第2課時(shí)機(jī)械波1.(2018浙江溫州樂清芙蓉中學(xué)月考)分析下列物理現(xiàn)象:(1)夏天里在一次閃電過后,有時(shí)雷聲轟鳴不絕;(2)“聞其聲而不見其人”;(3)圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音;(4)當(dāng)正在鳴笛的火車向著我們急駛而來時(shí),我們聽到汽笛聲的音調(diào)變高.這些物理現(xiàn)象分別屬于波的(A)A.反射、衍射、干涉、多普勒效應(yīng)B.折射、衍射、多普勒效應(yīng)、干涉C.反射、折射、干涉、多普勒效應(yīng)D.衍射、折射、干涉、多普勒效應(yīng)解析:夏天里在一次閃電過后,有時(shí)雷聲轟鳴不絕,是由于聲音在云層間來回傳播,這是聲音的反射;“聞其聲而不見其人”,聽到聲音,卻看不見人,這是聲音的衍射;圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音,音叉發(fā)出兩個(gè)頻率相同的聲波相互疊加,從而出現(xiàn)加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū).這是聲音的干涉;當(dāng)正在鳴笛的火車向著我們急駛而來時(shí),我們聽到汽笛聲的音調(diào)變高.音調(diào)變高就是頻率變高,因此這是多普勒效應(yīng),綜合以上分析,A正確.2.(2018黑龍江牡丹江期中)(多選)關(guān)于機(jī)械波的說法中,正確的是(BC)A.產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是波源的頻率發(fā)生了變化B.產(chǎn)生干涉現(xiàn)象時(shí),介質(zhì)中振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)振動(dòng)能量最大,減弱點(diǎn)振動(dòng)能量可能為零C.振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像橫坐標(biāo)反映的意義是不同的D.超聲波比次聲波更容易發(fā)生衍射解析:產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因不是波源頻率變化,而是波源與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致接收頻率發(fā)生變化,故A錯(cuò)誤;頻率相同的波,發(fā)生干涉現(xiàn)象時(shí),振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的振幅最大,則振動(dòng)能量最大,振動(dòng)減弱點(diǎn)的振幅最小,可能為零,即振動(dòng)能量可能為零,故B正確;振動(dòng)圖像和波動(dòng)的圖像中,橫坐標(biāo)所反映的物理意義不同,振動(dòng)圖像橫軸是時(shí)間,而波動(dòng)圖像是各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置,故C正確;次聲波的波長(zhǎng)比超聲波的波長(zhǎng)長(zhǎng),因此次聲波更容易發(fā)生衍射,故D錯(cuò)誤.3.(2018湖北荊州質(zhì)檢)(多選)一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)的波形圖如圖所示.介質(zhì)中x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)P沿y軸方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y=10sin5t(cm).關(guān)于這列簡(jiǎn)諧波,下列說法正確的是(CD)A.周期為4.0 s B.振幅為20 cmC.傳播方向沿x軸正方向 D.傳播速度為10 m/s解析:由波形圖可得A=10 cm,=4 m.由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式得=5 rad/s;T=0.4 s;v=10 m/s.故A,B錯(cuò)誤,D正確.質(zhì)點(diǎn)P起振方向沿y軸正方向,故波沿x軸正方向傳播,C正確.4.(2018安徽黃山聯(lián)考)(多選)在均質(zhì)彈性繩中有一振源S,它以5 Hz的頻率上下做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),振幅為5 cm,形成的波沿繩向左、右兩邊傳播,從振源開始振動(dòng)計(jì)時(shí),t時(shí)刻的波形如圖所示,質(zhì)點(diǎn)P右邊的繩還未振動(dòng),S左邊的波形沒有畫出,則(BD)A.該波的波速為60 cm/sB.波源S開始振動(dòng)的方向向下C.圖中的質(zhì)點(diǎn)Q在t時(shí)刻處在波谷D.在t=0至t=1.0 s時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的路程為70 cm解析:該波的頻率f=5 Hz,周期T=0.2 s,由圖知該波在t=T=0.3 s時(shí)間內(nèi),波傳播了12 cm,則波速v=40 cm/s,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;此時(shí)P點(diǎn)的振動(dòng)方向向下,則波源的起振方向向下,選項(xiàng)B正確;由對(duì)稱性知x= -6 cm處質(zhì)點(diǎn)t時(shí)刻處于波峰,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在t=0至t=1.0 s時(shí)間內(nèi),即t=1 s,質(zhì)點(diǎn)P已振動(dòng)0.7 s,運(yùn)動(dòng)的路程為4 A=45 cm= 70 cm,選項(xiàng)D正確.5.導(dǎo)學(xué)號(hào) 58826286(2017四川仁壽三診)(多選)一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻的波形如圖所示,質(zhì)點(diǎn)P經(jīng)過0.1 s第一次到達(dá)平衡位置,已知此列波的波速為6 m/s,則(ACD)A.該波沿x軸負(fù)方向傳播B.t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P沿y軸正方向振動(dòng)C.質(zhì)點(diǎn)Q(坐標(biāo)為x=7.5 m的點(diǎn))的振動(dòng)方程y=5cos 2t(cm)D.質(zhì)點(diǎn)P平衡位置的橫坐標(biāo)為x=2.4 mE.質(zhì)點(diǎn)Q需經(jīng)過0.85 s才重復(fù)質(zhì)點(diǎn)P此時(shí)的振動(dòng)速度解析:由題圖知,波長(zhǎng)=6 m,根據(jù)波速v=得,T=1 s,質(zhì)點(diǎn)P經(jīng)過0.1 s第一次到達(dá)平衡位置,用時(shí)不到,說明波沿x軸負(fù)方向傳播,A正確;根據(jù)“上下波”法可知,t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向振動(dòng),B錯(cuò)誤;由題圖可知A=5 cm,又=2 rad/s,則質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)方程為y= 5 cos2t(cm),C正確;質(zhì)點(diǎn)P的平衡位置到3 m處的距離x1=vt=6 0.1 m=0.6 m,質(zhì)點(diǎn)P的平衡位置的橫坐標(biāo)為x=3 m-0.6 m=2.4 m,D正確;與質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)情況相同的質(zhì)點(diǎn)距離質(zhì)點(diǎn)Q最近的在其右側(cè)距離為x=-0.6 m=0.9 m,t= s=0.15 s,質(zhì)點(diǎn)Q需經(jīng)過0.15 s才重復(fù)質(zhì)點(diǎn)P此時(shí)的振動(dòng)速度,E錯(cuò)誤.6.(2017河南南陽(yáng)四模)(多選)如圖所示,兩列簡(jiǎn)諧橫波a和b均沿x軸正方向傳播,波速為40 m/s,下列說法正確的是(ACE)A.a波的周期為0.2 s,b波的周期為0.1 sB.對(duì)于b波,x軸上的1 m處的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過0.1 s就傳到x=5 m處C.a,b兩列波相遇時(shí)不能發(fā)生穩(wěn)定干涉D.x=8 m處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)總是加強(qiáng)的E.若兩列波進(jìn)入另一種介質(zhì),它們的頻率都不會(huì)改變解析:由圖可知a=8 m,b=4 m,故Ta= s=0.2 s,Tb= s=0.1 s,A正確;在波的傳播過程中,波上的質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近上下振動(dòng),并不隨波遷移,B錯(cuò)誤;兩列波的周期不相同,即頻率不相等,故不能發(fā)生穩(wěn)定干涉,C正確,D錯(cuò)誤;波的頻率等于波源的振動(dòng)頻率,由波源決定,與介質(zhì)無關(guān),E正確.7.(2018內(nèi)蒙古包鋼第一中學(xué)高三適應(yīng)性考試)(多選)圖(甲)是一列簡(jiǎn)諧橫波在t0=0時(shí)刻的波形圖,P,Q分別是平衡位置在x1=1 m、x2= 12 m處的質(zhì)點(diǎn),圖(乙)為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像,下列說法正確的是(ACE)A.波速大小為6 m/sB.波沿x軸正方向傳播C.t1=11 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)D.質(zhì)點(diǎn)P,Q振動(dòng)速度的方向不可能相同E.質(zhì)點(diǎn)P簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y=0.10 sin(t+) m解析:從圖中讀出波長(zhǎng)=12 m;周期T=2 s,則波速v= m/s=6 m/s,選項(xiàng)A正確;根據(jù)振動(dòng)圖像可知,t=0時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)Q向上振動(dòng),可知該波沿x軸負(fù)方向傳播,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;t1=11 s=5T時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C正確;由波形圖可知,在t=0時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)PQ的振動(dòng)方向就是相同的,均向上,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)的初相位為,= rad/s,則簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y=0.10sin(t+) m,選項(xiàng)E正確.8.(2017河南鶴壁二模)(多選)振源S在O點(diǎn)做沿豎直方向的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),頻率為10 Hz,t=0時(shí)刻向右傳播的簡(jiǎn)諧橫波如圖所示,(向左傳播的簡(jiǎn)諧橫波圖中未畫出)則以下說法正確的是(ABE)A.該橫波的波速大小為20 m/sB.t=0時(shí),x=1 m處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向向上C.t=0.175 s時(shí),x=-1 m處的質(zhì)點(diǎn)處在波峰位置D.若振源S向右勻速運(yùn)動(dòng),右側(cè)靜止的接收者收到的頻率小于10 HzE.傳播過程中該橫波遇到小于2 m的障礙物或小孔都能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象解析:由圖可知,波長(zhǎng)=2 m,故波速為v=f=20 m/s,A正確;波向右傳播,根據(jù)“上下坡”法可知,t=0時(shí),x=1 m處的質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng),B正確;周期T=0.1 s,則t=0.175 s=1T,x=-1 m處的質(zhì)點(diǎn),處于波谷,C錯(cuò)誤;若振源S向右勻速運(yùn)動(dòng),即向接收者移動(dòng),則接收者收到的頻率大于10 Hz,D錯(cuò)誤;因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)為2 m,所以傳播過程中遇到小于2 m的障礙物或小孔都能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,E正確.9.(2018黑龍江大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)考前模擬)(多選)如圖所示為某時(shí)刻從O點(diǎn)同時(shí)發(fā)出的兩列簡(jiǎn)諧橫波在同一介質(zhì)中沿相同方向傳播的波形圖,P點(diǎn)在甲波最大位移處,Q點(diǎn)在乙波最大位移處,下列說法中正確的是(ADE)A.兩列波具有相同的波速B.兩列波傳播相同距離時(shí),乙波所用的時(shí)間比甲波的短C.P點(diǎn)比Q點(diǎn)先回到平衡位置D.在P質(zhì)點(diǎn)完成20次全振動(dòng)的時(shí)間內(nèi)Q質(zhì)點(diǎn)可完成30次全振動(dòng)E.甲波和乙波在空間相遇處不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣解析:兩列簡(jiǎn)諧橫波在同一介質(zhì)中波速相同,傳播相同距離所用時(shí)間相同,故A正確,B錯(cuò)誤.由圖可知,兩列波波長(zhǎng)之比甲乙=32,波速相同,由波速公式v=得到周期之比為T甲T乙=32,Q點(diǎn)與P點(diǎn)都要經(jīng)過周期才回到平衡位置.所以Q點(diǎn)比P點(diǎn)先回到平衡位置,故C錯(cuò)誤.兩列波的頻率之比為f甲f乙=23,則在P質(zhì)點(diǎn)完成20次全振動(dòng)的時(shí)間內(nèi)Q質(zhì)點(diǎn)完成了30次全振動(dòng),故D正確.兩列波的頻率不同,不能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣,故E正確.10.(多選)如圖(甲)所示,一列機(jī)械波沿直線ab向右傳播,ab=2 m,a,b兩點(diǎn)的振動(dòng)情況如圖(乙)所示,下列說法中正確的是(ABD)A.波速可能是 m/s B.波長(zhǎng)可能是 mC.波速可能是 m/s D.波速可能是 m/sE.波長(zhǎng)可能大于 m/s解析:由振動(dòng)圖像可看出t=0時(shí)刻,點(diǎn)a在波谷,點(diǎn)b在平衡位置且向上振動(dòng),所以ab=2 m=+n(n=0,1,2,3,),解得= m(n=0,1,2, 3,),所以波速v= m/s(n=0,1,2,3),式中當(dāng)n=10 時(shí), A正確;式中當(dāng)n=0時(shí),B正確;式中當(dāng)n=1時(shí),D正確.11.(2017山東日照三模)(多選)兩列簡(jiǎn)諧橫波的振幅都是20 cm,傳播速度大小相同.實(shí)線波的頻率為2 Hz,沿x軸正方向傳播;虛線波沿x軸負(fù)方向傳播.某時(shí)刻兩列波在如圖所示的區(qū)域相遇,則(BDE)A.在相遇區(qū)域會(huì)形成穩(wěn)定的干涉圖樣B.實(shí)線波和虛線波的頻率之比為32C.平衡位置為x=6 m處的質(zhì)點(diǎn)此刻速度為零D.平衡位置為x=8.5 m處的質(zhì)點(diǎn)此刻位移y>20 cmE.從圖示時(shí)刻起再經(jīng)過0.25 s,平衡位置為x=5 m處質(zhì)點(diǎn)的位移y<0解析:實(shí)線波的頻率為f1=2 Hz,其周期為T1=0.5 s,波長(zhǎng)1=4 m,則波速v= m/s=8 m/s;由圖可知,虛線波的波長(zhǎng)為2=6 m,則周期為T2= s=0.75 s,頻率f2= Hz,則兩波的頻率不同,所以不能發(fā)生干涉現(xiàn)象,故A錯(cuò)誤;實(shí)線波和虛線波的頻率之比為f1f2=32,選項(xiàng)B正確;平衡位置為x=6 m處的質(zhì)點(diǎn)由實(shí)線波和虛線波引起的振動(dòng)方向均向上,速度是兩者之和,故此刻速度不為零,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;兩列簡(jiǎn)諧橫波在平衡位置為x=8.5 m處的質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)方向相同,此刻各自位移都大于10 cm,故質(zhì)點(diǎn)此刻位移y>20 cm,選項(xiàng)D正確;從圖示時(shí)刻起再經(jīng)過0.25 s,實(shí)線波在平衡位置為x=5 m處的質(zhì)點(diǎn)位于波谷,而虛線波也處于y軸上方,但不在波峰處,所以質(zhì)點(diǎn)的位移y<0,故E正確.12.導(dǎo)學(xué)號(hào) 58826287(2017山東濰坊三模)如圖所示,一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,t=0時(shí)波形如圖所示,此時(shí)波剛好傳到x=5 m處P點(diǎn);t=1.2 s時(shí)x=6 m處Q點(diǎn)第一次有沿y軸正方向的最大速度.(1)求這列簡(jiǎn)諧波傳播的周期與波速;(2)寫出x=4 m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程;(3)畫出這列簡(jiǎn)諧波在t=1.2 s時(shí)的波形圖.解析:(1)由題意可知,圖示時(shí)刻x=3 m處的振動(dòng)形式傳播到x=6 m處所用時(shí)間t=1.2 s,則速度v= m/s=2.5 m/s,由圖可知,波長(zhǎng)=4 m,則周期T= s=1.6 s(2)由圖可知,A=10 cm=0.1 m,又= rad/s,則x=4 m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程為y=0.1sin(t-)(m).(3)畫出在t=1.2 s時(shí)的波形圖,如圖所示.答案:(1)1.6 s2.5 m/s(2)y=0.1sin(t-) (m)(3)見解析13.(2017山東臨沂二模)如圖所示為一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸負(fù)方向傳播在t=0時(shí)刻的波形圖,M,N兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(-2,0)和(-7,0),已知t=0.5 s時(shí),M點(diǎn)第二次出現(xiàn)波峰.(1)這列波的傳播速度多大?(2)從t=0時(shí)刻起,經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間N點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰?(3)當(dāng)N點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰時(shí),M點(diǎn)通過的路程為多少?解析:(1)根據(jù)圖像可知,該波波長(zhǎng)=4 m,M點(diǎn)與最近波峰的水平距離為6 m,距離下一個(gè)波峰的水平距離為10 m,所以波速為v= m/s=20 m/s.(2)N點(diǎn)與最近波峰的水平距離為x=11 m當(dāng)最近的波峰傳到N點(diǎn)時(shí)N點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰,經(jīng)歷的時(shí)間為t1= s=0.55 s.(3)該波中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期為T=0.2 sN點(diǎn)第一次出現(xiàn)波峰時(shí)質(zhì)點(diǎn)M振動(dòng)了t2=0.4 s=2TM點(diǎn)通過的路程為s=85 cm=40 cm=0.4 m.答案:(1)20 m/s(2)0.55 s(3)0.4 m14.導(dǎo)學(xué)號(hào) 58826288(2018吉林大學(xué)附中月考)已知在t1時(shí)刻簡(jiǎn)諧橫波的波形如圖中實(shí)線所示,在時(shí)刻t2該波的波形如圖中虛線所示.t2-t1=0.02 s,求:(1)該波可能的傳播速度.(2)若已知T<t2-t1<2T,且圖中P質(zhì)點(diǎn)在t1時(shí)刻的瞬時(shí)速度方向向上,求可能的波速.(3)若0.01 s<T<0.02 s,且從t1時(shí)刻起,圖中Q質(zhì)點(diǎn)比R質(zhì)點(diǎn)先回到平衡位置,求可能的波速.解析:(1)如果這列簡(jiǎn)諧橫波向右傳播,在0.02 s內(nèi)波形向右勻速傳播距離為x=(n+)=6n+2(m),所以波速v=100(3n+1) m/s(n=0, 1,2,)同理可得,若該波向左傳播,則波速v=100(3n+2) m/s(n=0,1,2,)(2)P質(zhì)點(diǎn)在t1時(shí)刻速度方向向上,說明波向左傳播,T<t2-t1<2T,說明這段時(shí)間內(nèi)向左傳播了個(gè)波長(zhǎng),所以波速v=500 m/s.(3)“Q比R先回到平衡位置”,說明波向右傳播,而0.01 s<T<0.02 s,也就是T<0.02 s<2T,所以這段時(shí)間內(nèi)波向右傳播了個(gè)波長(zhǎng),波速v=400 m/s.答案:(1)見解析(2)500 m/s(3)400 m/s