内容正文:
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第26讲 机械波
目录
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4
4
知识点01 机械波的形成和传播 4
知识点02 机械波中常用的物理量 5
知识点03 机械波的图像 6
7
考向01 对机械波形成和传播的理解 7
考向02 机械波传播过程中质点的运动规律 8
考向03 波动图像的运动规律 9
考向04 波动图像和振动图像的综合应用 10
11
年度
选择型
填空题
计算题
实验题
综合题
2023年
√
×
√
×
√
2024年
×
×
×
×
×
2025年
×
√
×
×
√
2026年(预)
☆☆☆
☆☆
☆☆☆
☆☆☆
☆☆
(2026年预测的可能性仅供参考,每颗☆代表出题的可能性为20%,以此类推)
考情分析:
1.机械振动和机械波的知识点难度不大,知识点比较独立和分散,所以高考的题型比较分散,各种题型都有可能,但总分值不会太高。
2. 单摆实验有一定的典型性,近年都没有出现,所以考察的可能性增加。
3. 考题场景以物理模型、生活场景、航空科技、电磁现象均有可能。
复习目标:
目标一:了解机械波传播过程中质点振动的规律,理解振动和波动的区别和联系。
目标二:了解机械波的波速公式及其物理含义。
目标三:会用波动的传播方向判断质点的振动方向。
目标四:用波传播过程的空间周期性,图形结合,分析解决应用问题
知识点01 机械波的形成和传播
1.机械波:由于介质(固体或液体)之间力的相互作用,开始振动的点带动后面的点开始振动,
由此振动在介质中传播,机械振动在介质中的传播形成机械波。
2.产生条件: a.波源; b.介质。
开始振动的点叫波源,传播振动的媒介叫介质。 对比:电磁波传播不需要介质
3.机械波形成示意图
★一个周期,波传播一个波长
★起振方向和振动方向
①起振方向:各个质点第一次振动的方向
②质点振动方向随时间而变化,有时向上,有时向下
③起振方向都是向上,同波源的起振方向
★振动相位
每个质点振动的振幅、频率都相同,相位不同。
4.机械波传递: (1)振动形式;(2)传递能量;(3)信息。
5.波的分类:横波和纵波
(1)横波特征:质点的振动方向和波的传播方向垂直。其中,最高点叫波峰,最低点叫波谷。
(2)纵波特征:质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上。较密的部分叫密部,较疏的部分叫疏部。
声波是典型的纵波,地震波中同时还有纵波(P波)和横波(S波)。
6.机械波的特征
(1)质点都在各自的平衡位置附近振动,传播的只是振动这种运动形式,并不随波迁移。
(2)各质点的振动周期均与波源的振动周期相同。
(3)各质点的起振方向均与波源的起振方向相同。
(4)若波源停止振动,它已引起的振动将继续传播。
知识点02 机械波中常用的物理量
1.波长(λ)
(1)定义:在波动中,两个相邻的且振动状态(位移,速度)总是相同的两质点间的距离.
(2)一般用以下方法计算:
①在横波中,两个相邻的波峰(或波谷)间的距离等于波长.或速度方向相同的两个平衡点之间距离。
②经过一个周期,振动在介质中传播的距离等于波长.
2.周期(T)与频率(f)
(1)波的周期(或频率)就等于波源质点振动的周期(或频率)。
(2)物理意义:波的周期(或频率)是反映波变化快慢的物理量,它不能反映波传播的快慢。
①波的周期由波源决定,与传播介质无关。
②每经历一个周期,各振动质点完成一次全振动,波形图将恢复原状。
3.波速(v)
(1)定义:波速是指振动在介质中传播的速度,而不是介质质点的振动速度.也是波形的平移速度.
(2)关系式:v==λf. λ=vT
(3)基本规律:一个周期内,波传播一个波长,质点振动路程是4A,整体波形不变。
4.决定波长、频率和波速的因素
(1)频率:波的频率由波源决定。与介质无关。
(2)波速:波速由介质的性质决定。与波源的振动无关。
(3)波长:波长由介质和波源共同决定。
※水波的传播速度与水的深度正相关。
知识点03 机械波的图像
1.图像的建立:
横坐标x表示在波的传播方向上介质中各质点的平衡位置。
纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移。
2.波形图像:
正弦(或余弦)曲线,叫正弦波,也叫简谐波.各简谐波中的质点都做简谐运动。
3.波的图像信息
(1)确定位移:可以直接看出某点在该时刻的位移.如下图A点位移=2.5cm。
(2)确定振幅:介质各点的振幅A是波动图像上纵坐标最大值的绝对值.如下图A=5cm。
(3)从图像中可以看出波长.如下图,λ=4m。
(4)如已知波的传播速度,利用图像,根据λ=vT,已知2个求出第3个. 如下图T=0.2s
(5)间接地分析各质点在该时刻的振动速度、动能、势能、回复力、加速度等量的变化趋势.
(6)空间周期性:相距波长整数倍的两质点振动状态相同;相距半波长的两质点振动方向相反。
4.波的传播方向和质点的振动方向常用判断方法:
①微平移法:波向前传播,波形也向前平移。
方法:作出经微小时间Δt后的波形,如图虚线所示
图中P点振动方向向下。
②同侧法:质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧,
如图所示,若波向右传播,则P向下运动。
③上、下坡法:沿波的传播方向看,
“上坡”的点向下运动,“下坡”的点向上运动,
简称“上坡下,下坡上”,如图所示。
5.波动和振动的区别
振动图像
波动图像
研究对象
一个质点
无数个质点
物理意义
一个质点各时刻的位移
一个时刻各质点的位移
图象变化
随时间延长图象延伸,但原来部分保持不变
随时间延伸波形沿传播方向平移
周期性
时间周期性(周期)
空间周期性(波长)
思维建模 振动图象与波的图象
(1)利用两种图象分析问题时,对于波动图象要清楚它是对应哪个时刻,
(2)对于振动图象要清楚它是描述的哪个点,要找到两种图象的对应关系。
(3)由振动图像找到t时刻振动状态,推算波动图像中质点的振动情况
考向01 对机械波形成和传播的理解
例1.(多选)关于机械波的形成和传播,下列说法中正确的是( )
A.物体做机械振动,一定产生机械波
B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动,只是时间落后一步
C.参与振动的各质点振动频率与波源频率相同
D.机械波传播过程中,质点会随波迁移
【答案】BC
【详解】A.机械波形成必须具备两个条件:一是机械振动,二是传播振动的介质,有机械振动不一定有机械波,还需要传播振动的介质,故A错误;
B.后面的质点重复前面质点的运动,总是滞后前面的质点,故B正确;
C.机械波传播过程中,质点的振动频率与波的传播速率相同,都与波源的振动频率相同,并不发生变化,故C正确;
D.机械波传播过程中,质点并不随波迁移,只在各自的平衡位置附近做振动,故D错误。
【变式训练1】(多选)一列简谐横波某时刻的波形如图所示,则关于质点A的受力,下列说法正确的是( )
A.如果波向右传播,则质点A受到向上的作用力
B.如果波向右传播,则质点A受到向下的作用力
C.如果波向左传播,则质点A受到向上的作用力
D.如果波向左传播,则质点A受到向下的作用力
【答案】BD
【解析】无论波向右或向左传播,回复力始终指向平衡位置,质点A的回复力是由相邻质点对A的作用力提供的,故B、D项正确.波向右传播,则A速度减小,F指向平衡点;向左反之。
考向02 机械波传播过程中质点的运动规律
例1. 振源A带动细绳上各点上下做简谐运动,t=0时刻绳上形成的波形如图所示。规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向,则P点的振动图象是( )
【答案】B
【解析】本题考点是起振方向,由“带动法”可知此时P点从平衡位置开始向下运动,B正确。
【变式训练1】(多选)如图所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图,此时刻质点F的运动方向如图所示,则( )
A.该波向左传播 B.质点B和D的运动方向相同
C.质点C比质点B先回到平衡位置 D.此时质点F和H的速度方向相反
【答案】ACD
【解析】同侧法。已知质点F向下振动,同侧法判断波的传播方向向左,A正确。
同侧法知B、D运动方向相反,B错误。
质点C从最大位移处回到平衡位置,即tC=,而质点B要先向上运动运动到最大位移处,
再回到平衡位置,故tB>tC,所以C正确。
同侧法知F、H运动方向相反,D正确。
考向03 波动图像的理解
例1. 一列简谐横波在t=0时的波形图如图所示。介质中x=4m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为(cm)。
(1)由如图确定这列波的波长与振幅A;
(2)求这列波的波速v;
(3)试判定这列波的传播方向。
【答案】(1)4m;5cm (2)20m/s (3)x轴负方向
【详解】(1)由图可知这列波的波长为4m,振幅为5cm。
(2)由质点P简谐运动表达式可知 解得 故这列波的波速为
(3)由质点P的简谐运动表达式可知0时刻往后瞬间质点P向上运动,由同侧法可知,这列波的传播方向为x轴的负方向。
【变式训练1】(多选)如图所示为一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形,由图象可知( )
A.质点b此时位移为零
B.质点b此时向-y方向运动
C.质点d的振幅是2 cm
D.质点a再经过通过的路程是4 cm,偏离平衡位置的位移是4 cm
【答案】AC
【解析】由波形知,质点b在平衡位置,所以其位移此时为零,A正确;
因波向右传播,由同侧法判断质点b此时向+y方向运动,B错误;
简谐波在传播过程中,介质中各质点的振幅相同,所以质点d的振幅是2 cm,C正确;
再过的时间,质点a将运动到负向最大位移处,D错误。
考向04 波动图像和振动图像的综合应用
例1. 一列简谐横波沿x轴负方向传播,图甲是t=1 s时的波形图,图乙是波的某振动质点位移随时间变化的振动图线(两图用同一时间起点),则图乙可能是图甲中哪个质点的振动图线( )
A.x=0处的质点 B.x=1 m处的质点
C.x=2 m处的质点 D.x=3 m处的质点
【答案】A
【解析】当t=1 s时,由图乙振动图线可知,质点在平衡位置,沿y轴负方向运动,由图甲波动图线沿x轴负方向传播判断x=0处的质点在平衡位置正沿y轴负方向运动,所以A正确。
【变式训练1】(多选)如图甲所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,P是离原点x1=2 m的一个质点,Q是离原点x2=4 m的一个质点,此时离原点x3=6 m 的质点刚刚要开始振动,图乙是该简谐波传播方向上的某一质点的振动图象(计时起点相同),由此可知( )
A.质点P和质点Q振动情况完全相同 B.t=0时刻质点Q沿y轴正方向振动
C.这列波的波源起振方向向上 D.图乙可能是图甲中质点Q的振动图象
【答案】BD
【解析】由题图甲可知质点P和质点Q振动情况完全相反,A错误;
波沿x轴正方向传播,所以t=0时刻质点Q沿y轴正方向振动,B正确;同侧法
由离原点x3=6 m的质点刚刚要开始振动可知,波源起振方向向下,C错误;
质点Q在平衡位置且振动方向向上,题图乙对应的可能是题图甲中质点Q的振动图象,D正确。
1. (2023年高考真题)有一列沿x轴正方向传播的简谐机械波,t=0时的波形图如图所示,则t=8T时在C、D之间的波形图为
【参考答案】C
【名师解析】从t=0时的波形图可知,波长λ=0.5m,经过8T,需要将沿x轴正方向平移8个波长即4m,
所以则t=8T时在C、D之间的波形图为C。
2.(2025年高考真题)已知当温度为25℃时,声速,求琴的的波长为______?
3.(2024普陀二模)汽若用弹簧振子进行实验,将一根弹性长绳左端与振子相连,O 是振子振动平衡位置,如图 a 所示。垂直于弹簧沿绳建立 x 轴,振子振动后,某时刻长绳的波形图如图 b 所示。
y/cm
x/m
O
O
y/cm
x/m
4
−4
4
3
2
1
图 a
图 b
(1)该时刻,绳上 x = 2.5 m 处的质点振动方向是( )
A.沿 x 轴正方向 B.沿 x 轴负方向 C.沿 y 轴正方向 D.沿 y 轴负方向
(2)若绳波的波速为 2.5 m/s,则该弹簧振子的振动周期为______s。
【答案】(1)C (2)0.8
【解析】(1)同侧法
(2)T =λ/ v=0.8s
4. (2024宝山二模)一游客静止地漂浮在海滨浴场的水面上,发现一列水波平稳地向他传来,从第 1 个波峰通过他身体开始计时,到第 10 个波峰通过时恰好为 15 s。若该水波为简谐横波,则水波的频率为________Hz,第 12 s 末时游客浮动的速度方向为________。
【答案】0.6,竖直向下(向下)
【解析】f=9/15=0.6Hz 第12s时经过12/15即个波峰,去整取零,即人处于周期处,以波峰为计时零点,所以人速度方向向下。
5.(2024·上海嘉定·一模)(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,时的波形如图a所示。在x轴正方向,距离原点小于一个波长的A点,其振动图像如图b所示。本题所涉及质点均已起振。下列说法正确的是( )
A.平衡位置在与的质点具有相同的运动状态
B.时,平衡位置在处的质点加速度方向为沿y轴正方向
C.A点的平衡位置与原点的距离在到之间
D.时,A点的速度方向为沿y轴负方向
【答案】ABD
【解析】A.根据波动图和振动图可读出波的波长,周期为,则波速为
平衡位置在与的质点相差两个波长,则其振动情况完全相同,故A正确;
B.根据与的时间差为
平衡位置的质点再振动的时间,正处于波谷,故加速度方向沿y轴正方向,故B正确;
C.根据A质点的振动图可知,时A质点在正的最大位移处,因周期为,则时A质点在平衡位置,时A质点在负的最大位移处,故时A正在负的位移位置向平衡位置振动,由的波动图可知A质点的平衡位置与原点的距离在0m到0.5m之间,故C错误;
D.由振动图像可知,时A点正处于平衡位置和负最大位移之间向轴负方向运动,故D正确。
故选ABD。
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第26讲 机械波
目录
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4
知识点01 机械波的形成和传播 4
知识点02 机械波中常用的物理量 5
知识点03 机械波的图像 6
7
考向01 对机械波形成和传播的理解 7
考向02 机械波传播过程中质点的运动规律 8
考向03 波动图像的运动规律 9
考向04 波动图像和振动图像的综合应用 10
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年度
选择型
填空题
计算题
实验题
综合题
2023年
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2025年
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2026年(预)
☆☆☆
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☆☆☆
☆☆☆
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(2026年预测的可能性仅供参考,每颗☆代表出题的可能性为20%,以此类推)
考情分析:
1.机械振动和机械波的知识点难度不大,知识点比较独立和分散,所以高考的题型比较分散,各种题型都有可能,但总分值不会太高。
2. 单摆实验有一定的典型性,近年都没有出现,所以考察的可能性增加。
3. 考题场景以物理模型、生活场景、航空科技、电磁现象均有可能。
复习目标:
目标一:了解机械波传播过程中质点振动的规律,理解振动和波动的区别和联系。
目标二:了解机械波的波速公式及其物理含义。
目标三:会用波动的传播方向判断质点的振动方向。
目标四:用波传播过程的空间周期性,图形结合,分析解决应用问题
知识点01 机械波的形成和传播
1.机械波:由于介质(固体或液体)之间力的相互作用,开始振动的点带动后面的点开始振动,
由此振动在介质中传播,机械振动在介质中的传播形成机械波。
2.产生条件: a.波源; b.介质。
开始振动的点叫波源,传播振动的媒介叫介质。 对比:电磁波传播不需要介质
3.机械波形成示意图
★一个周期,波传播一个波长
★起振方向和振动方向
①起振方向:各个质点第一次振动的方向
②质点振动方向随时间而变化,有时向上,有时向下
③起振方向都是向上,同波源的起振方向
★振动相位
每个质点振动的振幅、频率都相同,相位不同。
4.机械波传递: (1)振动形式;(2)传递能量;(3)信息。
5.波的分类:横波和纵波
(1)横波特征:质点的振动方向和波的传播方向垂直。其中,最高点叫波峰,最低点叫波谷。
(2)纵波特征:质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上。较密的部分叫密部,较疏的部分叫疏部。
声波是典型的纵波,地震波中同时还有纵波(P波)和横波(S波)。
6.机械波的特征
(1)质点都在各自的平衡位置附近振动,传播的只是振动这种运动形式,并不随波迁移。
(2)各质点的振动周期均与波源的振动周期相同。
(3)各质点的起振方向均与波源的起振方向相同。
(4)若波源停止振动,它已引起的振动将继续传播。
知识点02 机械波中常用的物理量
1.波长(λ)
(1)定义:在波动中,两个相邻的且振动状态(位移,速度)总是相同的两质点间的距离.
(2)一般用以下方法计算:
①在横波中,两个相邻的波峰(或波谷)间的距离等于波长.或速度方向相同的两个平衡点之间距离。
②经过一个周期,振动在介质中传播的距离等于波长.
2.周期(T)与频率(f)
(1)波的周期(或频率)就等于波源质点振动的周期(或频率)。
(2)物理意义:波的周期(或频率)是反映波变化快慢的物理量,它不能反映波传播的快慢。
①波的周期由波源决定,与传播介质无关。
②每经历一个周期,各振动质点完成一次全振动,波形图将恢复原状。
3.波速(v)
(1)定义:波速是指振动在介质中传播的速度,而不是介质质点的振动速度.也是波形的平移速度.
(2)关系式:v==λf. λ=vT
(3)基本规律:一个周期内,波传播一个波长,质点振动路程是4A,整体波形不变。
4.决定波长、频率和波速的因素
(1)频率:波的频率由波源决定。与介质无关。
(2)波速:波速由介质的性质决定。与波源的振动无关。
(3)波长:波长由介质和波源共同决定。
※水波的传播速度与水的深度正相关。
知识点03 机械波的图像
1.图像的建立:
横坐标x表示在波的传播方向上介质中各质点的平衡位置。
纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移。
2.波形图像:
正弦(或余弦)曲线,叫正弦波,也叫简谐波.各简谐波中的质点都做简谐运动。
3.波的图像信息
(1)确定位移:可以直接看出某点在该时刻的位移.如下图A点位移=2.5cm。
(2)确定振幅:介质各点的振幅A是波动图像上纵坐标最大值的绝对值.如下图A=5cm。
(3)从图像中可以看出波长.如下图,λ=4m。
(4)如已知波的传播速度,利用图像,根据λ=vT,已知2个求出第3个. 如下图T=0.2s
(5)间接地分析各质点在该时刻的振动速度、动能、势能、回复力、加速度等量的变化趋势.
(6)空间周期性:相距波长整数倍的两质点振动状态相同;相距半波长的两质点振动方向相反。
4.波的传播方向和质点的振动方向常用判断方法:
①微平移法:波向前传播,波形也向前平移。
方法:作出经微小时间Δt后的波形,如图虚线所示
图中P点振动方向向下。
②同侧法:质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧,
如图所示,若波向右传播,则P向下运动。
③上、下坡法:沿波的传播方向看,
“上坡”的点向下运动,“下坡”的点向上运动,
简称“上坡下,下坡上”,如图所示。
5.波动和振动的区别
振动图像
波动图像
研究对象
一个质点
无数个质点
物理意义
一个质点各时刻的位移
一个时刻各质点的位移
图象变化
随时间延长图象延伸,但原来部分保持不变
随时间延伸波形沿传播方向平移
周期性
时间周期性(周期)
空间周期性(波长)
思维建模 振动图象与波的图象
(1)利用两种图象分析问题时,对于波动图象要清楚它是对应哪个时刻,
(2)对于振动图象要清楚它是描述的哪个点,要找到两种图象的对应关系。
(3)由振动图像找到t时刻振动状态,推算波动图像中质点的振动情况
考向01 对机械波形成和传播的理解
例1.(多选)关于机械波的形成和传播,下列说法中正确的是( )
A.物体做机械振动,一定产生机械波
B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动,只是时间落后一步
C.参与振动的各质点振动频率与波源频率相同
D.机械波传播过程中,质点会随波迁移
【变式训练1】(多选)一列简谐横波某时刻的波形如图所示,则关于质点A的受力,下列说法正确的是( )
A.如果波向右传播,则质点A受到向上的作用力
B.如果波向右传播,则质点A受到向下的作用力
C.如果波向左传播,则质点A受到向上的作用力
D.如果波向左传播,则质点A受到向下的作用力
考向02 机械波传播过程中质点的运动规律
例1. 振源A带动细绳上各点上下做简谐运动,t=0时刻绳上形成的波形如图所示。规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向,则P点的振动图象是( )
【变式训练1】(多选)如图所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图,此时刻质点F的运动方向如图所示,则( )
A.该波向左传播 B.质点B和D的运动方向相同
C.质点C比质点B先回到平衡位置 D.此时质点F和H的速度方向相反
考向03 波动图像的理解
例1. 一列简谐横波在t=0时的波形图如图所示。介质中x=4m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为(cm)。
(1)由如图确定这列波的波长与振幅A;
(2)求这列波的波速v;
(3)试判定这列波的传播方向。
【变式训练1】(多选)如图所示为一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形,由图象可知( )
A.质点b此时位移为零
B.质点b此时向-y方向运动
C.质点d的振幅是2 cm
D.质点a再经过通过的路程是4 cm,偏离平衡位置的位移是4 cm
考向04 波动图像和振动图像的综合应用
例1. 一列简谐横波沿x轴负方向传播,图甲是t=1 s时的波形图,图乙是波的某振动质点位移随时间变化的振动图线(两图用同一时间起点),则图乙可能是图甲中哪个质点的振动图线( )
A.x=0处的质点 B.x=1 m处的质点
C.x=2 m处的质点 D.x=3 m处的质点
【变式训练1】(多选)如图甲所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,P是离原点x1=2 m的一个质点,Q是离原点x2=4 m的一个质点,此时离原点x3=6 m 的质点刚刚要开始振动,图乙是该简谐波传播方向上的某一质点的振动图象(计时起点相同),由此可知( )
A.质点P和质点Q振动情况完全相同 B.t=0时刻质点Q沿y轴正方向振动
C.这列波的波源起振方向向上 D.图乙可能是图甲中质点Q的振动图象
1. (2023年高考真题)有一列沿x轴正方向传播的简谐机械波,t=0时的波形图如图所示,则t=8T时在C、D之间的波形图为
2.(2025年高考真题)已知当温度为25℃时,声速,求琴的的波长为______?
3.(2024普陀二模)汽若用弹簧振子进行实验,将一根弹性长绳左端与振子相连,O 是振子振动平衡位置,如图 a 所示。垂直于弹簧沿绳建立 x 轴,振子振动后,某时刻长绳的波形图如图 b 所示。
y/cm
x/m
O
O
y/cm
x/m
4
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图 a
图 b
(1)该时刻,绳上 x = 2.5 m 处的质点振动方向是( )
A.沿 x 轴正方向 B.沿 x 轴负方向 C.沿 y 轴正方向 D.沿 y 轴负方向
(2)若绳波的波速为 2.5 m/s,则该弹簧振子的振动周期为______s。
4. (2024宝山二模)一游客静止地漂浮在海滨浴场的水面上,发现一列水波平稳地向他传来,从第 1 个波峰通过他身体开始计时,到第 10 个波峰通过时恰好为 15 s。若该水波为简谐横波,则水波的频率为________Hz,第 12 s 末时游客浮动的速度方向为________。
5.(2024·上海嘉定·一模)(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,时的波形如图a所示。在x轴正方向,距离原点小于一个波长的A点,其振动图像如图b所示。本题所涉及质点均已起振。下列说法正确的是( )
A.平衡位置在与的质点具有相同的运动状态
B.时,平衡位置在处的质点加速度方向为沿y轴正方向
C.A点的平衡位置与原点的距离在到之间
D.时,A点的速度方向为沿y轴负方向
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