1、第3章机械波习题课:机械波的多解问题课后篇巩固提升必备知识基础练1.图甲是一列简谐横波在t=20 s时的波形,图乙是这列波中P点的振动图线,那么该波的传播速度和传播方向是()A.v=25 cm/s,向左传播B.v=50 cm/s,向左传播C.v=25 cm/s,向右传播D.v=50 cm/s,向右传播解析由题图乙知T=2 s。由题图甲知=100 cm。由v=得v= cm/s=50 cm/s,选项A、C错误;由题图乙知,2 s末,P点向上振动。根据振动的周期性,可得 20 s 时P点仍向上振动。依据“同侧法”,可判断波向左传播,选项B正确,D错误。答案B2.(多选)图甲为一列简谐横波在某一时刻的
2、波形,图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图像。从该时刻起()A.经过0.35 s,质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离B.经过0.25 s,质点Q的加速度大于质点P的加速度C.经过0.15 s,波沿x轴的正方向传播了3 mD.经过0.1 s,质点Q的运动方向沿y轴正方向解析由图乙可知,T=0.2 s,t=0时刻,P质点向下运动,则波向右传播,经0.35 s,即T,P点到达波峰,Q质点距平衡位置的距离小于P点,故选项A正确;经0.25 s,即T,P到达波谷,加速度最大,故选项B错误;经0.15 s,波传播的距离x=vt=3 m,故选项C正确;Q点在t=0时向上振动,经0.1 s(即
3、半个周期),其运动方向沿y轴负方向,故选项D错误。答案AC3.一列沿x轴正方向传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.2 s时刻的波形如图中虚线所示,则()A.t=0.2 s时质点P的运动方向向右B.波的周期可能为0.27 sC.波的频率可能为1.25 HzD.波的传播速度可能为20 m/s解析t=0.2 s时质点P的运动方向向上(y轴正方向),A错;波长=24 m,t=T=0.2 s,T= s(n=0,1,2,3,),B错;f= Hz,n=0时,f=1.25 Hz,C对;波速v=30(4n+1) m/s,D错。答案C4.(多选)如右图所示,机械波沿直线ab向右传播,ab=2
4、m,某时刻a点处于波谷位置,b点在平衡位置且向上运动,下列说法正确的是()A.波长可能是 mB.波长可能是 mC.波长可能小于 mD.波长可能大于 m解析 t=0时刻,a质点在波谷,b质点在平衡位置且向上运动,如图所示,根据波由a传向b,可知波长满足+n=2(n=0,1,2,),这样=(n=0,1,2,),由此可知波长不可能大于 m。当n=0时,= m;当n=2时,= m,大于 m;当n=3时,= m,小于 m。故应选B、C。答案BC5.(多选)一列简谐横波,在t=0时波形如图所示,P、Q两点的坐标分别为(-1,0)、(-7,0),波的传播方向由右向左,已知 t=0.7 s 时,P点第二次出现
5、波峰,则()A.t=0.9 s时,Q点第一次出现波峰B.t=1.2 s时,Q点第一次出现波峰C.波源起振方向一定向上D.质点Q位于波峰时,质点P位于波谷解析由题图知波长=4 m,第二个波峰到达P点所需时间为T=0.7 s,有T=0.4 s,波速v= m/s=10 m/s。第一个波峰传播到Q,传播距离x=2 m-(-7 m)=9 m,所需时间t= s=0.9 s,故选项A正确,B错误;P、Q两点间距6 m=,振动情况相反,选项D正确;波的最前方x=1 m处的质点正处于平衡位置向上运动,由此可知波源起振方向向上,选项C正确。答案ACD6.(多选)甲如图甲所示,一列简谐横波在x轴上传播,图乙和图丙分
6、别为x轴上P、Q两质点的振动图像,且xPQ=6 m。下列判断正确的是()A.波长可能是8 mB.波长可能是10 mC.波速可能是1.2 m/sD.波速可能是3.6 m/s解析若波是从Q向P传播,则P、Q的振动相差个周期,距离相差个波长,则1=6 m,即1= m(n=0,1,2,3,),同理,波从P向Q传播时,2= m(n=0,1,2,),由此知选项A正确,B错误;根据波速公式v=,波对应的传播速度分别为v1= m/s(n=0,1,2,),v2= m/s(n=0,1,2,),由此知选项C正确,D错误。答案AC7.P、Q是一列简谐横波中的两质点,已知P离振源较近,P、Q两点的平衡位置相距15 m(
7、小于一个波长),各自的振动图像如图所示。此列波的波速为 m/s。解析由题图知,周期为T=8 s,因点P离波源较近,波由P传到Q,则P、Q间的距离x=,得= m(n=0,1,2,),因P、Q两点的平衡位置相距15 m(小于一个波长),所以=20 m;则波速为v= m/s=2.5 m/s。答案2.5关键能力提升练8.一列横波沿x轴的正方向传播,波速v=300 m/s,已知x1=0.30 m和x2=0.90 m处是振动中位移大小总是相同、方向总是相反的相邻质点,求这列波的频率。解析在波的传播中,位移总是大小相同、方向相反的两点振动反相的两点,它们间的距离应等于半波长的奇数倍,即x=(2k+1)(k=
8、0,1,2,)。这样的相邻的两点,距离等于半个波长,即x2-x1=,由此得=2(x2-x1)=2(0.90-0.30) m=1.20 m。再由v=f得f= Hz=250 Hz。答案250 Hz9.如图所示,A、B是一列简谐横波中的两点。某时刻,A正处于正向最大位移处,另一点B恰好通过平衡位置向-y方向振动。已知A、B的横坐标分别为xA=0、xB=70 m,并且波长符合不等式:20 m80 m。求波长。解析本题考查波传播的双向性和空间的周期性,若无限制,则A、B之间平衡位置的距离70 m=n+x,其中x是小于的距离。由某时刻A、B的位置及振动方向可以判断,x应为。(1)若x=,则可写出通式xB-
9、xA=,得70 m=,所以波长通式为= m(n=0,1,2,3,),将n=0,1,2,3,依次代入通式解得=280 m、56 m、 m、 m、由已知20 m80 m的限制条件,得波长应为 m或 m或56 m,且该波向-x方向传播。(2)若x=,则可写出通式xB-xA=,得70 m=,所以波长的通式= m,其中n=0,1,2,3,将n=0,1,2,3,依次代入通式解得= m、40 m、 m、 m、由已知20 m80 m的限制条件,得波长应为 m或40 m,且波向+x方向传播。答案波向-x方向传播时,波长为 m、 m或56 m波向+x方向传播时,波长为 m或40 m10.一列横波如图所示,波长=8
10、 m,实线表示t1=0时刻的波形,虚线表示t2=0.005 s时刻的波形。问:(1)机械波的波速为多大?(2)若Tt2-t12T,波速又为多大?(3)若Tt2-t1,并且波速为3 600 m/s,则波向哪个方向传播?解析(1)若波沿x轴正方向传播,则t2-t1=+nT,T= s,波速v=400(4n+1) m/s(n=0,1,2,)若波沿x轴负方向传播,则t2-t1=T+nT,即T= s,波速v=400(4n+3) m/s(n=0,1,2,)。(2)若波沿x轴正方向传播,则t2-t1=+T,T=0.004 s,所以波速v=2 000 m/s若波沿x轴负方向传播,则t2-t1=+T,T= s,所以波速v=2 800 m/s。(3)令v=400(4n+1) m/s=3 600 m/s,得n=2,所以波速3 600 m/s符合沿x轴正方向传播的情况。令v=400(4n+3) m/s=3 600 m/s,则n不为整数值,所以波只能沿x轴正方向传播。答案见解析
