内容正文:
第三章 机械波
第1节 波的形成
[A组 基础巩固练]
1.在敲响古刹里的大钟时,有的同学发
现,停止对大钟的撞击后,大钟仍“余音
未绝”,分析其原因是 ( )
A.大钟的回声
B.大钟在继续振动
C.人的听觉发生“暂留”的缘故
D.大钟虽停止振动,但空气仍在振动
2.下列关于波的应用中正确的是 ( )
A.要使放在河中的纸船逐渐靠近河岸,
可向比纸船更远处投掷石子形 成
水波
B.两个在水中潜泳并且靠得较近的运
动员能听到对方发出的声音是声波
在液体中传播的应用
C.光缆利用机械波传递信息
D.航天员在宇宙飞船里,击打船壁只能
引起机械振动,不能形成声波
3.(多选)一列横波在某
时刻的波形图像如图
所示,a、b、c、d为介质
中的四个质点.a在波峰,d在波谷,c在
平衡位置,b的位移大小等于振幅的一
半,四个质点的加速度大小分别为aa、
ab、ac、ad,它们的速度大小分别为va、
vb、vc、vd,则 ( )
A.ac<ab<aa=ad
B.ac>ab>aa=ad
C.va=vd>vb>vc
D.va=vd<vb<vc
4.(多选)关于介质中质点的振动方向和
波的传播方向,下列说法中正确的是
( )
A.在横波中二者方向有时相同
B.在横波中二者方向一定不同
C.在纵波中二者方向有时相同
D.在纵波中二者方向一定不同
5.(多选)一列横波沿绳子向
右传播,某时刻绳子形成
如图所示的形状,此时绳上A、B、C、D、E、
F六个质点 ( )
A.它们的振幅相同
B.质点D 和E 的速度方向相同
C.质点A 和C 的速度方向相反
D.从此时算起,质点B 比F 先回到平
衡位置
6.一列横波在某时刻的波
形图像如图所示,此时
质点 F 的运动方向向
下,则下列说法正确的是 ( )
A.波水平向右传播
B.质点 H 与质点F 的运动方向相同
C.质点C比质点B 先回到平衡位置
D.此时刻质点C的加速度为零
7.(多选)一列
简谐横波沿
x 轴 传 播,
周 期 为 T,
92
第三章 机械波
t=0时刻的波形如图所示.此时平衡位
置位于x=3m 处的质点正在向上运
动,若a、b两质点平衡位置的坐标分别
为xa=25m,xb=55m,则以下说法
中正确的是 ( )
A.波沿x轴负方向传播
B.当a质点处在波峰时,b质点在向上
运动
C.t=T4
时,a 质点正在向y 轴负方向
运动
D.t=3T4
时,b质点正在向y 轴负方向
运动
8.如图所示,有一组学生做游戏来模拟波
的传播.该游戏模拟的是 (选
填“横波”或“纵波”)的传播,因为学生
下蹲与起立时身体的运动方向与模拟
波的传播方向 (选填“平行”或
“垂直”).
9.如图所示是一列横波t0 时刻的波形图,
试根据波形图回答下列问题:
(1)该时刻加速度最大的质点有哪些?
(2)速度最大的质点有哪些?
(3)振动方向相同的质点有哪些? 这些
点的分布有什么规律?
(4)如果这列波沿x 轴负方向传播,质
点3受到的合外力方向如何?
[B组 素养提升练]
10.(多选)一列机械波在x 轴上传播,某
时刻的波形如图所示,a、b、c为三个质
点,a正向上运动.由此可知 ( )
A.该波沿x轴正方向传播
B.c正向上运动
C.该时刻以后,b比c先到达平衡位置
D.该时刻以后,b比c先到达距离平衡
位置最远处
03
选择性必修第一册
11.(多选)如图所示为沿水平方向的介质
中的部分质点,每相邻两质点间距离
相等,其中O为波源.设波源的振动周
期为T,自波源通过平衡位置竖直向
下振动时开始计时,经过T
4
,质点1开
始起振,则下列关于各质点的振动和
介质中的波的说法正确的是 ( )
A.介质中所有质点的起振方向都是竖
直向下的,但图中质点9起振最晚
B.图中所有质点的起振时间都是相同
的,起振的位置和起振的方向是不
同的
C.图中质点8的振动完全重复质点7
的振动,只是质点8振动时,通过平
衡位置或最大位移的时间总是比质
点7通过相同位置时落后T4
D.只要图中所有质点都已振动了,质
点1与质点9的振动步调就完全一
致,但如果质点1发生的是第100
次振动,则质点9发生的就是第98
次振动
12.(多选)一列横波某时
刻的波形如图所示,
经过 025s图 中 P
点第一次到达波峰的
位置,此后再经075s,P 点的位移和
速度可能是 ( )
A.位移是2cm
B.位移是-2cm
C.速度最大,方向沿-y的方向
D.速度最大,方向沿+y的方向
13.细绳的一端在外力作用下从t=0时刻
开始做简谐运动,激发出一列简谐横
波.在细绳上选取15个点,图中甲为t
=0时刻各点所处的位置,乙为t=T4
时刻的波形图(T 为波的周期).在丙
中画出t=3T4
时刻的波形图.
13
第三章 机械波
g1=gsinθ;题图(2)中两个带电小球的斥力总与运动方
向垂直,不影响回复力;题图(3)为标准单摆;题图(4)
中摆球处于超重状态,等效重力增大,故等效重力加速
度增 大,g4 =g+a.由 单 摆 振 动 的 周 期 公 式 T=
2π lg
,知T1>T2=T3>T4,选项 C正确.]
11.AC
12.解析:(1)由题图乙可知单摆的周期T=04πs,
由T=2π lg
,
得摆长l=T
2g
4π2
=04m.
(2)在B 点拉力的最大值为Fmax=0.510N.
Fmax-mg=
mv2
l .
在A、C两点拉力最小Fmin=0495N,Fmin=mgcosα,
A→B 过程机械能守恒,即mgl(1-cosα)=12mv
2,
由以上各式解得m=005kg.
(3)由Fmax-mg=
mv2max
l
可得,vmax≈0283m/s.
答案:(1)04πs 04m (2)005kg (3)0283m/s
第6节
1.B [实际的自由振动由于阻力 的 作 用,振 幅 会 越 来 越
小,所以一定为阻尼振动,故 A项正确;物体在周期性驱
动力的作用下的振动是受迫振动,故物体在外力作用下
的振动不一定是受迫振动,故 B项不正确;阻尼振动的
振幅会越来越小,故 C项正确;受迫振动稳定后的频率
取决 于 驱 动 力 的 频 率,与 自 身 物 理 条 件 无 关,故 D 项
正确.]
2.AD [阻力不能忽略的情况下,要克服阻力做功,振动的
能量在逐渐转化为其他形式的能量,A 正确;单摆的动
能是变化的,向下摆动时动能增大,向上摆动时动能减
小,所以后一时刻摆球的动能不一定比前一时刻的动能
小,故B错误;后一时刻摆球的势能不一定比前一时刻
的势能小,比如从最低点摆动时,C错误;后一时刻摆球
的机械能一定比前一时刻的机械能小,D正确.]
3.BD [由于弹簧振子做阻尼振动,所以A 时刻的机械能大
于B时刻的机械能,C错误,D正确;由于弹簧的弹性势能
与弹簧的形变量(即位移)有关,所以选项B正确;振子在A
时刻的动能大于B时刻的动能,A错误.]
4.B [受迫振动中,受迫振动的物体的周期、频率由驱动
力的 周 期、频 率 决 定,驱 动 力 的 频 率 为 4 Hz,周 期 为
025s,所以 A 项错误,B项正确;当驱动力的周期与振
子的固有周期相等时,振幅最大,C、D项错误.]
5.C [部队过桥梁时不准齐步走,主要是避免使桥梁发生
共振,登山运动员登雪山时不许高喊也是避免雪山发生
共振,故 C正确,A、B、D错误.综上本题选 C.]
6.D [若使振子振幅最大,则曲轴转动频率为f=2Hz,
即2r/s,由于
d1
d2
=
r1
r2
= 12
,ω1r1=ω2r2,故
ω1
ω2
=2,所以
电动机转速为4r/s,即240r/min.]
7.D [当驱动力的频率与物体的固有频率相等时,发生共
振,振幅最大,因此要减弱机翼的振动,必须改变机翼的
固有频率,选 D.]
8.BD
9.解析:(1)由图像可知,单摆的固有频率f=03Hz,由频
率公式f=12π
g
l
,得l= g
4π2f2
= 9.8
4×3.142×0.32
m=
28m.
(2)由f=12π
g
l
知,单摆移到高山上,重力加速度g减
少,其固有频率减小,故共振曲线的“峰”向左移.
答案:(1)28m (2)峰将向左移
10.AC [单摆在做简谐运动过程中,悬线上拉力是周期性变
化的.摆球在最低点时悬线拉力最大Fmax=mg+
mv2
L .
在
摆到最高点v=0时,悬线拉力最小,F=mgcosθ.t=02s
时,拉力最大,即摆球正经过最低点,A正确;t=11s时,
摆球正经过最高点,B错误;从题图可看出摆球经过最低
点速度逐渐减小,机械能逐渐减少,C正确;由题图可知,T
=2×(08-02)s=12s,D错误.]
11.AC [共振筛的工作原理是,当电动偏心轮的转动周期
跟筛子的固有周期相等时,就会发生共振.在题给条件
下,筛子振动的固有周期 T固 =1510s=15s
,电动偏心
轮的转动周期(对筛子来说是驱动力的周期)T驱 =6036s
=167s.要使筛子振幅增大,就得使这两个周期值靠
近,可采用两种做法:第一,提高输入电压使偏心轮转
得快一些,减小驱动力的周期;第二,增加筛子的质量
使筛子的固有周期增大.正确选项为 A、C.]
12.AC [题图乙是弹簧振子未加驱动力时的周期,故由题
图乙中的图线读出的周期为其振动的固有周期,即 T0
=4s.题图丙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图线,
做受迫振动的物体,其振动的周期等于驱动力的周期,
即T=8s.当受迫振动的周期与固有周期相同时,其振
幅最大;周期差别越大,其振动振幅越小.由以上分析
可知,正确选项为 A、C.]
13.解析:人体的固有频率f固 =2Hz,当汽车的振动频率
与其相等时,人体与之发生共振,人感觉最难受,即f=
1
2π
g
l =f固
,得l= g
4π2f2固
,代入数据l=00621m,由
胡克定律得kl=(m1+nm2)g
n=kl-m1gm2g
=1.5×10
5×0.0621-600×9.8
70×9.8 =5
(人).
答案:5人
第三章 第1节
1.B [停止对大钟的撞击后,大钟的振动不会立即停止,
振动的能量不会凭空消失,它会再振动一段时间然后因
为阻尼而停止,因此还会在空气中形成声波,这就是余
音未绝的原因,所以选项B正确.]
2.B [机械波在介质中传播的过程中,质点只是在各自的
平衡位置附近振动,介质本身并不迁移,故 A 错误;光缆
是利用光波传递信息的,故 C 错误;机械振动可以在船
壁中传播,能形成声波,故 D错误.]
3.AD [由简谐运动规律可知,质点所受回复力的大小与
位移的大小成正比,因而加速度的大小与位移的大小成
正比,所以这四个点的加速度大小关系为ac<ab<aa=
ad,A选项正确;而质点越靠近平衡位置速度越大,位移
越大,则速度越小,四点的速度大小关系为va=vd<vb<
vc,D选项正确.]
4.BC [在横波中质点振动方向和波的传播方向相互垂
直,所以二者方向一定不同,故选项 A 错误,选项 B正
36
参考答案
确;在纵波中二者方向在同一直线上,既可以相同,也可
以相反,故选项 C正确,选项 D错误.]
5.AC [绳子上参与振动的 各 质 点 的 振 幅 相 同,故 A 正
确;把波向右移动少许,发现D 点的速度方向向上,E 点
的速度方向向下,故B错误;根据波的平移法可知,此时
刻A 点向下运动,C 点 向 上 运 动,故 C 正 确;从 此 时 算
起,质点B 要远离平衡位置,再向平衡位置运动,F 直接
向平衡位置运动,所以F 先到平衡位置,故 D错误.]
6.C [由于质点F 要追随和它邻近的并且离波源稍近的
质点运动,又知道质点F 的运动方向是向下的,则与它
邻近的离波源稍近的质点的位置应在它的下方,对照图
像可以判断出波源在质 点 F 的 右 方,故 波 是 向 左 传 播
的,所以选项 A是错误的;与质点 H 邻近的并且离波源
稍近的质点I 的位置在质点 H 的上方,则质点 H 的运
动方向是向上的,所以选项 B也是错误的;用同样的方
法可以判断出质点C要向下运动直接回到平衡位置,而
质点B 则先向上运动到达最大位移处后再返回平衡位
置,这样质点C 要比质点B 先回到平衡位置,故选项 C
是正确的;质点C此时处在最大位移处,其加速度最大,
所以选项 D是错误的.]
7.ABD [由t=0时刻x=3m 处的质点向上振动,可得该
波向左传播,即波沿x轴负方向传播,故 A 正确;当a质
点处在波峰时,b质点在平衡位置向上运动,故 B正确;t
=0时刻,质点a向上振动,分析可知,t=T4
时,a质点仍
向y轴正方向运动,选项 C错误;t=0时刻,质点b向下
振动,分析可知,t=3T4
时,b质点仍向y 轴负方向运动,
选项 D正确.]
8.解析:根据纵波与横波的概念,质点振动方向与波传播
方向垂直的为横波,同一直线的为纵波.
答案:横波 垂直
9.解析:(1)加速度最大的质点一定是位移最大的质点,所
以该时刻质点2、6、10、14的加速度最大,但方向不相同.
(2)该波是简谐波,质点做简谐运动,因此处在平衡位置
的质点速度最大,分别是质点0、4、8、12、16.
(3)该时刻具有相同振动方向的质点是0、1、7、8、9、15、
16.与上述质 点 振 动 方 向 相 反 的 质 点 是3、4、5、11、12、
13.其规律:从波形图上看相同增减性的单调区间上各
质点的振动方向相同,相邻的单调区间上质点的振动方
向相反.
(4)如果该波沿x轴负方向传播,则质点3的速度方向向
下.因为位移方向是y 轴正方向,其加速度方向沿y 轴
负方向,由牛顿第二定律知,质点3受到周围质点作用的
合外力沿y轴负方向.
答案:见解析
10.AC [由质点的振动方向可判定波的传播方向.a点此
时刻向上振动,由带动法可知该波沿x轴正方向传播,
所以选项 A正确;由波的传播方向可判定b点此时向
上振动,而c 点 此 时 向 下 振 动,所 以 选 项 C 正 确,B、
D错误.]
11.ACD [据波的传播特点知,波传播过程中各质点的振
动总是重复波源的振动,所以起振方向相同,都是竖直
向下,但从时间上来说,起振依次落后T
4
的时间,所以
选项 A、C正确,B错误;由题意知,质点9比质点1应
晚起振两个周期,所以当所有质点都起振后,质点1与
质点9步调完全一致,所以选项 D正确.]
12.CD [此列波没有给出传播方向,因而可能向左也可能向
右,P点在平衡位置附近振动,由此入手确定075s后的
位移和速度.如果此波向左传播,此时P点运动方向向上,
经025s,P点第一次到达波峰,此时经过 14T
,此后再经
075s,即34T
,P 点到达平衡位置并向上运动;如果此波
向右传播,此时P点向下运动,经025s即34T
,P点第一
次到达波峰,此后再经075s,即3个34T
后,P 点到达平
衡位置并向下运动,故C、D正确.]
13.解析:机械波在传播过程中,介质的质点都在各自的平
衡位置附近振动,时间依次滞后,从波形图上看出,在t
=T4
时刻第4个质点才开始振动,则在t=34T
时刻第
10个质点刚开始振动,此时第4个质点已振动了T2
的
时间回到了自己的平衡位置,第1个质点到达下方最大
位移处,新的波形如图所示.
答案:见解析
第2节
1.C [处在位移最大处的质点一定向平 衡 位 置 运 动,因
此,A、D两项错误,利用“上下坡法”可判断 C项正确,B
项错误.]
2.BD [据题意,由于 Δt很小,而且波传播得很慢,因而波
传播了很小的距离,即波向右传播,只要确定了传播方
向,那么各质点的振动方向就完全确定,但由于Δs、Δt未
知,因而v=ΔsΔt
不确定,B、D两项正确,A、C两项错误.]
3.C [解决该题有许多方法,现用“上下坡法”判断,若波
向右传播,则A 质点处于下坡,应向上振动,由此可知波
向左传播.同理可判断C向上振动,B 向上振动,故 C项
正确.]
4.C [由题图可 知,波 长λ=20cm,速 度v=λf=02×
5m/s=1m/s.质点A 的运动状态传播16cm-2cm=
14cm,所需的最短时间为t=014s,选项 C正确.]
5.C [据题意,甲在波谷时,乙在波峰,且两木块之间有一
个波峰,则15λ=3m,得λ=2m.由小木块每分钟振动
30次得小木块振动的频率f=3060 Hz=05Hz
,周期为
T=1f=2s
,故波速v=λf=2×05m/s=1m/s.由以
上分析可知 C项正确.]
6.B [由题图可知,橡皮筋A 的波长为橡皮筋B 的波长的
两倍,选项 A错误;两橡皮筋的振动为受迫振动,橡皮筋
中波的频率相同,都为小明抖动的频率,选项 B正确;由
v=λf知,橡皮筋A 的波速为橡皮筋B 的波速的两倍,
选项 C错误;由同侧法可判断,此时两种橡皮筋中a、b
两质点的运动方向相同,选项 D错误.]
7.D [题中给出了两个质点的振动图像,从图中直接可以
看出振动的振幅为10cm,周期为4s,选项 A错误;因为
波是沿直线由a向b传播,所以从振动图像可以看出,T
=4s,b比a 至少晚振动34
个周期,则a、b间距离与波长
的关系为s= n+34( )λ(n=0,1,2,),波由a传播到b
46
选择性必修第一册