内容正文:
第1节 波的形成
1、 波的形成
1.近年来,人们越来越注重身体锻炼。有种健身设施叫战绳,其用途广泛,通常可用于高强度间歇训练形式的心肺锻炼或肌肉锻炼。当某健身人士双手以相同节奏上下抖动两根相同的战绳,使战绳形成绳波,如图所示。下列说法正确的是( )
A.两根战绳形成的波形一定完全相同 B.两根战绳上的波传播速度不相同
C.若人停止抖动战绳,则绳波立即消失 D.离人越远的波形振幅越小
2.一条绳子可以分成一个个小段,每小段都可以看做一个质点,这些质点之间存在着相互作用。如图所示,1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点,绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,会带动2、3、4……各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传回右端。质点1的振动周期为T。时质点1开始竖直向上运动,经过四分之一周期,质点5开始运动。下列判断正确的是( )
A.质点1与质点20间相距一个波长 B.质点20开始振动时运动方向向下
C.时质点5的加速度方向向上 D.时质点12的速度方向向上
3.下端附着重物的粗细均匀木棒,竖直浮在河面,在重力和浮力作用下,沿竖直方向做频率为的简谐运动,与此同时,木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动,如图a所示。以木棒所受浮力F为纵轴,木棒水平位移x为横轴建立直角坐标系,浮力F随水平位移x的变化如图b所示。已知河水密度为,木棒横截面积为S,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.木棒的运动为向x轴正方向传播的机械横波,波速为0.4m/s
B.木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为
C.x从到的过程中,木棒加速度方向竖直向下,大小逐渐变小
D.和时,木棒的速度大小相等,方向相反
2、 机械振动与机械波的关系
4.下列关于机械波与机械振动的说法正确的是( )
A.小明课间用球拍向地面拍打乒乓球,乒乓球的运动属于机械振动
B.机械振动的传播称为波动,但机械波的传播离不开介质,机械波的波速由介质本身的性质决定
C.任何机械振动都会形成机械波
D.做简谐运动的物体经过平衡位置时,合力一定为零,速度最大
5.下列关于简谐运动和简谐波的说法正确的是( )
A.物体做机械振动,一定会产生机械波
B.如果波源停止振动,波在介质中的传播也立即停止
C.波在传播过程中,参与振动质点的振动周期等于波源的振动周期
D.介质中每一个质点开始振动的方向不一定和波源开始振动的方向相同
6.关于振动和波的关系,下列说法正确的是( )
A.物体做机械振动,就一定会激发机械波
B.如果振源停止振动,它所引起的波动也立即停止
C.质点的振动方向总是垂直于波的传播方向
D.介质中每个质点开始振动的方向一定与振源开始振动的方向相同
3、 横波与纵波
7.机械振动在介质中传播,形成了机械波。下列说法正确的是( )
A.在纵波中,质点的分布是均匀的
B.机械波在真空中可以传播
C.发声体振动时在空气中产生的声波是纵波
D.介质中有机械波传播时,介质与波一起传播
8.某同学设计了如图所示的地震测量装置,水平方向X和竖直方向Y的构造相同.地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/s.地震中,假定震源在地震仪下方,观察到两振子相差5 s开始振动,则下列说法正确的是( )
A.两重球处于平衡位置时弹簧弹力均为0 B.X方向传感器接收到的是纵波振动
C.该地震波的振动周期是0.1s D.该次地震中心与测试点距离10km
9.中国博物馆珍藏了一件古代青铜“鱼洗”复制品,在其中加入适量清水后,用手有节奏地摩擦“鱼洗”的双耳,会发出嗡嗡声,并能使盆内水花四溅,如图所示。“鱼洗”反映了我国古代高超的青铜器制造技术。下列说法中正确的是( )
A.“鱼洗”发出的声音在空气中传播时,介质振动方向与声音传播方向始终垂直
B.手掌摩擦越快发出的声音越大,水花溅得越高
C.盆内水花及盆体的振动是受迫振动,振动频率与手掌摩擦频率总相等
D.当双手以某一种特定频率摩擦时,盆耳发出的嗡嗡声特别响,水花溅得特别高,这是干涉现象的表现
10.关于机械波。下列说法正确的是( )
A.质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波,叫作纵波
B.机械振动在介质中传播,形成了机械波
C.在横波中,凸起的最高处叫作波谷
D.波可以传递能量,但不可以传递信息
11.“蜻蜓点水”是常见的自然现象,某同学在研究蜻蜓运动的过程中获得了一张蜻蜓点水的俯视照片,照片反映了蜻蜓连续三次点水后某瞬间的水面波纹每次点水的时间忽略不计。则关于蜻蜓的飞行方向及飞行速度与水波传播速度的大小关系正确的是( )
A.向左, B.向左,
C.向右, D.向右,
12.中医是我国传统文化的瑰宝,“悬丝诊脉”更是一门绝技。悬丝诊脉,悬的是“丝”,“诊”的是脉搏通过悬丝传过来的振动,即通过机械波判断出病灶的位置与轻重缓急。如图,假设“丝”上有间距相等的点1、2、3、4、5、6…,且相邻两点间距离为l。待诊病人在搭上丝线后,图中质点1在t=0时开始向上振动,产生的机械波沿丝线向医生传播,t=1.25s时质点1第二次到达最高点,此时质点6刚好开始振动,则下列说法正确的是( )
A.该波的波长为2l B.t=1.25s时质点6振动的方向向下
C.t=2s时质点3恰好位于平衡位置 D.t=0.75s时质点1和质点3的加速度相同
13.有一种简单测量声速的办法:如图所示,电子石英钟放在扩音机前,扩音机喇叭正对墙壁放出电子石英钟秒针走动时有节奏的“咔、咔”声(每相邻两个“咔”声相隔时间为T),让某同学站在墙壁和扩音机中间某位置,这位同学既能直接听到喇叭发出的声音,也能听到墙壁反射来的声音,只不过反射来的声音的音量更小一些,听到的声音节奏为“咔(强)——咔(弱)——咔(强)——咔(弱)……”当这位同学与墙的距离为L时(该同学与扩音机喇叭的距离大于2L),听到“咔(弱)”的时刻正好是两个“咔(强)”的中间时刻,则声速v的测量值为( )
A. B. C. D.
14.在一条软绳上选个等间距的质点,质点在外力作用下首先向上振动,其余质点在相互作用力的带动下依次振动,从而形成简谐波,由波的形成及图可知,下列正确的是( )
A.质点带动质点是利用绳上质点间的弹力实现的,因此每个质点均做受迫振动
B.每个质点开始运动后,均在水平方向做匀速运动,在竖直方向做简谐运动
C.绳上的每一个质点开始振动时,方向都向上,振动周期都相同
D.绳上波的传播过程也是能量的传递过程,每个质点均做等幅振动,故每个质点的机械能守恒
15.如图,一列简谐横波沿x轴正方向传播,A、B两个质点平衡位置间的距离d=6m,A、B两点的振动方程分别为,。t=0时刻,A、B两质点间只有一个波峰,下列说法正确的是( )
A.波的周期为0.25s
B.波的周期为4s
C.波长为10m
D.波传播速度为2m/s
E.质点A比质点B振动超前3s
16.一列简谐横波在介质中沿x轴正方向传播,O和A是介质中平衡位置分别为和处的两个质点,且两质点的振动情况始终相反。从t=0时开始,质点O的振动图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.该波的波长可能为0.6m B.该波的周期一定为6s
C.该波的波速可能为m/s D.质点O的振动方程为(m)
17.位置坐标的波源S在时刻从平衡位置开始向下运动,形成沿轴正、负两个方向传播的简谐横波,沿波传播方向上有间距均为的9个质点,位置坐标如图所示。时刻各质点均处于平衡位置,经0.3秒处的质点第一次具有正向最大速度,同时的质点开始振动,则下列法正确的是( )
A.波速为
B.和的两质点振动步调完全一致
C.时,的质点具有负向最大速度
D.时,的质点加速度正在减小
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第1节 波的形成
1、 波的形成
1.近年来,人们越来越注重身体锻炼。有种健身设施叫战绳,其用途广泛,通常可用于高强度间歇训练形式的心肺锻炼或肌肉锻炼。当某健身人士双手以相同节奏上下抖动两根相同的战绳,使战绳形成绳波,如图所示。下列说法正确的是( )
A.两根战绳形成的波形一定完全相同 B.两根战绳上的波传播速度不相同
C.若人停止抖动战绳,则绳波立即消失 D.离人越远的波形振幅越小
【答案】D
【详解】A.当某健身人士双手以相同节奏上下抖动两根相同的战绳,使战绳形成绳波,由于双手的抖动的初相位和抖动幅度不一定相同,故两根战绳形成的波形不一定完全相同,故A错误;
B.介质材料相同,则两根战绳上的波传播速度相同,故B错误;
C.若人停止抖动战绳,绳波不会立即消失,会向前传播,故C错误;
D.绳波在传播过程中能量逐渐减小,离人越远的波形振幅越小,故D正确。
故选D。
2.一条绳子可以分成一个个小段,每小段都可以看做一个质点,这些质点之间存在着相互作用。如图所示,1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点,绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,会带动2、3、4……各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传回右端。质点1的振动周期为T。时质点1开始竖直向上运动,经过四分之一周期,质点5开始运动。下列判断正确的是( )
A.质点1与质点20间相距一个波长 B.质点20开始振动时运动方向向下
C.时质点5的加速度方向向上 D.时质点12的速度方向向上
【答案】D
【详解】A.由题意可知,第1到第5个质点之间为,则质点1与质点17间相距一个波长,选项A错误;
B.因为质点1开始起振的方向向上,则质点20开始振动时运动方向也向上,选项B错误;
C.在时刻质点5开始向上振动,在时质点5到达最高点,其加速度方向向下,选项C错误;
D.时质点13刚开始起振,此时质点12已经振动了,则运动方向向上,选项D正确。
故选D。
3.下端附着重物的粗细均匀木棒,竖直浮在河面,在重力和浮力作用下,沿竖直方向做频率为的简谐运动,与此同时,木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动,如图a所示。以木棒所受浮力F为纵轴,木棒水平位移x为横轴建立直角坐标系,浮力F随水平位移x的变化如图b所示。已知河水密度为,木棒横截面积为S,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.木棒的运动为向x轴正方向传播的机械横波,波速为0.4m/s
B.木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为
C.x从到的过程中,木棒加速度方向竖直向下,大小逐渐变小
D.和时,木棒的速度大小相等,方向相反
【答案】C
【详解】A.木棒在竖直方向做简谐振动,x轴方向做匀速直线运动,故A错误;
B.木棒在竖直方向的简谐运动可类比于竖直方向的弹簧振子,设木棒长度为L,回复力系数为k,平衡位置时木棒重心在水面下方,则有
木棒重心在平衡位置上方最大位移A处时
木棒重心在平衡位置下方最大位移A处时
可解得
故B错误;
C.x从到的过程中,木棒从平衡位置上方靠近最大位移处向下运动(未到平衡位置),加速度竖直向下,大小逐渐减小,故C正确;
D.和时,由图像的对称性知浮力大小相等,说明木棒在同一位置,竖直方向速度大小相等,速度方向相反,而两时刻木棒水平方向速度相同,所以合速度大小相等,方向不是相反,故D错误。
故选C。
2、 机械振动与机械波的关系
4.下列关于机械波与机械振动的说法正确的是( )
A.小明课间用球拍向地面拍打乒乓球,乒乓球的运动属于机械振动
B.机械振动的传播称为波动,但机械波的传播离不开介质,机械波的波速由介质本身的性质决定
C.任何机械振动都会形成机械波
D.做简谐运动的物体经过平衡位置时,合力一定为零,速度最大
【答案】B
【详解】A.机械振动是指物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动,所以乒乓球的运动不属于机械振动,故A错误;
BC.振动在介质中传播形成了波,波传播的是振动的形式,介质中的质点重复波源的振动形式,所以只要介质确定了,波速就确定了,与波源无关,因此有机械波一定有机械振动,反过来有机械振动不一定会有机械波,故B正确,C错误;
D.做简谐运动的物体经过平衡位置时回复力一定为零,速度最大,合力不一定为零,故D错误。
故选B。
5.下列关于简谐运动和简谐波的说法正确的是( )
A.物体做机械振动,一定会产生机械波
B.如果波源停止振动,波在介质中的传播也立即停止
C.波在传播过程中,参与振动质点的振动周期等于波源的振动周期
D.介质中每一个质点开始振动的方向不一定和波源开始振动的方向相同
【答案】C
【详解】A.物体做机械振动,不一定会产生机械波;但有机械波一定有机械振动,故A错误;
B.波传播的是振动的形式和能量,波的传播过程中,若振源停止振动,波的能量没有消失,波的传播不会立即停止,故B错误;
C.波在传播过程中,参与振动质点的振动周期等于波源的振动周期,故C正确;
D.介质中每一个质点开始振动的方向一定和波源开始振动的方向相同,故D错误。
故选C。
6.关于振动和波的关系,下列说法正确的是( )
A.物体做机械振动,就一定会激发机械波
B.如果振源停止振动,它所引起的波动也立即停止
C.质点的振动方向总是垂直于波的传播方向
D.介质中每个质点开始振动的方向一定与振源开始振动的方向相同
【答案】D
【详解】A.形成机械波的条件是:一是有机械振动;二是有传播振动的介质。有机械振动不一定有机械波,还要有传播振动的介质,A错误;
B.振源停止振动时,它引起的波在介质中仍继续向前传播,B错误;
C.机械波有横波和纵波两类,对于横波,质点的振动方向总与波的传播方向垂直。对于纵波,质点振动方向与波的传播方向在同一直线上。C错误;
D.波在传播中介质的各点相互带动,所以介质中每个质点开始振动的方向一定与振源开始振动的方向相同,D正确。
故选D。
3、 横波与纵波
7.机械振动在介质中传播,形成了机械波。下列说法正确的是( )
A.在纵波中,质点的分布是均匀的
B.机械波在真空中可以传播
C.发声体振动时在空气中产生的声波是纵波
D.介质中有机械波传播时,介质与波一起传播
【答案】C
【详解】A.纵波的波形是疏密相间的,质点分布最密的部分叫密部,分布最疏的地方叫疏部,故A错误;
B.机械波的传播需要介质,不能在真空中传播,故B错误;
C.发声体振动时在空气中产生的声波是纵波,故C正确;
D.在波的传播中,振动质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波的传播发生迁移,故D错误。
故选C。
8.某同学设计了如图所示的地震测量装置,水平方向X和竖直方向Y的构造相同.地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/s.地震中,假定震源在地震仪下方,观察到两振子相差5 s开始振动,则下列说法正确的是( )
A.两重球处于平衡位置时弹簧弹力均为0 B.X方向传感器接收到的是纵波振动
C.该地震波的振动周期是0.1s D.该次地震中心与测试点距离10km
【答案】C
【详解】A.Y方向的重球处于平衡位置时弹簧弹力等于重球的重力,故A错误;
B.纵波的传播速度较快,根据题意经过0.5s后X方向上位移传感器也开始出现图像,所以X方向传感器接收到的是横波振动,故B错误;
C.根据Y方向的振动图象可知
解得
故C正确;
D.根据题意可知
该次地震中心与测试点距离为
故D错误。
故选C。
9.中国博物馆珍藏了一件古代青铜“鱼洗”复制品,在其中加入适量清水后,用手有节奏地摩擦“鱼洗”的双耳,会发出嗡嗡声,并能使盆内水花四溅,如图所示。“鱼洗”反映了我国古代高超的青铜器制造技术。下列说法中正确的是( )
A.“鱼洗”发出的声音在空气中传播时,介质振动方向与声音传播方向始终垂直
B.手掌摩擦越快发出的声音越大,水花溅得越高
C.盆内水花及盆体的振动是受迫振动,振动频率与手掌摩擦频率总相等
D.当双手以某一种特定频率摩擦时,盆耳发出的嗡嗡声特别响,水花溅得特别高,这是干涉现象的表现
【答案】C
【详解】A.声音是纵波,介质振动方向与声音传播方向共线,故A错误;
BD.只有双手摩擦的频率越接近盆体和水花固有振动频率时,盆耳发出的嗡嗡声才会特别响,水花才会溅得特别高,这是共振现象的体现,故BD错误;
C.盆内水花和盆体均做受迫振动,频率与驱动力的频率相等,故C正确。
故选C。
10.关于机械波。下列说法正确的是( )
A.质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波,叫作纵波
B.机械振动在介质中传播,形成了机械波
C.在横波中,凸起的最高处叫作波谷
D.波可以传递能量,但不可以传递信息
【答案】B
【详解】A.质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波,叫作横波。故A错误;
B.机械振动在介质中传播,形成了机械波。故B正确;
C.在横波中,凸起的最高处叫作波峰。故C错误;
D.波可以传递能量,也可以传递信息。故D错误。
故选B。
11.“蜻蜓点水”是常见的自然现象,某同学在研究蜻蜓运动的过程中获得了一张蜻蜓点水的俯视照片,照片反映了蜻蜓连续三次点水后某瞬间的水面波纹每次点水的时间忽略不计。则关于蜻蜓的飞行方向及飞行速度与水波传播速度的大小关系正确的是( )
A.向左, B.向左,
C.向右, D.向右,
【答案】C
【详解】由图可见向右圆的半径变小,根据最先形成的水波半径小,然后随时间逐渐变大,所以蜻蜓向右飞行。由图可知相邻两圆的圆心距大于相邻两圆的半径之差,可得蜻蜓飞行的速度大于水波传播的速度。
故选C。
12.中医是我国传统文化的瑰宝,“悬丝诊脉”更是一门绝技。悬丝诊脉,悬的是“丝”,“诊”的是脉搏通过悬丝传过来的振动,即通过机械波判断出病灶的位置与轻重缓急。如图,假设“丝”上有间距相等的点1、2、3、4、5、6…,且相邻两点间距离为l。待诊病人在搭上丝线后,图中质点1在t=0时开始向上振动,产生的机械波沿丝线向医生传播,t=1.25s时质点1第二次到达最高点,此时质点6刚好开始振动,则下列说法正确的是( )
A.该波的波长为2l B.t=1.25s时质点6振动的方向向下
C.t=2s时质点3恰好位于平衡位置 D.t=0.75s时质点1和质点3的加速度相同
【答案】C
【详解】A.根据题意有
所以
故A错误;
B.介质中质点的起振方向与波源的起振方向相同,所以t=1.25s时质点6振动的方向向上,故B错误;
C.根据题意有
解得
波从质点1传播到质点3需要半个周期,即0.5s,所以在2s时质点3实际振动的时间为1.5s,所以在t=2s时质点3恰好位于平衡位置且向下振动,故C正确;
D.质点1和质点3间的距离等于半个波长,所以两质点振动步调相反,所以t=0.75s时质点1和质点3的加速度相反,故D错误。
故选C。
13.有一种简单测量声速的办法:如图所示,电子石英钟放在扩音机前,扩音机喇叭正对墙壁放出电子石英钟秒针走动时有节奏的“咔、咔”声(每相邻两个“咔”声相隔时间为T),让某同学站在墙壁和扩音机中间某位置,这位同学既能直接听到喇叭发出的声音,也能听到墙壁反射来的声音,只不过反射来的声音的音量更小一些,听到的声音节奏为“咔(强)——咔(弱)——咔(强)——咔(弱)……”当这位同学与墙的距离为L时(该同学与扩音机喇叭的距离大于2L),听到“咔(弱)”的时刻正好是两个“咔(强)”的中间时刻,则声速v的测量值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】设扩音机与人相距,则人听到第一声咔(强)的时刻为
听到第二次咔(强)的时刻为
听到第一次咔(弱)的时刻为
已知,听到“咔(弱)”的时刻正好是两个“咔(强)”的中间时刻,即有
因此有
解得
故选B。
14.在一条软绳上选个等间距的质点,质点在外力作用下首先向上振动,其余质点在相互作用力的带动下依次振动,从而形成简谐波,由波的形成及图可知,下列正确的是( )
A.质点带动质点是利用绳上质点间的弹力实现的,因此每个质点均做受迫振动
B.每个质点开始运动后,均在水平方向做匀速运动,在竖直方向做简谐运动
C.绳上的每一个质点开始振动时,方向都向上,振动周期都相同
D.绳上波的传播过程也是能量的传递过程,每个质点均做等幅振动,故每个质点的机械能守恒
【答案】AC
【详解】
AC.机械波的形成原因是质点间的相互作用,前一质点带动后一质点,后一质点重复前一质点的振动,每个质点都做受迫振动,振动的周期都相同,所以质点是被质点1对它的弹力带动起来的,由图可知绳上的每一个质点开始振动时,方向都向上,故AC正确;
B.质点只能在平衡位置附近振动,不能沿绳传递,故B错误;
D.绳上波的传播过程也是能量的传递过程,每个质点均做等幅的受迫振动,故每个质点的机械能不守恒,故D错误。
故选AC。
15.如图,一列简谐横波沿x轴正方向传播,A、B两个质点平衡位置间的距离d=6m,A、B两点的振动方程分别为,。t=0时刻,A、B两质点间只有一个波峰,下列说法正确的是( )
A.波的周期为0.25s
B.波的周期为4s
C.波长为10m
D.波传播速度为2m/s
E.质点A比质点B振动超前3s
【答案】BDE
【详解】AB.由振动方程可知,波的周期
故A错误,B正确;
C.由题意知,t=0时刻,质点A位于波谷,质点B正在平衡位置沿y轴正向运动,A、B两质点间只有一个波峰,因此A,B间距离等于,即波长
故C错误;
D.波传播速度
故D正确;
E.由于波沿x轴正向传播,因此质点A比质点B振动超前
故E正确。
故选BDE。
16.一列简谐横波在介质中沿x轴正方向传播,O和A是介质中平衡位置分别为和处的两个质点,且两质点的振动情况始终相反。从t=0时开始,质点O的振动图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.该波的波长可能为0.6m B.该波的周期一定为6s
C.该波的波速可能为m/s D.质点O的振动方程为(m)
【答案】AB
【详解】AB.由简谐运动的对称性结合题图知
解得
O、A两质点的振动情况始终相反,则
由题意可知
则
若波长为0.6m,可得
符合题意,故AB正确;
C.由波速公式可得
若波速为,可得
不合题意,故C错误;
D.设O的振动方程为
其中
当时,有
当时,有
两式联立,解得
则O的振动方程为
故D错误。
故选AB。
17.位置坐标的波源S在时刻从平衡位置开始向下运动,形成沿轴正、负两个方向传播的简谐横波,沿波传播方向上有间距均为的9个质点,位置坐标如图所示。时刻各质点均处于平衡位置,经0.3秒处的质点第一次具有正向最大速度,同时的质点开始振动,则下列法正确的是( )
A.波速为
B.和的两质点振动步调完全一致
C.时,的质点具有负向最大速度
D.时,的质点加速度正在减小
【答案】AB
【详解】A.设该波的波速为,周期为,根据题意可得
其中
,
联立解得
,
故A正确;
B.由于该波源形成沿轴正、负两个方向传播的简谐横波,则关于该波源对称的点的振动步调一致,故B正确;
C.该波从波源传播到处所需的时间为
则可知时处的质点才开始振动,且跟波源的起振方向相同,即从平衡位置开始向下振动,而
则可知时,的质点到达平衡位置,正向上振动,此刻该质点具有正向最大速度,故C错误;
D.波传播到处所用的时间为
则再经过,的质点正从平衡位置向正向最大位移处振动,而离平衡位置越远加速度越大,速度越小,即该质点得加速度正在增大,故D错误。
故选AB。
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