新教材2023_2024学年高中物理第3章机械波第1节波的形成和描述分层作业鲁科版选择性必修第一册
展开第3章 机械波
第1节 波的形成和描述
A级 必备知识基础练
1.一列波从空气传入水中,保持不变的物理量是( )
A.波速 B.波长
C.频率 D.以上都不变
2.(多选)对公式v=λf的理解,下列说法正确的是( )
A.由v=λf可知,波速与频率成正比
B.波速v由介质决定,频率f由波源决定
C.当波由一种介质进入另一种介质时,频率不变,波速、波长改变
D.v=λf适用于横波,不适用于纵波
3.(多选)如图甲、乙所示,有关两个图像的说法正确的是( )
A.甲为振动图像 B.乙为振动图像
C.甲为波的图像 D.乙为波的图像
4.(2023河北石家庄高二期末)地震以波的形式传播,地震波有纵波和横波之分,若a、b两处与c处分别相距300 km和200 km,c处地下15 km处发生地震,则(已知在地表附近纵波的传播速度大于横波的传播速度)( )
A.c处居民会感到先左右摇动,后上下颠簸
B.地震波是横波
C.地震波传到a处时,振动方向垂直于地面
D.a、b两处地震的剧烈程度可能不同
5.(2023湖北武汉高二模拟)一列简谐横波沿x轴正方向传播,已知该波波长为λ,振幅为A,某时刻的波形如图所示,关于质点P的说法正确的是( )
A.该时刻速度沿y轴负方向
B.该时刻加速度沿y轴正方向
C.此后周期内通过的路程为2A
D.此后周期内沿x轴正方向迁移的距离为λ
6.一列沿x轴正方向传播的横波在某时刻的波形如图甲所示,a、b、c、d为介质中沿波的传播方向上4个质点的位置,若从该时刻开始经过3个周期开始计时的振动图像如图乙所示的质点是( )
A.a处质点 B.b处质点
C.c处质点 D.d处质点
7.一列简谐横波沿直线传播,某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距6 m,且这两质点之间的波峰只有一个,则该简谐波可能的波长为( )
A.4 m、6 m和8 m B.6 m、8 m和12 m
C.4 m、6 m和12 m D.4 m、8 m和12 m
8.下图为一列沿x轴正方向传播的简谐横波某时刻的波形,质点P的振动周期为0.4 s。则该波的波速为 m/s,P点此时的振动方向为 。
9.一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时波形如图甲所示,已知在0.6 s末,A点恰好第四次(图中为第一次)出现波峰,请完成以下问题:
(1)该简谐波的波长、波速分别为多少?
(2)经过多长时间x=5 m处的质点P第一次出现波峰?
(3)如果以该机械波传到质点P开始计时,请在图乙中画出P点的振动图像,并标明必要的横、纵坐标值,至少画出一个周期的图像。
B级 关键能力提升练
10.一列简谐横波沿x轴正方向传播的某时刻的波形如图所示。a是正向最大位移处,b恰好处于平衡位置,经过Δt=时间,下列关于a、b两个质点所通过的路程的关系的说法正确的是( )
A.sa=sb
B.sa<sb
C.sa>sb
D.不能判断两者大小关系
11.(2023山东临沂高二期末)一列简谐横波沿x轴方向传播,t=0时刻的波形如图甲所示,质点P的振动图像如图乙所示,根据图像可知( )
A.简谐横波沿x轴正方向传播
B.简谐横波波速为0.2 m/s
C.质点P的平衡位置为x=1.0 m
D.0~5 s内质点P运动的路程为35 cm
12.(多选)(2022山东卷)一列简谐横波沿x轴传播,平衡位置位于坐标原点的质点振动图像如图所示。当t=7 s时,简谐横波的波形可能正确的是( )
13.如图甲所示,海洋生态自动监测浮标,可用于监测水质和气象等参数。一列水波(视为简谐横波)沿海面传播,在波的传播方向上相距12 m的两处分别有两浮标A、B,两浮标随波上下运动,其中浮标A的振动图像如图乙所示。当浮标A运动到波峰时,浮标B恰好运动到波谷。
(1)求此时刻浮标A的位移。
(2)若此时浮标A、B之间只有一个波峰,求这列水波的波长和传播速度大小。
14.(2023山东济宁高二期末)一列沿x轴传播的简谐横波在某时刻的波形如图甲所示,此时简谐横波恰好传到质点P,质点P的振动图像如图乙所示。求:
(1)该简谐横波的波长和波速;
(2)截止到t=8.0 s时刻,质点P共出现波峰的次数和通过的路程。
参考答案
第3章 机械波
第1节 波的形成和描述
1.C 波的频率由波源决定,与介质无关,选项C正确;波速由介质决定,波由一种介质进入另一种介质,波速v发生变化,选项A、D错误;由λ=知选项B错误。
2.BC 波速只与介质有关,频率由波源决定,选项A错误,B正确;不同频率的波在同一种介质中传播时,波长与频率成反比,同一列波从一种介质进入另一种介质,频率不变,波速、波长改变,选项C正确;v=λf适用于一切波,选项D错误。
3.BC
4.D c处地下15km处发生地震,由于纵波传播速度大于横波传播速度,因此纵波比横波先到达c处,且纵波与传播方向平行,而横波与传播方向垂直,所以c处居民会感到先上下颠簸,后左右摇动,故A错误;地震波既有横波,也有纵波,故B错误;地震波是一种弹性波,它可以从不同方向向四周传播,故当地震波传到a处时,其振动方向可能垂直于地面,也可能与地面斜交,故C错误;一次地震只有一个震级,但不同地区的地震剧烈程度可能不同,也可能相同,故D正确。
5.C 因为该波沿x轴正方向传播,则根据同侧法可知,质点P在该时刻的速度方向沿y轴正方向,故A错误;做简谐运动的物体,所受恢复力始终指向平衡位置,因此可知该时刻质点P加速度沿y轴负方向,故B错误;做简谐运动的物体,当振幅为A时,在一个周期内通过的路程为s=4A,则在半个周期内通过的路程为=2A,故C正确;横波质点只在平衡位置附近沿y轴方向振动,不随波迁移,故D错误。
6.C 从振动图像乙可知,开始计时时质点从平衡位置向y轴负方向运动,再结合甲给出的四个质点和波形及传播方向可知,乙所描述的是c质点的运动,C正确。
7.C 由于该波上两质点处于平衡位置且相距6m,两质点间波峰只有一个,故6m与波长λ的关系有三种可能:λ=6m,=6m,λ=6m,故波长的可能值为6m,12m,4m,选项C正确。
8.解析由题图可知波长λ=1.0m,则波速v==2.5m/s。将波形沿x轴正方向平移少许,比较P点的运动状态可知,P点沿y轴正方向运动。
答案2.5 沿y轴正方向
9.解析(1)由题图甲可知波长λ=2m,周期T=s=0.2s,
波速v==10m/s。
(2)波峰传到P点,t=s=0.45s。
(3)由题图甲可知,质点起振的方向为经平衡位置向下振动,振动图像如图所示。
答案(1)2 m 10 m/s (2)0.45 s (3)见解析
10.B 因各个质点均做受迫振动,重复波源的振动,故振动频率、周期、振幅相同,而a正处于正向最大位移处,速度为零,在时间Δt内,向平衡位置运动,速度由零逐渐增大,但达不到最大速度(到平衡位置时的速度);b正在从平衡位置向上运动,具有最大速度,在时间Δt内,它向正方向最大位移处运动,速度逐渐减小,但在时间Δt内的平均速度比a质点大,则sa<sb,故选B。
11.C 由题图乙可知,质点P在t=0时刻由平衡位置向上振动,由上下坡法可知,该波的传播方向沿x轴负方向,故A错误;由题图甲可知简谐横波的波长为λ=1.2m,由题图乙可知,周期为T=12s,该波的波速为v==0.1m/s,故B错误;由题图乙可知,从t=0时刻开始质点P到平衡位置用时5s,有x=vt=0.5m,则xP=λ-x=1.0m,故C正确;由题图乙可知,0~5s内P运动的路程为30cm,故D错误。
12.AC 由振动图像可知,周期T=12s,则ω=rad/s=rad/s,由t0=0时y0=10cm,可得出平衡位置位于坐标原点的质点的振动方程为y=20sincm,则t=7s时,y=20sinπcm=-20×cm=-10cm,可知选项A、C正确,B、D错误。
13.解析 (1)由图乙可知当浮标A运动到波峰时,浮标A的位移为y=80cm=0.8m。
(2)当浮标A运动到波峰时,浮标B恰好运动到波谷,且此时浮标A、B之间只有一个波峰,所以浮标A、B间的距离是1.5λ,即1.5λ=12m
解得这列水波的波长为λ=8m
由图乙可知周期为T=4s
这列水波的传播速度为v=m/s=2m/s。
答案 (1)0.8 m (2)8 m 2 m/s
14.解析 (1)由题图甲可知λ=1.0m
解得波长λ=2.4m
由题图乙可知T=1.6s
简谐横波的传播速度的大小为
v=m/s=1.5m/s。
(2)由题图乙可知,t=2.0s时质点P第1次出现波峰,在随后的6.0s内,因为
6.0s=3T+T
所以可再出现3次波峰,一共出现了4次波峰;
在0~8.0s内,质点P振动的时间为
tP=8.0s-0.8s=7.2s=4T+T
一次全振动经历的路程为4个振幅,所以质点P总共通过的路程为
s=18A=1.8m。
答案 (1)2.4 m 1.5 m/s (2)4次 1.8 m
