第2课时-机械波习题含答案汇总(DOC 23页).doc
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1、第2课时机械波考纲解读 1.知道机械波的特点和分类.2.掌握波速、波长和频率的关系,会分析波的图像.3.理解波的干涉、衍射现象和多普勒效应,掌握波的干涉和衍射的条件1振动和波的关系关于振动和波的关系,下列说法中正确的是 ()A振动是波的成因,波是振动的传播B振动是单个质点呈现的运动现象,波是许多质点联合起来呈现的运动现象C波的传播速度就是质点振动的速度D波源停止振动时,波立即停止传播答案AB2波的形成与波的分类关于波的形成和传播,下列说法正确的是 ()A质点的振动方向与波的传播方向平行时,形成的波是纵波B质点的振动方向与波的传播方向垂直时,形成的波是横波C波在传播过程中,介质中的质点随波一起迁
2、移D波可以传递振动形式和能量答案ABD3波的图象的理解如图1所示是一列简谐波在t0时刻的波形图,介质中的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y10sin 5t cm.关于这列简谐波,下列说法中正确的是()图1A这列简谐波的振幅为20 cmB这列简谐波的周期为5.0 sC这列简谐波在该介质中的传播速度为25 cm/sD这列简谐波沿x轴正向传播答案D解析由题图可知,质点偏离平衡位置的最大距离即振幅为10 cm,A错;由质点P振动的表达式可知这列简谐横波的周期为T s0.4 s,B错;由题图可知,该波的波长为4 m,波速v m/s10 m/s,C错;由质点P做简谐运动的表达式可知,t0时刻质点P正在
3、向上运动,由此可判断波沿x轴正向传播,D正确4波的干涉和衍射如图2所示为观察水面波衍射的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个小孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长,则对波经过孔后的传播情况,下列描述不正确的是 ()A此时能明显观察到波的衍射现象 图2B挡板前后波纹间距相等C如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象D如果孔的大小不变,使波源的振动频率增大,能更明显地观察到衍射现象答案D解析由题图可以看出,孔AB尺寸与波长相差不大,因只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象,故
4、选项A、C正确;由知,v不变,f增大,只能使减小,故选项D错;既然衍射是指“波绕过障碍物而传播的现象”,那么经过孔后的波长自然不变,故选项B正确1机械波的形成条件:(1)波源;(2)介质2机械波的特点(1)机械波传播的只是振动的形式和能量,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波迁移(2)介质中各质点的振幅相同,振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同(3)各质点开始振动(即起振)的方向均相同(4)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A,位移为零3波长、波速、频率及其关系(1)波长在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,用表示(2)波速波在介质中的传播速度,由介质本
5、身的性质决定(3)频率由波源决定,等于波源的振动频率(4)波长、波速和频率的关系:vf.特别提醒1.机械波从一种介质进入另一种介质,频率不变,波速、波长都改变2机械波的波速仅由介质决定,波速在固体、液体中比在空气中大波速的计算方法:v或v.4波的图像的物理意义反映了某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移5波的干涉(1)产生稳定干涉的条件:频率相同的两列同性质的波相遇(2)现象:两列波相遇时,某些区域振动总是加强,某些区域振动总是减弱,且加强区和减弱区互相间隔(3)对两个完全相同的波源产生的干涉来说,凡到两波源的路程差为一个波长的整数倍时,振动加强;凡到两波源的路程差为半个波长的奇数倍时,振动减
6、弱6产生明显衍射现象的条件:障碍物或孔(缝)的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小7多普勒效应(1)波源不动(2)观察者不动考点一波动图像与波速公式的应用1波的图像反映了在某时刻介质中的各质点离开平衡位置的位移情况,图像的横轴表示各质点的平衡位置,纵轴表示该时刻各质点的位移,如图3所示图3图像的应用:(1)直接读取振幅A和波长,以及该时刻各质点的位移(2)确定某时刻各质点加速度的方向,并能比较其大小(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向2波速与波长、周期、频率的关系为:vf.例1如图4所示是t0时一列沿x轴传播的简谐波波形图,介质中的质点P沿y轴方向做简
7、谐运动的表达式为y10sin 5t (cm)关于这列简谐波,下列说法中正确的是()A这列简谐波的周期为0.4 sB这列简谐波在该介质中的传播速度为8 m/sC这列简谐波沿x轴负方向传播D此时波上Q点的速度与加速度都在增大图4解析由质点P振动的表达式可知这列简谐波的周期为T s0.4 s,A对;该波的波长为4 m,波速v m/s10 m/s,B错;由质点P做简谐运动的表达式可知,t0时刻质点P正在向上运动,由此可判断波沿x轴正方向传播,C错;此时Q点正向平衡位置运动,速度在增大,加速度在减小,D错答案A突破训练1一列简谐横波沿x轴正方向传播,周期为2 s,t0时刻的波形如图5所示质点a平衡位置的
8、坐标xa2.5 m下列说法正确的是 ()A该列波的波速为3 m/sB质点a正在沿y轴负方向运动C质点a再经0.25 s,第一次经过平衡位置向y轴正方向运动D质点a经2 s后,向x正方向传播4 m图5答案C解析由题波形图知,波长4 m,v m/s2 m/s,A错误;从题图中可以判断质点a正在沿y轴正方向运动,B错误;再经过t s0.25 s,x2 m处的质点的振动形式恰好传到质点a,质点a第一次经过平衡位置向y轴正方向运动,C正确;质点a只在平衡位置上下振动,D错误考点二振动图象与波动图像振动图像波动图像研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的
9、空间分布规律图像物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图像信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图像变化随时间推移,图像延续,但已有形状不变随时间推移,波形沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长例2如图6甲所示是某时刻一列简谐横波的波动图像,从该时刻开始计时,介质中质点A的振动图像如图乙所示,则下列说法正确的是 ()图6A该波沿x轴正方向传播B该波波速是25 m/sC经过t0.4 s,质
10、点A通过的路程是6 mD该波的振幅是4 m,波长是20 m解析根据题图乙可知,T0.8 s,A2 m,t0时刻即题图甲所示时刻,质点A正从平衡位置向上运动,可判断出波沿x轴负方向传播;根据题图甲可知,20 m,所以波速v/T25 m/s;经过t0.4 sT,质点A通过的路程是2A4 m,只有选项B正确答案B“一分、一看、二找”巧解波动图像与振动图像综合类问题(1)分清振动图像与波动图像只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波动图像,横坐标为t则为振动图像(2)看清横、纵坐标的单位尤其要注意单位前的数量级(3)找准波动图像对应的时刻(4)找准振动图像对应的质点突破训练2如图7甲为一列简谐横波在t0.
11、10 s时刻的波形图,P是平衡位置为x1 m处的质点,Q是平衡位置为x4 m处的质点,图乙为质点Q的振动图像,则 ()图7At0.15 s时,质点Q的加速度达到正向最大Bt0.15 s时,质点P的运动方向沿y轴负方向C从t0.10 s到t0.25 s,该波沿x轴正方向传播了6 mD从t0.10 s到t0.25 s,质点P通过的路程为30 cm答案AB解析A选项,由题图乙看出,当t0.15 s时,质点Q位于负方向的最大位移处,而简谐运动的加速度大小与位移成正比,方向与位移方向相反,所以加速度为正向最大值;B选项中,由题图乙看出,简谐运动的周期为T0.20 s,t0.10 s时,质点Q的速度方向沿
12、y轴负方向,由题图甲可以看出,波的传播方向应该沿x轴负方向,因题图甲是t0.10 s的波形,所以t0.15 s时,经历了0.05 s的时间,题图甲的波形沿x轴负方向平移了2 m的距离,如图所示,因波沿x轴负方向传播,则此时P点的运动方向沿y轴负方向;C选项中,由题意知8 m,T0.2 s,则v40 m/s.从t0.10 s到t0.25 s,该波沿x轴负方向传播的距离为0.15 s40 m/s6 m;D选项中,由题图甲可以看出,由于t0.10 s时刻质点P不处于平衡位置,故从t0.10 s到t0.25 s质点P通过的路程不为30 cm,本题正确选项为A、B.考点三波的干涉、衍射、多普勒效应1波的
13、干涉中振动加强点和减弱点的判断某质点的振动是加强还是减弱,取决于该点到两相干波源的距离之差r.(1)当两波源振动步调一致时若rn(n0,1,2,),则振动加强;若r(2n1)(n0,1,2,),则振动减弱(2)当两波源振动步调相反时若r(2n1)(n0,1,2,),则振动加强;若rn(n0,1,2,),则振动减弱2波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长3多普勒效应的成因分析(1)接收频率:观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数当波以速度v通过观察者时,时间t内通过的完全波的个数为N,因而单
14、位时间内通过观察者的完全波的个数,即接收频率(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大;当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小例3如图8表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示波峰,虚线表示波谷,c和f分别为ae和bd的中点,则:图8(1)在a、b、c、d、e、f六点中,振动加强的点是_振动减弱的点是_(2)若两振源S1和S2振幅相同,此时刻位移为零的点是_(3)画出此时刻a、c、e连线上,以a为起点的一列完整波形,标出e点解析(1)a、e两点分别是波谷与波谷、波峰与波峰相交的点,故此两点为振动加强点;c点处在a、e连线上,且从运动的角度分析a
15、点的振动形式恰沿该线传播,故c点是振动加强点,同理b、d是振动减弱点,f也是振动减弱点(2)因为S1、S2振幅相同,振动最强区的振幅为2A,最弱区的振幅为零,位移为零的点是b、d.(3)题图中对应时刻a处在两波谷的交点上,即此刻a在波谷,同理e在波峰,所以所对应的波形如图所示答案(1)a、c、eb、d、f(2)b、d(3)见解析图突破训练3如图9甲所示,男同学站立不动吹口哨,一位女同学坐在秋千上来回摆动,下列关于女同学的感受的说法正确的是 () 甲 乙图9A女同学从A向B运动过程中,她感觉哨声音调变高B女同学从E向D运动过程中,她感觉哨声音调变高C女同学在C点向右运动时,她感觉哨声音调不变D女
16、同学在C点向左运动时,她感觉哨声音调变低答案AD突破训练4一列简谐横波在某时刻的波形如图10甲所示,从该时刻开始计时,波上A质点的振动图像如图乙所示,则 ()图10A若该波遇到宽度为40 m的障碍物,能发生明显的衍射现象B从该时刻起,再经过t0.4 s,P质点经过的路程为4 m,而位移是0C从该时刻起,再经过t0.4 s,该波传播的距离为6 mD若t0时振动刚刚传到A点,从该时刻起再经1.25 s坐标为45 m的质点(未画出)第二次位于波峰答案B解析由题波形图可以看出,此波的波长为20 m,当障碍物的尺寸小于或等于20 m时能够发生明显的衍射现象,故A错误因为t0.4 s,故经0.4 s,P质
17、点回到平衡位置,位移为0,P质点通过的路程为2A4 m,B正确;在时间内,该波传播的距离为10 m,C错误;由A质点在t0时刻向上振动知,该波沿x轴正方向传播,波速v m/s25 m/s,x45 m处的质点第一次到达波峰的时间t1 s1 s,此质点第二次到达波峰的时间tt1T1.8 s,D错误46波的多解问题的处理方法1造成波动问题多解的主要因素有(1)周期性:时间周期性:时间间隔t与周期T的关系不明确;空间周期性:波传播距离x与波长的关系不明确(2)双向性:传播方向双向性:波的传播方向不确定;振动方向双向性:质点振动方向不确定2解决波的多解问题的思路一般采用从特殊到一般的思维方法,即找出一个
18、周期内满足条件的关系t或x,若此关系为时间,则tnTt(n0,1,2);若此关系为距离,则xnx(n0,1,2)例4一列简谐横波在t0时刻的波形如图11中的实线所示,t0.02 s时刻的波形如图中虚线所示若该波的周期T大于0.02 s,则该波的传播速度可能是 ()图11A2 m/s B3 m/s C4 m/s D5 m/s解析这类问题通常要考虑两种情况:(1)设波向右传播,则在0时刻x4 cm处的质点往上振动,设经历t时间时质点运动到波峰的位置,则t(n)T(n0,1,2),即T s(n0,1,2)当n0时,T0.08 s0.02 s,符合要求,此时v m/s1 m/s;当n1时,T0.016
19、 s0.02 s,符合要求,此时v m/s3 m/s;当n1时,T s0.02 s,不符合要求综上所述,只有B选项正确答案B突破训练5如图12,一列沿x轴正方向传播的简谐横波,振幅为2 cm,波速为2 m/s,在波的传播方向上两质点a、b的平衡位置相距0.4 m(小于一个波长),当质点a在波峰位置时,质点b在x轴下方与x 图12轴相距1 cm的位置,则()A此波的周期可能为0.6 sB此波的周期可能为1.2 sC从此时刻起经过0.5 s,b点可能在波谷位置D从此时刻起经过0.5 s,b点可能在波峰位置答案ACD解析本题考查波动图像的多解问题,意在考查考生灵活应用简谐运动、机械波的有关知识综合解
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