飛行方向與速度問題,分析清楚圖示情景是解題的前提;該題考查了運動的同步性,前提是運動的速度和方向均相等。
12.(奉賢區(qū)二模)如圖是一長軟細繩,用手握住其一端上下抖動形成的某一時刻的部分波形,繩上a、b兩點位置如圖所示,相距l(xiāng)。假設(shè)抖動頻率不變,不考慮能量損失,根據(jù)上述信息能確定以下物理量值的是( ?。?br />
A.波長 B.波速 C.周期 D.振幅
【分析】根據(jù)波長定義,和橫波波形特點判斷波長,由波形圖無法判斷周期,從而無法計算波速。
【解答】解:A、根據(jù)波長定義可知,在橫波中,相鄰波峰(或相鄰波谷)間的距離為一個波長,則由圖可知a、b間距離為一個波長,故A正確;
BC、由波形圖無法判斷周期的大小,從而亦無法計算波速的大小,故BC錯誤;
D、振幅是離開平衡位置的最大距離,由圖無法知道振幅的大小,故D錯誤。
故選:A。
【點評】本題主要考查機械波的圖像問題,需要學生理解波長定義,以及描述機械波的各物理量間的關(guān)系。
13.(淄川區(qū)校級期末)一列簡諧橫波在t=0時刻的波形如圖所示,已知t=1.5s時刻a質(zhì)點第一次到達波谷,且從t=0時刻起,a質(zhì)點比b質(zhì)點晚到達波谷,則下列說法正確的是( )
A.該波沿x軸正方向傳播
B.該波的波速為4m/s
C.0~20s內(nèi),質(zhì)點a通過的路程為1m
D.質(zhì)點a的振動方程為y=5sinπt(cm)
【分析】根據(jù)a質(zhì)點比b質(zhì)點晚到達波谷判斷a質(zhì)點的振動方向,從而得出波的傳播方向;根據(jù)a質(zhì)點第一次到達波谷的時間與周期的關(guān)系可計算波的周期,再由圖中讀出波長即可算出波速;計算a質(zhì)點振動的時間與周期的關(guān)系即可得出在該段時間a通過的路程。由振幅周期等信息可寫出質(zhì)點a的振動方程。
【解答】解:A、a質(zhì)點比b質(zhì)點第一次到達波谷的時間晚,說明在t=0時刻a質(zhì)點沿y軸正方向運動,故該波向x軸負方向傳播,故A錯誤;
B、對于a質(zhì)點,經(jīng)分析可知,解T=2s,由題圖可知,該波的波長λ=4m,故該波的波速,故B錯誤;
C、因為,所以20s內(nèi)a質(zhì)點完成10次全振動,其路程為s=10×5×4cm=200cm,即為2m,故C錯誤;
D、由,振幅為5cm,所以質(zhì)點a的振動方程為y=5sinπt(cm),選項D正確。
故選:D。
【點評】本題考查機械振動與機械波,目的是考查學生機械振動與機械波的基礎(chǔ)知識和基本的推理能力,難度較小。
14.(玄武區(qū)校級期末)一波源位于原點O,其振動方程為y=Asin(t+π),產(chǎn)生的機械波沿x軸正方向傳播,下列圖像中能表示T時刻波形圖的是( ?。?br />
A.
B.
C.
D.
【分析】將所求的時刻代入振動方程,求得該時刻波源的位移,再根據(jù)時間與傳播距離的關(guān)系確定波傳播的距離。
【解答】解:將t=代入振動方程,
解得y=A,可知,時刻波源處于正向最大位移處。又因為內(nèi)波向前傳播。故A正確,BCD錯誤。
故選:A。
【點評】本題屬于波的圖象的識圖和對質(zhì)點振動的判斷問題,要求學生能掌握住波和振動的基礎(chǔ)內(nèi)容。
15.(大連模擬)一列簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿x軸正方向傳播,已知x=λ處質(zhì)點的振動方程為y=Acos(t+),則t=T時刻的波形圖正確的是( ?。?br />
A. B.
C. D.
【分析】將代入振動方程y=Acos(t+),求得此時此質(zhì)點的位置,從而即可求解.
【解答】解:當時,代入振動方程:
從選項中找出時,處質(zhì)點處于波峰的是選項A,故A正確,BCD錯誤;
故選:A。
【點評】考查波動圖象,及振動方程的應(yīng)用,掌握波的傳播方向來判定質(zhì)點振動方向的方法,注意波動圖象與振動圖象的區(qū)別。
二.多選題(共15小題)
16.(金州區(qū)校級月考)如圖甲所示,B、C和P是同一水平面內(nèi)的三個點,沿豎直方向振動的橫波Ⅰ在介質(zhì)中沿BP方向傳播,P與B相距40cm,B點的振動圖象如圖乙所示;沿豎直方向振動的橫波Ⅱ在同一介質(zhì)中沿CP方向傳播,P與C相距50cm,C點的振動圖象如圖丙所示。在t=0時刻,兩列波同時分別經(jīng)過B、C兩點、兩列波的波速都為20cm/s,兩列波在P點相遇。則以下說法正確的是( ?。?br />
A.兩列波的波長均為20cm
B.P點是減弱點,振幅10cm
C.4.5s時P點在平衡位置且向下振動
D.波遇到50cm的障礙物將發(fā)生明顯衍射
【分析】由圖讀出周期和振幅,由波速公式求出波長;根據(jù)發(fā)生明顯衍射的條件分析B選項;根據(jù)P到B、C的路程差與波長的關(guān)系,分析P的振動是加強還是減弱,再研究t=4.5s時,P點的位置,從而即可求解。
【解答】解:A、由圖知,兩列波的周期都是T=1s,由v=得,波長λ=vT=20cm/s×1s=20cm,故A正確;
B、P距兩波源間的波程差PC﹣PB=50cm﹣40cm=10cm=0.5λ,而t=0時刻兩波的振動方向相反,則P是振動加強的點,振幅等于兩波振幅之和,即為70cm,故B錯誤;
C、波從C傳到P的時間為t==s=2.5s,波從B傳到P的時間為t==s=2s,在t=2.5s時刻,橫波Ⅱ與橫波Ⅰ兩波在P點疊加,質(zhì)點P在平衡位置向下振動,在t=2.5s時刻到t=4.5s時刻,經(jīng)過了兩個周期,質(zhì)點在平衡位置向下振動,故C正確;
D、當障礙物的尺寸比波長小或者跟波長差不多時才能夠發(fā)生明顯的衍射,因λ=50cm>20cm,障礙物的尺寸比較大,不能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,故D錯誤。
故選:AC。
【點評】本題的解題關(guān)鍵是掌握波的疊加原理進行分析,根據(jù)路程差和起振方向關(guān)系進行分析,知道波速、波長和頻率之間的關(guān)系v=fλ。
17.(全國一模)一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形如圖甲所示,A、B是介質(zhì)中的兩個點,A的x坐標為1m。圖乙是質(zhì)點A的振動圖像,則以下說法正確的是( ?。?br />
A.該簡諧波沿著x軸負向傳播,波長為5cm
B.t=0.1s時,質(zhì)點B沿著y軸負方向運動
C.0.1s~0.3s內(nèi),質(zhì)點B的路程為20cm
D.t=0.45s時,質(zhì)點A的加速度大于質(zhì)點B的加速度且都為正值
E.t=0.9s時,質(zhì)點A距平衡位置的距離小于質(zhì)點B距平衡位置的距離
【分析】由波的圖象讀出波長,由振動圖象讀出周期,換算出所求時間與周期的關(guān)系,可確定該時刻質(zhì)點的振動方向、加速度的大小與正負、距平衡位置的距離、及該段時間的路程等信息。
【解答】解:A、由甲圖知,波長λ=2m,由乙圖知,t=0時刻,A點向下運動,可判斷波沿著x軸負向傳播,故A錯誤;
B、由乙圖知,T=0.2s,由甲圖知,B在t=0時刻時向上運動,而t=0.1s為半個周期,故此時B向上運動經(jīng)過最大振幅,再向下運動,也就是此時質(zhì)點B沿著y軸負方向運動,故B正確;
C.0.1s﹣0.3s剛好一個周期,所以質(zhì)點B的路程為s=4A=4×5cm=20cm,故C正確;
D.t=0.45s=2T,此時,A在最低點,加速度達到最大,且方向為正,此時B正在向上運動,且沒有達到最高點,所以此時B的加速度向下,為負值,大小小于A的加速度大小,故D錯誤;
E.t=0.9s=4T,此時A在平衡位置,而B不在平衡位置,所以A距平衡位置的距離小于質(zhì)點B距平衡位置的距離,故E正確。
故選:BCE。
【點評】本題屬于波的圖象的識圖、振動圖象的識圖和對質(zhì)點振動的判斷問題.考查知識點全面,重點突出,充分考查了學生掌握知識與應(yīng)用知識的能力。
18.(新疆模擬)圖甲為其沿x軸方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形圖,圖乙為x=4m處的質(zhì)點從t=2s開始的振動圖像,下列說法中正確的是( )
A.這列波的周期為4s
B.t=0時刻,Q質(zhì)點向y軸負方向振動
C.t=1s,Q質(zhì)點第一次處于波峰位置
D.這列波沿x軸負方向傳播
E.這列波的波速可能為4m/s
【分析】根據(jù)波動圖像讀出波長,振動圖像讀出周期,根據(jù)振動速度方向分析出傳播速度方向,并分析出波速大小.
【解答】解:A.由乙圖知,波的周期T=4s,故A正確;
B.經(jīng)2s,即半個周期,Q質(zhì)點才經(jīng)過平衡位置向y軸負方向運動,則r=0時刻,Q必須向y軸正方向運動,根據(jù)同側(cè)法,則波沿x軸負方向傳播,故B錯誤,D正確;
C.t=1s時,Q質(zhì)點向y軸正方向振動四分之一周期,到達波峰位置,故C正確;
E.這波的波速是唯一值,故E錯誤;
故選:ACD。
【點評】本題屬于波的圖像和振動圖像結(jié)合問題,關(guān)鍵找到同一時刻對應(yīng)的振動速度方向,然后根據(jù)同側(cè)法可以找出波的傳播方向.
19.(張家口期末)如圖所示為一波源在原點且沿x軸傳播的雙向簡諧橫波在t=0時刻的波形圖,在此后2s內(nèi)質(zhì)點A通過的路程為16cm,下列說法正確的是( ?。?br />
A.該波的周期為1s
B.該波的波速為2m/s
C.A、B兩點運動狀態(tài)相同
D.A、B兩點速度大小相等、方向相反
E.經(jīng)過相同時間,A、B兩點經(jīng)過的路程相等
【分析】由質(zhì)點A的路程可判斷波的周期;由v=求波速;同一個波源形成左右兩列波,根據(jù)波的起振方向為波源的起振方向可知,A和B的起振方向相同,即相等時間內(nèi)經(jīng)過的路程相等;由同側(cè)法或帶動法可知A和B的運動狀態(tài)相同,速度大小相等、方向相反。
【解答】解:A、由2s內(nèi)質(zhì)點A通過的路程為16cm以及該機械波的振幅A=2cm可知,質(zhì)點A上下振動路程為8A,即振動2個周期:t=2s=2T,所以T=1s,故A錯誤;
B、由圖可知波長λ=4m,則波速v==m/s=4m/s,故B錯誤;
CD、由同側(cè)法可知,A和B的振動方向相反,所以兩點的運動狀態(tài)相反,即A和B兩點的速度大小相等、方向相反,故C錯誤,D正確;
E、根據(jù)波的起振方向為波源的起振方向可知,A和B的起振方向相同,所以經(jīng)過相同時間,A、B兩點經(jīng)過的路程相等,故E正確。
故選:ADE。
【點評】本題考查波源振動時,每個質(zhì)點的起振方向都與波源起振方向相同,進而根據(jù)同側(cè)法或帶動法即可判斷質(zhì)點的振動方向。
20.(遼陽期末)一列沿x軸負方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形如圖所示,平衡位置在xM=1m處的質(zhì)點M在0~1.4s內(nèi)通過的路程為28cm。下列說法正確的是( ?。?br />
A.質(zhì)點M在t=0時刻向y軸負方向運動
B.該波的周期為0.4s
C.平衡位置在xN=4m的質(zhì)點N在t=0.1s時刻位于波峰
D.從t=0時刻起,經(jīng)過1.45s,質(zhì)點M一定位于波谷
【分析】由帶動法可知質(zhì)點M振動方向;質(zhì)點M上下振動,由通過的路程可判斷該波的周期;根據(jù)帶動法判斷t=0時刻N質(zhì)點的振動方向,然后由t=0.1s與周期的關(guān)系可判斷質(zhì)點的位置;判斷t=1.45s與周期的關(guān)系,根據(jù)波速加速波的傳播位移,根據(jù)波形的平移法判斷質(zhì)點M的位置。
【解答】解:A、波沿負方向傳播,M點右方的點在其上方,根據(jù)由帶動法可知質(zhì)點M在t=0時刻向y軸正方向振動,故A錯誤;
B、平衡位置在xM=1m處的質(zhì)點M在0~1.4s內(nèi)通過的路程為28cm,質(zhì)點上下振動的振幅A=2cm,則可知1.4s內(nèi)質(zhì)點路程為28cm=14A,每個周期內(nèi)運動的路程為4A,故1.4s為,即=1.4s,解得:T=0.4s,故該波的周期為0.4s,故B正確;
C、t=0.1s=T,由帶動法可知t=0時刻,平衡位置在xN=4m的質(zhì)點N向下振動,則在t=0.1s時刻位于波谷,故C錯誤;
D、t=1.45s=3T+T,由圖可知波長λ=8m,波速v==m/s=20m/s,則T內(nèi)的位移△s=v×=20×0.25m=5m,根據(jù)波形的平移法可知,質(zhì)點M一定位于波谷位置,故D正確。
故選:BD。
【點評】本題的關(guān)鍵是根據(jù)帶動法判斷質(zhì)點的振動方向,對于質(zhì)點在t時刻的位置,要靈活運動質(zhì)點的振動方向和周期以及波的平移法來判斷質(zhì)點所處的位置。
21.(河西區(qū)期末)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,傳播速度為10m/s,在t=0時的波形圖如圖所示,下列說法正確的是( ?。?br />
A.此時x=1.25m處的質(zhì)點正在做加速度增大的加速運動
B.x=0.7m處的質(zhì)點比x=0.6m處的質(zhì)點先運動到波峰的位置
C.x=0處的質(zhì)點再經(jīng)過0.05s可運動到波峰位置
D.x=0.3m處的質(zhì)點再經(jīng)過0.08s可運動至波峰位置
【分析】根據(jù)圖象可知波長和振幅,根據(jù)T=求解周期,波沿x軸正方向傳播,根據(jù)波形平移法判斷x=0.6m處質(zhì)點的振動方向和x=0.7m處的質(zhì)點比x=0.6m處的質(zhì)點的振動方向,從而判斷誰先回到波峰位置;根據(jù)波的傳播和質(zhì)點的振動情況確定各質(zhì)點運動到波峰位置的時刻。
【解答】解:根據(jù)圖象可知波長λ=2m,則T==s=0.2s,
A、波沿x軸正方向傳播,由上下坡法可知此時x=1.25m處的質(zhì)點振動的方向向下,離開平衡位置的位移正在減小,所以質(zhì)點正在做加速度減小的加速運動,故A錯誤;
B、波沿x軸正方向傳播,根據(jù)波形平移法得知,x=0.7m處的質(zhì)點比x=0.6m處的質(zhì)點都正在向下運動,x=0.6m的質(zhì)點先到達波谷,故B錯誤;
C、波向右傳播,根據(jù)波形平移法可知x=0處的質(zhì)點向上振動,故t=0.05s=時,該質(zhì)點運動到波峰位置,故C正確;
D、波沿x軸正方向傳播,x=0.3m處的質(zhì)點到左側(cè)相鄰的波峰之間的距離為:x′=0.3m+=0.3m+m=0.8m,該波峰傳到x=0.3m處時間t==s=0.08s,故D正確。
故選:CD。
【點評】本題考查了對波動圖象的認識,解題的關(guān)鍵是根據(jù)波的傳播方向確定質(zhì)點振動方向,根據(jù)時間和周期關(guān)系確定質(zhì)點的振動情況。
22.(天津模擬)如圖所示,一列簡諧橫波沿x軸正向傳播,波源從平衡位置開始振動。當波傳到x=1m的P點時開始計時,已知在t=0.4s時PM間第一次形成圖示波形,此時x=4m的M點正好在波谷。下列說法中正確的是( ?。?br />
A.P點的振動周期可能為0.4s
B.P點開始振動的方向沿y軸正方向
C.當M點開始振動時,P點可能在波谷
D.這列波的傳播速度是15 m/s
【分析】簡諧橫波沿x軸正向傳播,在t=0.4s時PM間第一次形成圖示波形,由圖讀出,t=0.4s時間內(nèi)振動傳播了一個波長,經(jīng)過了一個周期,則可知P點的周期。讀出波長,由v=求出波速v。P點開始振動的方向與圖示時刻x=5m處質(zhì)點的振動方向相同。根據(jù)PM間的距離判斷M點開始振動時,P點的位置。
【解答】解:A、由題意,簡諧橫波沿x軸正向傳播,在t=0.4s時PM間第一次形成圖示波形,波可能傳到x=5m處,也可能傳到x=7m處,當波傳到x=5m處時,則t=0.4s時間內(nèi)振動傳播了一個波長,經(jīng)過了一個周期,故P點的周期可能為0.4s。故A正確。
B、P點開始振動的方向與圖示時刻x=5m處質(zhì)點的振動方向相同,由波形平移法得知,P點開始振動的方向沿y軸負方向。故B錯誤。
C、當M點開始振動時,由波形可知,P點可能在波谷。故C正確。
D、由圖知,波長λ=4m,則波速v===10m/s。故D錯誤。
故選:AC。
【點評】本題要根據(jù)簡諧波的特點:一個周期內(nèi)傳播一個波長,確定P點的周期;簡諧波傳播過程中,各個質(zhì)點的起振方向都相同,與波源的起振方向也相同。
23.(五蓮縣期中)如圖所示,a、b、c、d是均勻媒質(zhì)中x軸上的四個質(zhì)點。相鄰兩點的間距依次為2m、4m和6m,一列簡諧橫波以2m/s的波速沿x軸正方向傳播,在t=0時刻到達質(zhì)點a處,質(zhì)點a由平衡位置開始豎直向下運動,t=3s時a第一次到達最高點。下列說法正確的是( ?。?br />
A.在t=6s時波恰好傳到質(zhì)點d處
B.在t=5s時質(zhì)點c恰好到達最高點
C.質(zhì)點b開始振動后,其振動周期為4s
D.在4s<t<6s 的時間間隔內(nèi)質(zhì)點c向下運動
【分析】已知波速,根據(jù)速度公式即可求出波傳播到質(zhì)點d處所用的時間;再根據(jù)a點的振動情況確定周期;根據(jù)波傳播到c點所用的時間確定其振動情況,從而明確5s時的位置以及4s至6s過程中的振動方向。
【解答】解:A、由題意可知,ad間距離為x=12m,波在同一介質(zhì)中勻速傳播,則波從a傳到d的時間為t==s=6s,即在t=6s時刻波恰好傳到質(zhì)點d處,故A正確;
B、設(shè)該波的周期為T,由題可得,T=3s,得T=4s。波從a傳到c的時間為t==s=3s,則在t=5s時刻質(zhì)點c已振動了2s,而c起振方向向下,故在t=5s時刻質(zhì)點c恰好經(jīng)過平衡位置向上,故B錯誤。
C、由B可知,該波的周期為4s,各質(zhì)點的振動周期與波的周期相同,故b開始振動后,其振動周期為4s,故C正確;
D、在4s<t<6s的時質(zhì)點c已振動了1s<t<3s,所質(zhì)點c正從波谷向波峰運動,即向上運動,故D錯誤。
故選:AC。
【點評】本題關(guān)鍵要抓住波在同一介質(zhì)中速度不變,由t=可求出波傳播的時間;要抓住各個質(zhì)點的起振方向都與波源的起振方向相同,通過分析波的形成過程進行分析各質(zhì)點的振動情況。
24.(南平月考)如圖所示,OA=AB=BC=CD=DE=2m,O點有一振源,在均勻的介質(zhì)中形成一列向右傳播的橫波,從t=0時刻起開始振動,其振動方程為y=2sinπt(cm),在t=1s時質(zhì)點A剛好起振.則下列說法正確的是( ?。?br />
A.質(zhì)點B剛起振時的方向豎直向下
B.6s時質(zhì)點D處在平衡位置向上振動
C.4s~5s的時間內(nèi),質(zhì)點C的速度正在增大
D.從計時開始,4s的時間內(nèi)質(zhì)點A通過的路程為12cm
【分析】根據(jù)振動方程可知振源的起振方向,進而可以判斷質(zhì)點的起振方向;先計算出振動傳播到D點時所經(jīng)歷的時間,然后判斷6s時D點的振動方向;根據(jù)方程可以得到周期,根據(jù)題給條件得到波速,進而得到各個質(zhì)點開始振動的時間;在一個周期內(nèi)質(zhì)點經(jīng)過的路程等于四倍的振幅。
【解答】解:A、由振動方程可知振源的起振方向為豎直向上,則在波的傳播方向上所有的質(zhì)點起振方向都是豎直向上,故A錯誤;
B、波的傳播速度=2m/s,所以振動傳播到D點所經(jīng)歷的時間為,由振動方程可知波的傳播周期為,所以在6s時,質(zhì)點振動了2s,即正好一個周期,質(zhì)點D剛好回到平衡位置且要向上振動,故B正確;
C、振動傳播到C經(jīng)所經(jīng)歷的時間為,所以在4s時,質(zhì)點C振動了4s﹣3s=1s,正好是振動了半個周期,質(zhì)點C的起振方向是豎直向上,則在4s時正經(jīng)過平衡位置向下振動,則在4s~5s時間內(nèi)質(zhì)點C的速度應(yīng)該是先減小后增大,故C錯誤;
D、振動傳播到A點所經(jīng)歷的時間為tA=1s,所以在4s的時間內(nèi)質(zhì)點A共振動了3s,由振動方程知振幅A=2cm,所以在3s內(nèi)經(jīng)過的路程為x=6A=12cm,故D正確。
故選:BD。
【點評】在波的傳播方向上,任何一個質(zhì)點開始振動的方向都和振源的起振方向相同,在一個周期內(nèi),質(zhì)點所經(jīng)過的路程等于4倍的振幅。
25.(浙江模擬)如圖所示,甲為一列沿x軸傳播的簡諧波在t=0.1s時刻的波形圖象,乙表示該波在傳播介質(zhì)中x=2m處的質(zhì)點a從t=0時起的振動圖象。則( ?。?br />
A.若此波遇到另一列簡諧橫波并發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象,則該波所遇到的波的頻率為5Hz
B.該波沿x軸負方向傳播
C.從t=0.10s到t=0.25s,質(zhì)點a通過的路程為40cm
D.t=0.25s,x=4m處的質(zhì)點b的加速度沿y軸負方向
【分析】干涉條件為頻率相等;由波形的平移即可知波的傳播方向;根據(jù)一個周期質(zhì)點振動的路程為4A計算質(zhì)點a通過的路程;根據(jù)該時刻質(zhì)點的位置可知其加速度方向。
【解答】解:A、由乙圖可知該波的周期為0.2s,故頻率為5Hz,干涉條件為頻率相等,則若此波遇到另一列簡諧橫波并發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象,則該波所遇到的波的頻率為5Hz,故A正確;
B、由乙圖可知,t=0.1s時刻,質(zhì)點a向上運動,在甲圖上,由波形的平移可知,該波沿x軸負方向傳播,故B正確;
C、從t=0.10s到t=0.25s,經(jīng)過的時間,則質(zhì)點a通過的路程為:S=3A=3×0.2m=0.6m,故C錯誤;
D、由波形圖可知t=0.25s,即從圖示位置再經(jīng)過0.15s,即T,則x=4m處的質(zhì)點b到達波峰位置,則其加速度沿y軸負方向,故D正確。
故選:ABD。
【點評】本題關(guān)鍵要把握兩種圖象的聯(lián)系,能根據(jù)振動圖象讀出質(zhì)點的速度方向,在波動圖象上判斷出波的傳播方向。
26.(重慶月考)坐標原點有一振源沿y軸振動,形成沿x軸正方向傳播的簡諧橫波,如圖所示。已知波速為10m/s,下列說法正確的是( ?。?br />
A.這列波的波長是4m
B.這列波的振幅是20cm
C.振源振動的頻率為2.5Hz
D.振源振動的頻率為10Hz
【分析】通過簡諧波圖象可以讀出波長,振幅;根據(jù)公式v=λf求得振源振動的頻率。
【解答】解:A、由簡諧波圖象可知,波長為4m,故A正確;
B、由簡諧波圖象可知,振幅為10cm,故B錯誤;
CD、由于波沿x軸正方向傳播,且波速為v=10m/s,根據(jù)公式v=λf,可知振源振動的頻率為:f===2.5Hz,故C正確,D錯誤。
故選:AC。
【點評】本題考查根據(jù)圖象判斷波長和振幅,明確波傳播的特點是解題的關(guān)鍵,同時會熟練應(yīng)用公式v=λf解題。
27.(煙臺一模)一列簡諧橫波沿x軸傳播,x軸上x1=1m和x2=4m處質(zhì)點的振動圖象分別如圖甲和圖乙所示。已知此兩質(zhì)點平衡位置之間的距離小于一個波長,則此列波的傳播速率及方向可能是( ?。?br />
A.v=3m/s,沿x軸正方向 B.v=0.6m/s,沿x軸正方向
C.v=0.4m/s,沿x軸負方向 D.v=1m/s,沿x軸負方向
【分析】由振動圖象讀出周期。根據(jù)x1=1m處質(zhì)點和x2=4m質(zhì)點的振動圖象,明確波的傳播方向有兩種可能,再分析狀態(tài)與位置關(guān)系,確定波長大小;求出波速公式即可求出波速大小。
【解答】解:由圖可知波的周期為4s,x1=1m處質(zhì)點和x2=4m質(zhì)點的距離小于一個波長,假設(shè)波沿x軸正方向傳播;
在0時刻,由圖可知當x1=1m處質(zhì)點在波峰位置,x2=4m處的質(zhì)點平衡位置向上振動,則
當波沿x軸的正方向傳播時:x2﹣x1=,
解得波長λ=12m
根據(jù)v=可得波速v==m/s=3m/s,方向沿x軸正方向;
若波沿x軸負方向傳播時:x2﹣x1=,解得波長λ′=4m
根據(jù)v=可得波速v==m/s=1m/s,方向沿x軸負方向。
故AD正確,BC錯誤。
故選:AD。
【點評】本題關(guān)鍵考查運用數(shù)學知識解決物理問題的能力,注意本題中只考查了波的傳播方向上的周期性,沒有涉及時間和空間的上的周期性。
28.(焦作期末)以O(shè)點為波源的橫波甲(圖中實線)沿x軸正方向傳播,波的頻率為5Hz,振幅為10cm;另一橫波乙(圖中虛線)沿x軸負方向傳播,振幅為5cm,兩列波的波速相同。t=0時刻兩列波在如圖所示的區(qū)域內(nèi)相遇。下列說法正確的是( ?。?br />
A.甲波和乙波都能發(fā)生偏振現(xiàn)象
B.乙波比甲波更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象
C.x=6m處的質(zhì)點振幅為15cm
D.t=0時刻,x=4m處的質(zhì)點位移為2.5cm
E.t=0.1s時刻,x=5m處的質(zhì)點振動方向向上
【分析】偏振是波的特性;波長越長,越容易發(fā)生衍射;干涉的條件是頻率相等,由波速公式v=λf分析頻率關(guān)系來確定能否發(fā)生干涉,從而確定振幅;質(zhì)點位移為兩波疊加后的位移;根據(jù)波形平移法和疊加原理,分析質(zhì)點的振動方向。
【解答】解:A、偏振是波的特性,甲波和乙波都能發(fā)生偏振現(xiàn)象,故A正確;
B、波長越長,越容易發(fā)生衍射,乙的波長要長,則乙波比甲波更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,故B正確;
C、甲、乙的波長不同,而同一介質(zhì)中,波速是相同的,由波速公式v=λf可知兩者頻率不同,則無法發(fā)生干涉,即疊加后沒有固定的最大位移,所以振幅不為15cm,故C錯誤;
D、x=4m處的質(zhì)點位移為兩波疊加后的位移,甲的位移為零,乙的位移為負,則疊加完后還是負的,故D錯誤;
E、同一介質(zhì)中,波速是相同的,則v甲=v乙=λ甲f甲=(4×5)m=20m/s,經(jīng)過0.1s,x甲=x乙=vt=(20×0.1)m=2m,根據(jù)波形平移法知甲波在左側(cè)x=3m處的波谷形式將傳到x=5m處,振動速度為零;乙波在右側(cè)x=7m處振動形式將傳到x=5m處,振動速度向上,所以x=5m處的質(zhì)點振動方向向上,故E正確。
故選:ABE。
【點評】本題主要考查了波的特性以及平移法在波的疊加中的應(yīng)用,平時要注意多加練習。
29.(恩施州期末)一列簡諧橫波在t=1s時的波形圖如圖所示,a、b、c分別為介質(zhì)中的三個質(zhì)點,其平衡位置分別為xa=0.5m、xb=2.0m,xc=3.5m。此時質(zhì)點b正沿y軸負方向運動,且在t=1.5s時第一次運動到波谷。則下列說法正確的是( ?。?br />
A.該波沿x軸正方向傳播
B.該波的傳播速度大小為1m/s
C.每經(jīng)過2s,質(zhì)點a通過的路程都為1.6m
D.質(zhì)點c的振動方程為y=0.4cost(m)
【分析】根據(jù)“同側(cè)法”可知該波的傳播方向;求出該波的周期,根據(jù)圖象可知波長,根據(jù)波速v=求解波速;質(zhì)點每經(jīng)過一個周期通過的路程為4A;根據(jù)c的位置結(jié)合振動方程的一般形式求解c的振動方程。
【解答】解:A、由于此時質(zhì)點b正沿y軸負方向運動,根據(jù)“同側(cè)法”可知該波沿x軸負方向傳播,故A錯誤;
B、由于在t=1.5s時第一次運動到波谷,則有T=1.5s﹣1s=0.5s,解得T=2s,根據(jù)圖象可知波長λ=2m,則波速v==m/s=1m/s,故B正確;
C、質(zhì)點每經(jīng)過一個周期通過的路程為4A,所以每經(jīng)過2s,質(zhì)點a通過的路程都為s=4A=4×0.4m=1.6m,故C正確;
D、周期為T=2s,則角速度ω==πrad/s,t=0時質(zhì)點c應(yīng)該在負向最大位移,所以質(zhì)點c的振動方程為y=﹣Acosωt=﹣0.4cosπt,故D錯誤。
故選:BC。
【點評】本題主要是考查了波的圖象;解答本題關(guān)鍵是要掌握振動的一般方程y=Asinωt,知道方程中各字母表示的物理意義,能夠根據(jù)圖象直接讀出振幅、波長和各個位置處的質(zhì)點振動方向,知道波速、波長和頻率之間的關(guān)系v=。
30.(大連期末)一列簡諧橫波某時刻的波形圖如圖所示,比較介質(zhì)中的三個質(zhì)點a、b、c,則( )
A.此刻a的加速度最大
B.此刻b的加速度最大
C.若波沿x軸正方向傳播,此刻c向y軸負方向運動
D.若波沿x軸負方向傳播,a比c先回到平衡位置
【分析】先比較質(zhì)點的位移大小關(guān)系,從而可比較質(zhì)點的加速度、速度大小關(guān)系;由波的傳播方向根據(jù)同側(cè)法判斷質(zhì)點的振動方向,結(jié)合位移大小關(guān)系可判斷那個質(zhì)點先回到平衡。
【解答】解:AB、由圖可知,質(zhì)點a的位移大小最大,等于振幅,質(zhì)點b在平衡位置,位移最小為0,則可知質(zhì)點a的加速度最大,速度為零,質(zhì)點b的加速度為零,速度最大,故A正確,B錯誤;
C、若波沿x軸正方向傳播,根據(jù)同側(cè)法可知質(zhì)點c向y軸負方向振動,故C正確;
D.若波沿x軸負方向傳播,此時質(zhì)點c向上振動,偏離平衡位置的位移小于振幅,則可知質(zhì)點c回到平衡位置的時間小于四分之一個周期,而質(zhì)點a要回到平衡位置的時間需要四分之一個周期,故質(zhì)點c比質(zhì)點a先回到平衡位置,故D錯誤。
故選:AC。
【點評】本題考查對波動圖象的掌握情況,對于質(zhì)點在振動過程中,位移越大,速度越小,加速度越大;波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向存在對應(yīng)關(guān)系,可用同側(cè)法、微平移法等進行分析判斷。
三.填空題(共10小題)
31.(思明區(qū)校級模擬)如圖所示,一列簡諧橫波沿x軸傳播,實線為t=0時刻的波形圖,此時平衡位置在x=1m的質(zhì)點P向y軸正方向運動,虛線為經(jīng)過0.7s后第一次出現(xiàn)的波形圖,則波沿x軸 負?。ㄌ睢罢被颉柏摗保┓较騻鞑?,波的傳播速度為 10 m/s。
【分析】t=0時刻的P點沿y軸正方向運動,根據(jù)平移法,判斷波的方向傳播,利用v=計算波速。
【解答】解:因t=0時刻的P點沿y軸正方向運動,根據(jù)平移法,則波沿x軸負方向傳播;0﹣0.7s內(nèi),波向x軸負方向傳播了7m,所以波速v==。
故答案為:負;10
【點評】學生需注意會用平移法或上下坡法判斷波的傳播方向,掌握波長、波速、周期間的關(guān)系,以及波在均勻介質(zhì)中勻速傳播等基礎(chǔ)知識。
32.(寶山區(qū)校級期中)一列振幅為5cm的簡諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正向傳播,波長不小于40cm。O和A是介質(zhì)中平衡位置分別位于x=0和x=20cm處的兩個質(zhì)點。t=0時開始觀測,此時質(zhì)點O的位移為y=+2.5cm,質(zhì)點A處于波峰位置。t=s時,質(zhì)點O第一次回到平衡位置,t=1s時,質(zhì)點A第一次回到平衡位置,則該簡諧波的周期為 4 s,波長為 1.2 m。
【分析】根據(jù)時間差和質(zhì)點的位置關(guān)系可判斷機械波的周期T;根據(jù)時間計算波速后可求得波長。
【解答】解:從t=0s至t=1s,A從波峰第一次回到平衡位置可知,T=4s
結(jié)合簡諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正向傳播,并且波長不小于40cm,O和A是介質(zhì)中平衡位置分別位于x=0和x=20cm處的兩個質(zhì)點,波長不小于40cm,可知t=0時刻,A位于緊鄰O點的波峰處;
則可知經(jīng)歷時間△t=s,波傳播的距離為x=20cm
波速v==m/s=0.3m/s
波長λ=vT=0.3×4m=1.2m
故答案為:4;1.2
【點評】明確各質(zhì)點的位置是計算機械波的關(guān)鍵,掌握v=
33.(蕪湖模擬)光刻機是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路(芯片)的核心設(shè)備,“浸沒式光刻”是一種通過在光刻膠和投影物鏡之間加入浸沒液體,從而減小曝光波長提高分辨率的技術(shù)。如圖所示,若浸沒液體的折射率為1.40,當不加液體時光刻膠的曝光波長為193nm;加上液體后,光在液體中的傳播速度為 2.14×108 m/s,波長變?yōu)椤?38 nm。(光在真空中的傳播速度c=3.0×108m/s,計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)
【分析】根據(jù)v=求解光在液體中的傳播速度;根據(jù)液體中v=λf和真空中c=λ0f,結(jié)合折射率公式求解光在液體中的波長。
【解答】解:光在液體中的傳播速度為v=,得v==m/s≈2.14×108m/s;
加上液體時光刻膠的曝光波長為λ=,
不加液體時,有c=λ0f
聯(lián)立可得λ==nm≈138nm。
故答案為:2.14×108,138
【點評】本題考查波長、頻率和波速的關(guān)系問題,考查知識點全面,重點突出,充分考查了學生掌握知識與應(yīng)用知識的能力。
34.(寶山區(qū)校級期中)一列聲波從空氣傳入某固體介質(zhì)中,波速由340m/s變?yōu)?400m/s,則此列聲波的頻率將 不變 (填“變大”、“變小”、“不變”),介質(zhì)中波長變?yōu)榭諝庵胁ㄩL的 10 倍。
【分析】當聲波折射入另一種介質(zhì)時,頻率不改變,波速和波長改變,根據(jù)公式v=λf求解傳播波長的變化。
【解答】解:當聲波折射入另一種介質(zhì)時,頻率不改變;波速由340m/s變?yōu)?400m/s,波速是原來的10倍,根據(jù)v=λ?f,可知介質(zhì)中波長變?yōu)榭諝庵胁ㄩL的10倍。
故答案為:不變,10。
【點評】本題考查了波速、頻率、波長的關(guān)系,需要注意的是聲波由空氣進入另一種介質(zhì)時,頻率不變。
35.(河源月考)A、B兩個振源相距10m,如圖所示為某時刻A、B連線之間的波形圖,AB連線已被五等分,已知振源A、B的振幅均為40cm,振動周期T=0.4s,則兩列波的波長均為 4 m;兩列波的波速均為 10 m/s;振源A的振動形式傳播到A、B之間距離B為3.5m的位置,還需要 0.25 s;2.0s之后,A、B間振幅能達到80cm的位置一共有 4 處。
【分析】由圖可知AB間的波長數(shù),從而求出波的波長;再根據(jù)波長、波速和周期間的關(guān)系確定波速以及傳播2.5m所用的時間;振幅為80cm的點為振動加強點,找出AB間的振動加強點即可明確有幾個點振幅能達到80cm的位置。
【解答】解:由圖可知,A、B間的距離恰好等于2.5個波長,則2.5λ=10m,解得λ=4m;
由于兩列波的波長相同,周期也相同,因此兩列波的波速v==m/s=10m/s;
圖示時刻振源A的振動形式還需傳播2.5m才能傳播到A、B之間距離B為3.5m的位置,因此t=﹣s=0.25s;
由題圖知,振源A、B的振動方向始終相反,故振動加強點到A、B兩點的波程差等于半波長的奇數(shù)倍,即滿足;
且xA+xB=10m時n分別取0和1,可得A、B間振幅能達到80cm的位置分別距A點2m、4m、6m、8m,因此一共有4處。
故答案為:4;10;0.25;4。
【點評】本題考查波的疊加以及波長、波速和周期的關(guān)系,關(guān)鍵是明確兩列波為反相,所以振動加強點到A、B兩點的波程差等于半波長的奇數(shù)倍。
36.(榕城區(qū)校級模擬)如圖是一列簡諧波在?t=0時的波形,波恰好傳播到x=2.5m處。已知從?t=0至t=1.1s內(nèi),質(zhì)點P三次出現(xiàn)在波峰位置,且在t=1.1s時,P點剛好處在波峰位置,則P點的振動周期是 0.4 s;經(jīng)過 1.0 s,?x=5.0m處的質(zhì)點Q第二次到達波谷。
【分析】簡諧橫波沿x軸正方向傳播過程中,介質(zhì)中質(zhì)點做簡諧運動,根據(jù)波傳播方向判斷出此時P的點振動方向,由從t=0到t=1.1s時間內(nèi),P點第三次出現(xiàn)在波峰位置分析得到周期.由圖象讀出波長,求出波速;波在同一均勻介質(zhì)中勻速傳播的,當x=2cm處質(zhì)點的振動傳播到Q時,質(zhì)點Q第一次到達波谷,由t=求出時間,再根據(jù)振動情況確定第二次到達波谷的時間。
【解答】解:根據(jù)波動圖象可知,?t=0時,P向下振動,則1.1s時P點振動了2個周期;故?,得T=0.4s;
波速?,x=2m的質(zhì)點的振動傳到Q點時,Q點第一次到達波谷處,故Q點第一次到達波谷所需時間?,第二次到達波谷的時間?t'=0.6s+0.4s=1.0s。
?故答案為:0.4;?1.0。
【點評】本題采用波形的平移法求解Q第一次形成波谷的時間,也可以根據(jù)波的形成過程分析:先求出振動從x=2.5cm處傳到Q點的時間;Q點的起振方向向下,再經(jīng)過T時間形成第一次波峰,將兩個時間相加得到。
37.(靜安區(qū)期末)如圖,波源O垂直于紙面做簡諧運動,所激發(fā)的橫波在均勻介質(zhì)中向四周傳播,圖中虛線表示兩個波面。t=2s時,離O點5m的A點開始振動:t=4s時,離O點10m的B點開始振動,此時A點第三次到達波峰。該波的波長為 或 m,t=4s時AB連線上處于平衡位置的點有 4或5 個(不包括B點在內(nèi))。
【分析】根據(jù)波傳播的距離和時間,求出波速,根據(jù)A點的振動情況,得到振動時間與周期的關(guān)系求出周期,從而求得波長。根據(jù)波形分析t=4s時AB連線上處于平衡位置的點的個數(shù)。
【解答】解:根據(jù)題意可知,在2s時間內(nèi),波傳播了5m的距離,則波速為v==m/s=2.5m/s
若A點的起振方向向波峰,則t=2T=2s,則周期為T=s,波長為λ=vT=2.5×m=m
t=4s時兩虛線間有2個波長的波形,則t=4s時AB連線上處于平衡位置的點有4個(不包括B點在內(nèi))。
若A點的起振方向向波谷,則t=2T=2s,則周期為T=s,波長為λ=vT=2.5×m=m
t=4s時兩虛線間有2個波長的波形,則t=4s時AB連線上處于平衡位置的點有5個(不包括B點在內(nèi))。
故答案為:或,4或5。
【點評】本題考查了波動規(guī)律,解題的關(guān)鍵是周期和波速的確定,根據(jù)波長、波速和周期的關(guān)系求解波長。
38.(浦東新區(qū)期末)如圖所示為一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形圖,質(zhì)點A此時的加速度方向為 ﹣y方向 ,經(jīng)0.3s質(zhì)點A第一次經(jīng)過平衡位置向上運動,則該波波速v= 10 m/s。
【分析】質(zhì)點A此時處在波峰,回復力指向平衡位置,加速度方向與之相同;采用平移法可知,經(jīng)0.3s質(zhì)點A第一次經(jīng)過平衡位置向上運動,波傳播的距離為,利用v=求波速。
【解答】解:質(zhì)點A此時處在波峰,回復力指向平衡位置,故加速度方向為﹣y方向。
沿x軸正方向傳播,采用平移法可知,經(jīng)0.3s質(zhì)點A第一次經(jīng)過平衡位置向上運動,波傳播的距離為x==3m,則v===10m/s
故填:﹣y方向、10.
故答案為:﹣y方向、10.
【點評】解題的關(guān)鍵是熟悉運用平移法處理機械波傳播的問題。
39.(長寧區(qū)期末)波長、周期、頻率、波速是用來描述機械波的物理量,當一列機械波由一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時,發(fā)生變化的物理量有 波長、波速?。槐3植蛔兊奈锢砹坑小≈芷?、頻率 。
【分析】根據(jù)頻率由波源決定、波速由介質(zhì)決定,波長由波源和介質(zhì)共同決定進行分析選擇。
【解答】解:由于波的頻率就等于波源的振動頻率,則當一列機械波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,其頻率保持不變,周期是頻率的倒數(shù),故周期不變;而波速是由介質(zhì)的性質(zhì)決定的,波速將發(fā)生改變,由波速公式v=λf得知,頻率不變時,波長與波速成正比,則波長也發(fā)生變化。
故答案為:波長、波速;周期、頻率。
【點評】本題考查波的性質(zhì),明確波速、頻率、波長是描述波的特有物理量,關(guān)鍵要抓住這些量的決定因素。
40.(綿陽月考)一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波某時刻的波形如圖所示,波速為5m/s,振幅為10cm。A是振源,B、C、D、E、F、G是介質(zhì)中質(zhì)點,相鄰兩質(zhì)點平衡位置間距離相等為1m。則該波振源A起振方向是y軸 正?。ㄟx填“正”或“負”)方向,從圖示時刻起再經(jīng)過 1.3 s,G點第一次到波谷,在這段時間內(nèi)質(zhì)點D經(jīng)過的路程為 0.9 m。
【分析】波傳播到了B質(zhì)點,振源起振方向就和B質(zhì)點起振方向相同;先計算波傳播到質(zhì)點G的時間,再計算振動時間,兩者和即為所求;計算質(zhì)點D的路程,先求出振動時間,由一個周期的時間路程是4倍振幅推理而得。
【解答】解:由波形圖可知此時刻波沿x軸正方向傳播到了質(zhì)點B,那么振源A起振方向就與質(zhì)點B的起振方向相同,向x軸正方向平移波形,可得質(zhì)點B將向y軸正方向運動,則振源A起振方向是y軸正方向;
由圖中知=1m,則波長λ=2m,由T=,得周期T=s=0.4s,質(zhì)點B、G的距離為xBG=5m,波傳播到G的時間t1==,質(zhì)點G從起振到第一次到波谷需要時間t2=T=0.3s,則從圖示時刻起到G點第一次到波谷所需時間t=t1+t2=1s+0.3s=1.3s;
對于質(zhì)點D:波傳播到質(zhì)點D的時間t3==s=0.4s,振動時間t4=t﹣t3=1.3s﹣0.4s=0.9s,經(jīng)過的路程s===0.9m.
故答案為:正;1.3;0.9
【點評】本題考查機械波的波源起振,如何傳播,要清楚質(zhì)點不隨波移動,一個周期波傳播一個波長,質(zhì)點完完成一次全振動。
四.計算題(共2小題)
41.(合肥三模)一列簡諧橫波在t1=s時的波形圖如圖甲所示,P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點,圖乙是質(zhì)點Q的振動圖象。求:
(i)該波的波速;
(ii)質(zhì)點P、Q平衡位置的距離和質(zhì)點Q在s~2s內(nèi)通過的路程。
【分析】(1)由圖甲得到波長,由圖乙得到周期,根據(jù)v=計算波速,根據(jù)振動情況確定傳播方向;
(2)根據(jù)波速公式分析P、Q平衡位置間的距離;分析s時質(zhì)點的位置,并明確s~2s內(nèi)對應(yīng)的周期數(shù),再根據(jù)一個周期內(nèi)通過的路程為4A來確定路程。
【解答】解:(i)由圖可知波長λ=36cm=0.36m,周期T=2s,則波速為v==m/s=0.18m/s
(i)設(shè)質(zhì)點P、Q平衡位置的距離為△x,則=
代入數(shù)據(jù)解得△x=6cm
由圖乙可知,質(zhì)點Q的振幅A=10cm,在t=s時刻,質(zhì)點Q的位移為,0~2s內(nèi)質(zhì)點Q通過的路程為4A,則s﹣2s內(nèi),質(zhì)點Q通過的路程:l=3.5A=35cm。
答:(i)該波的波速為18cm/s;
(ii)質(zhì)點P、Q平衡位置的距離為6cm,質(zhì)點Q在s~2s內(nèi)通過的路程為35cm。
【點評】本題是對簡諧波的周期性的考查,根據(jù)波速和距離、周期之間的關(guān)系來計算通過的時間,再根據(jù)振幅計算通過的路程的大小。
42.(沙坪壩區(qū)校級月考)如圖所示,波源位于圖中O點,A、B、O三點位于同一條直線上,O點產(chǎn)生的橫波可沿直線傳到A、B兩點。已知=2,求:
①若O點左、右兩側(cè)為不同介質(zhì),向左、向右傳播的波同時傳到A、B兩點,則向左、向右傳播的兩列波的波長之比;
②若O點左、右兩側(cè)為同種介質(zhì),A點比B點先起振△t時間,A、B兩點起振后振動方向始終相反,則波源的周期為多少。
【分析】①兩列波傳播時間相同,根據(jù)波傳播的距離關(guān)系進行分析,由速度公式即可明確速度關(guān)系,再根據(jù)波長、頻率和波速的關(guān)系即可明確波長關(guān)系;
②兩列波的振動方向相反,而同種介質(zhì)中傳播速度相同,從而明確兩點距波源O的距離關(guān)秒,從而求出波源的周期。
【解答】解:①根據(jù)向左、向右傳播的波同時傳到A、B兩點,則由可知
波向左右傳播的周期相同,根據(jù)λ=vT可得波長之比為:
②因A、B兩點起振后的振動方向始終相反,則A、B兩點到振源O的距離之差為半波長的奇數(shù)倍,即:
又有:
解得(n=0、1、2、3…)
答:①向左、向右傳播的兩列波的波長之比為;②波源的周期為(n=0、1、2、3…)。
【點評】本題中由同一振源發(fā)出的兩列波,要注意明確在同種介質(zhì)中波速相同,而在不同介質(zhì)中波速和波長不同,注意根據(jù)v=以及題意即可明確波長以及周期等的關(guān)系。
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