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文檔簡介
PAGE第1頁共8頁課時跟蹤檢測(四十五)機械波一、立足主干知識,注重基礎性和綜合性1.(2020·浙江1月選考)(多選)如圖所示,波源O垂直于紙面做簡諧運動,所激發(fā)的橫波在均勻介質中向四周傳播,圖中虛線表示兩個波面。t=0時,離O點5m的A點開始振動;t=1s時,離O點10m的B點也開始振動,此時A點第五次回到平衡位置,則()A.波的周期為0.4sB.波的波長為2mC.波速為5eq\r(3)m/sD.t=1s時AB連線上有4個點處于最大位移解析:選AB根據題意可知經過1s,A處質點經過了5個0.5T,即eq\f(10m-5m,v)=2.5T=1s,說明T=0.4s,v=5m/s,由v=eq\f(λ,T),得λ=2m,選項A、B正確,C錯誤;根據題意,第5次經過平衡位置,說明A、B之間有5個0.5倍的波長,即AB連線上應該有5個點處于最大位移,選項D錯誤。2.圖甲為一簡諧橫波在t=0時刻的波形圖像,圖乙為橫波中x=2m處質點A的振動圖像,下列說法正確的是()A.波的傳播方向沿x軸負方向B.波的傳播速度大小為2m/sC.在t=0時刻,圖甲中質點A的振動速度大小為0D.在t=1s時刻,圖甲中質點A的位置坐標為(0,20cm)解析:選B由題圖乙可知,x=2m處質點A在t=0時刻的振動方向沿y軸向上,再根據題圖甲可知波的傳播方向沿x軸正方向,故A錯誤;由題圖甲可知波長為8m,由題圖乙可知周期T=4s,因此該簡諧橫波的傳播速度大小為v=eq\f(λ,T)=eq\f(8,4)m/s=2m/s,故B正確;在t=0時刻,題圖甲中質點A在平衡位置,振動速度最大,故C錯誤;從t=0到t=1s,即經過四分之一周期,題圖甲中質點A運動到波峰位置,所以其位置坐標為(2m,20cm),故D錯誤。3.(2021·南平模擬)(多選)如圖所示為一簡諧橫波在t=0時刻的波形圖,Q是平衡位置為x=4m處的質點。Q點與P點(圖中未畫出)平衡位置相距3m,P點的振動位移隨時間變化關系為y=10sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(πt+\f(π,4)))cm,下列說法正確的是()A.該波沿x軸正方向傳播B.該波的傳播速度為4m/sC.質點Q在隨后的1s內通過的路程為0.2mD.t=0.5s時,質點Q的加速度為0,速度為正向最大解析:選BC當t=0時,y=10sineq\f(π,4)cm=5eq\r(2)cm,可知P點在Q點的左側,xP=1m,且向上振動,根據“上下坡法”知,該波沿x軸負方向傳播,故A錯誤;該波的波長λ=8m,質點P的振動周期T=eq\f(2π,ω)=eq\f(2π,π)s=2s,波的周期等于質點振動周期,則波的傳播速度v=eq\f(λ,T)=eq\f(8,2)m/s=4m/s,故B正確;質點Q在1s內,即二分之一個周期內通過的路程等于兩倍的振幅,為20cm=0.2m,故C正確;t=0.5s時,即經過eq\f(T,4),質點Q運動到負的最大位移處,此時加速度最大,速度為零,故D錯誤。4.(2021·福州八校第三次聯考)在某一均勻介質中由波源O發(fā)出的簡諧橫波在x軸上傳播,某時刻的波形如圖所示,其波速為5m/s,則下列說法正確的是()A.此時P、Q兩點運動方向相反B.再經過0.5s質點N剛好在(-5m,20cm)位置C.在1.5s<t<1.6s時間間隔內,質點N在x軸上方向上運動D.能與該波發(fā)生干涉的橫波的頻率一定為3Hz解析:選B根據“上下坡”法可知,此時P、Q兩點運動方向相同,A選項錯誤;由題圖可知波長λ=2m,周期為T=eq\f(λ,v)=eq\f(2,5)s,時間t=0.5s=1eq\f(1,4)T,波傳到N點的時間為T,波傳到N點時,N點向上運動,經過0.5s質點N剛好在波峰,其坐標為(-5m,20cm),B選項正確;在1.5s<t<1.6s時間間隔內,即3eq\f(3,4)T~4T,由周期性可知其與1eq\f(3,4)T~2T運動狀態(tài)相同,可判斷質點N在x軸下方向上運動,C選項錯誤;該波的頻率為f=eq\f(1,T)=2.5Hz,能與該波發(fā)生干涉的橫波的頻率一定為2.5Hz,D選項錯誤。5.(2020·山東等級考)一列簡諧橫波在均勻介質中沿x軸負方向傳播,已知x=eq\f(5,4)λ處質點的振動方程為y=Acoseq\f(2π,T)t,則t=eq\f(3,4)T時刻的波形圖正確的是()解析:選D根據題述,x=eq\f(5λ,4)處質點的振動方程y=Acoseq\f(2π,T)t,t=eq\f(3T,4)時刻x=eq\f(5λ,4)處質點的位移y=Acoseq\f(2π,T)×eq\f(3T,4)=Acoseq\f(3π,2)=0,再經微小時間Δt,位移y為正值,可知質點向上運動,根據題述波沿x軸負方向傳播,可知t=eq\f(3T,4)時刻的波形圖正確的是D。6.(2021年1月新高考8省聯考·遼寧卷)如圖所示,在xOy平面內有兩個沿z軸方向(垂直xOy平面)做簡諧運動的點波源S1(1,0)和S2(4,0),振動方程分別為zS1=Asineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(πt+\f(π,2)))、zS2=Asineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(πt-\f(π,2)))。兩列波的波速均為1m/s。兩列波在點B(2.5,3)和點C(4,4)相遇時,分別引起B(yǎng)、C處質點的振動總是相互()A.加強、加強 B.減弱、減弱C.加強、減弱 D.減弱、加強解析:選D因為B點距兩波源距離相等,而兩波源的相位相反,所以在B處疊加總是相互減弱。由振動方程可知,周期為T=eq\f(2π,ω)=eq\f(2π,π)s=2s,波長為λ=vT=2m,C距兩波源的距離差為Δs=1m=eq\f(1,2)λ,而兩波源的相位相反,所以在C點振動總是加強,故D正確。7.(2021·泉州調研)一列橫波沿直線傳播,在波的傳播方向上有A、B兩點。在t時刻A、B兩點間形成的波形如圖甲所示,在(t+3s)時刻A、B兩點間形成的波形如圖乙所示,已知A、B兩點間的距離s=9m,則以下說法中錯誤的是()A.若周期為4s,波一定向右傳播B.若周期大于4s,波可能向右傳播C.若波速為8.5m/s,波一定向左傳播D.該波波速可能的最小值為0.5m/s解析:選B根據題圖可知,波長λ=eq\f(9,3)×2m=6m。若波向右傳播,則3s=eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n+\f(3,4)))T(其中n=0,1,2,3,…),周期T=eq\f(12,4n+3)s(其中n=0,1,2,3,…),波速v=eq\f(λ,T)=(2n+1.5)m/s,可見,當n=0時,周期最大為4s,波速最小為1.5m/s,n取任何自然數,波速都不等于8.5m/s;若波向左傳播,則3s=eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n+\f(1,4)))T(其中n=0,1,2,3,…),周期T=eq\f(12,4n+1)s(其中n=0,1,2,3,…),波速v=eq\f(λ,T)=(2n+0.5)m/s,可見,當n=0時,周期最大為12s,波速最小為0.5m/s,n=4時,波速v=8.5m/s;可見,選項A、C、D正確,B錯誤。8.(2021·沈陽模擬)有兩列簡諧橫波的振幅都是10cm,傳播速度大小相同。坐標原點是實線波的波源,實線波沿x軸正方向傳播,波的頻率為3Hz;虛線波沿x軸負方向傳播。某時刻實線波剛好傳到x=12m處質點,虛線波剛好傳到x=0處質點,如圖所示,則下列說法正確的是()A.實線波和虛線波的頻率之比為2∶3B.平衡位置為x=6m處的質點此刻振動速度最小C.以該時刻開始計時,實線波源的振動方程為y=10sin(6πt+π)(cm)D.平衡位置為x=6m處的質點始終處于振動加強區(qū),振幅為20cm解析:選C由波形圖可知,實線波的波長為4m,虛線波的波長為6m,傳播速度大小相同,由λ=eq\f(v,f)可知,實線波和虛線波的頻率之比為f實∶f虛=λ虛∶λ實=6∶4=3∶2,選項A錯誤;實線波沿x軸正方向傳播,虛線波沿x軸負方向傳播,兩列波對平衡位置為x=6m處的質點振動速度都是沿y軸正方向,此刻振動速度最大,選項B錯誤;實線波波源的振動振幅為10cm,圓頻率ω=2πf=6π,初相為π,所以實線波源的振動方程為y=10sin(6πt+π)(cm),選項C正確;由于兩列波頻率不同,所以平衡位置為x=6m處的質點不始終處于振動加強區(qū),選項D錯誤。9.兩列頻率、振幅均相同的簡諧波Ⅰ和Ⅱ分別從繩子的兩端持續(xù)相向傳播,在相遇區(qū)域發(fā)生了干涉,在相距0.48m的A、B間用頻閃相機連續(xù)拍攝,依次獲得1、2、3、4、5五個波形,如圖所示,且1和5是同一振動周期內繩上各點位移都達到最大值時拍攝的波形。已知頻閃時間間隔為0.12s,則簡諧波Ⅰ和Ⅱ的周期均為________s,兩波源到A點和C點的路程差之差的絕對值是________m。解析:根據題意,知從1到5,簡諧波由波谷到波峰的時間為半個周期,即eq\f(1,2)T=4×0.12s=0.48s,則周期為0.96s;A、C、B為振動減弱點,兩振動減弱點之間為半個波長,則兩機械波的波長均為0.48m;振動加強點(AC的中點)的振幅為2A,振動減弱點(A、C、B點)的振幅為0;波在振動加強點(AC的中點)相遇,一個波傳播到A點和C點的路程差為eq\f(λ,2)=0.24m,則兩波源到A點和C點的路程差之差的絕對值為2×eq\f(λ,2)=0.48m。答案:0.960.48二、強化遷移能力,突出創(chuàng)新性和應用性10.(2021·寧德質檢)(多選)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,圖(a)是t=0時刻的波形圖,圖(b)和圖(c)分別是x軸上某兩處質點的振動圖像。由此可知,這兩質點平衡位置之間的距離可能是()A.eq\f(1,3)m B.eq\f(2,3)mC.1m D.eq\f(4,3)m解析:選BDt=0時刻題圖(b)中的質點正處于正向最大位移處,與之相對應的是波形圖中的x1=eq\f(1,2)+nλ(n=0,1,2,…)的質點,題圖(c)中的質點正在負向eq\f(A,2)處向負方向振動,根據振動方程-eq\f(A,2)=Asineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,2)×x2)),x2=eq\f(11,6)+nλ(n=0,1,2,…),所以這兩質點平衡位置之間的距離可能是Δx=|x2-x1|=eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(4,3)±nλ)),當n=0時,Δx=eq\f(4,3),也有可能是Δx=eq\f(2,3),故B、D正確,A、C錯誤。11.(2018·全國卷Ⅰ)一列簡諧橫波在t=eq\f(1,3)s時的波形圖如圖(a)所示,P、Q是介質中的兩個質點。圖(b)是質點Q的振動圖像。求:(1)波速及波的傳播方向;(2)質點Q的平衡位置的x坐標。解析:(1)由題圖(a)可以看出,該波的波長為λ=36cm由題圖(b)可以看出,周期為T=2s波速為v=eq\f(λ,T)=18cm/s由題圖(b)知,當t=eq\f(1,3)s時,質點Q向上運動,結合題圖(a)可得,波沿x軸負方向傳播。(2)設質點O的振動方程為yO=Asin(ωt+φ),其中ω=eq\f(2π,T)=πrad/st=eq\f(1,3)s時有yO=Asineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)+φ))=-eq\f(A,2),可得φ=-eq\f(π,2)即yO=Asineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωt-\f(π,2)))由題圖(b)可知yQ=Asinωt所以O、Q兩質點的相位差為eq\f(π,2)xQ=eq\f(1,4)λ=9cm。答案:(1)18cm/s沿x軸負方向傳播(2)9cm12.一列簡諧橫波在介質中沿x軸正向傳播,波長不小于10cm。O和A是介質中平衡位置分別位于x=0和x=5cm處的兩個質點。t=0時開始觀測,此時質點O的位移為y=4cm,質點A處于波峰位置;t=eq\f(1,3)s時,質點O第一次回到平衡位置,t=1s時,質點A第一次回到平衡位置。求:(1)簡諧波的周期、波速和波長;(2)質點O的位移隨時間變化的關系式。解析:(1)設振動周期為T。由于質點A在0~1s內由最大位移處第一次回到平衡位置,經歷的是eq\f(1,4)個周期,由此可知T=4s①由于質點O與A的距離Δx=5cm,波長不小于10cm,且波沿x軸正向傳播,質點O在t=eq\f(1,3)s時第一次回到平衡位置,而質點A在t=1s時第一次回到平衡位置,時間相差Δt=eq\f(2,3)s??傻貌ǖ乃俣葀=eq\f(Δx,Δt)=7.5cm/s②根據v=eq\f(λ,T)得,簡諧波的波長λ=vT=30cm。③(2)設質點O的位移隨時間變化的關系為y=Asineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2πt,T)+φ0))④將①式及題給條件代入上式得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(4=Asinφ0,0=Asin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+φ0))))⑤解得φ0=eq\f(5π,6),A=8cm⑥質點O的位移隨時間變化的關系式為y=0.08sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πt,2)+\f(5π,6)))(國際單位制)。答案:(1)4s7.5cm/s30cm(2)y=0.08sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πt,2)+\f(5π,6)))(國際單位制)13.(2021·福建名校聯考)一列沿x軸方向傳播的橫波,如圖所示的實線和虛線分別為t1=0與t2=1s時的波形圖像。求:(1)如果該橫波的傳播速度為v=75m/s時,分析該波的傳播方向;(2)如果該橫波沿x軸的正方向傳播,虛線上x=2m處的質點到達平衡位置時波傳播的最短距離是多少,相對應的時間應為多長?解析:(1)由題圖可知,波長λ=8m如果沿x軸的正方向傳播,則Δt=1s的時間內,該波傳播的距離為Δs1=(nλ+3)m=(8n+3)m(n=0,1,2,…)若波速為v=75m/s,則1s的時間內波傳播的距離為s1=vΔt=75×1m=75m則8n+3=75,解得n=9顯然波可能沿x軸的正方向傳播如果沿x軸的負方向傳播,則Δt=1s的時間內,該波傳播的距離為Δs2=(8n+5)m(n=0,1,2,…)若波速為v=75m/s,則1s的時間內波傳播的距離為s2=vΔt=75×1m=75m則8n+5=75,解得n=eq\f(35,4)由于n必須為整數,所以波不可能沿x軸的負方向傳播由以上可知,當波的傳播速度為v=75m/s時,波的傳播方向一定沿x軸的正方向。(2)由題圖可知:虛線上x=2m處的質點到達平衡位置,波應沿x軸正方向傳播的
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