高二物理 机械波图像分析题目带答案

1 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 的一个介质质点 Q 是离原点 x2 4 m 的一个介质质点 此时离原点 x3 6 m 的介质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 这列波的波长为 2 m B 乙图可能是图甲中质点 Q 的振动图象 C 这列波的传播速度为 v 3 m s D 这列波的波源起振方向为向上 答案 B 解析 由题图甲读出波长 4 m 由图乙读出周期 T 2 s 波速 v m s 2 T 4 2 m s 故 A C 错误 由图乙看出 t 0 时刻 质点经过平衡位置向上 而图甲中 Q 点也经过平衡位置向上运动 故乙图可能是图甲中质点 Q 的振动图象 故 B 正确 波源的起振方向与 x3 6 m 的质点在 t 0 时刻的振动方向相同 简谐波沿 x 轴正方向 传播 则知 x3 6 m 的质点在 t 0 时刻的振动方向向下 则波源的起振方向沿 y 轴负 方向 故 D 错误 2 质点以坐标原点 O 为中心位置在 y 轴上做简谐运动 其振动图象如图 所示 振动在介质中产生的简谐横波沿 x 轴正方向传播 波速为 1 0 m s 0 3 s 后 此质点立即停止运动 再经过 0 1 s 后的波形图为 答案 C 解析 简谐横波沿 x 轴正方向传播 波源停止振动后 波将继续在介质中匀速传播 0 4 s 内简谐横波在介质中传播的总距离为 x vt 0 4 m 即 0 4 s 时 x 轴上 0 4 m 处的 质点刚好起振 由振动图象可知其振动方向沿 y 轴正方向 故 C 选项描述的波形图正 确 3 一简谐机械横波沿 x 轴正方向传播 波长为 周期为 T t 0 时刻的波形如图甲所 示 a b 是波上的两个质点 图乙是波上某一质点的振动图象 下列说法正确的是 A t 0 时质点 a 的速度比质点 b 的大 B t 0 时质点 a 的加速度比质点 b 的小 C 图乙可以表示质点 a 的振动 D 图乙可以表示质点 b 的振动 答案 D 解析 题图甲为波动图象 题图乙为振动图象 t 0 时刻 a 质点在波峰位置 速度 为零 加速度最大 b 质点在平衡位置 加速度为零 速度最大 故选项 A B 错 在 波的图象中 根据上下坡法可以判断出质点的振动方向 所以 t 0 时刻 b 点在平衡 位置且向下振动 故选项 C 错 D 对 4 多选 一列波源在 x 0 处的简谐波 沿 x 轴正方向传播 周期为 0 02 s t0时刻的 波形如图 5 所示 此时 x 12 cm 处的质点 P 恰好开始振动 则 图 5 A 质点 P 开始振动时的方向沿 y 轴正方向 B 波源开始振动时的方向沿 y 轴负方向 C 此后一个周期内 质点 P 通过的路程为 8 cm D 这列波的波速为 4 m s 答案 BD 解析 质点 P 开始振动时的方向沿 y 轴负方向 则波源开始振动时的方向也沿 y 轴负 方向 选项 A 错误 B 正确 此后一个周期内 质点 P 通过的路程为 4 个振幅 为 4 5 cm 20 cm 选项 C 错误 这列波的波长为 8 cm 波速 v 4 m s 选项 D 正 T 确 5 多选 在坐标原点的波源产生一列沿 x 轴正方向传播的简谐横波 波速 v 200 m s 已知 t 0 时波刚好传播到 x 40 m 处 如图 6 所示 在 x 400 m 处有一接收器 图中未画出 则下列说法正确的是 图 6 A 波源开始振动时方向沿 y 轴负方向 B 从 t 0 开始经 0 15 s x 40 m 处的质点运动的路程为 0 6 m C 接收器在 t 2 s 时才能接收到此波 D 若波源向 x 轴正方向运动 接收器收到的波的频率可能为 9 Hz 答案 AB 解析 由题图知 x 40 m 处的质点的起振方向向下 则波源的起振方向也向下 y 轴负 向 A 对 由题图知 20 m A 10 cm T 0 1 s 而 t1 0 15 s T 所以 v 3 2 x 40 m 处的质点经 0 15 s 运动的路程为 s 4A 6A 60 cm 0 6 m B 对 波由 3 2 x 40 m 处传到 x 400 m 处所需时间 t s 1 8 s C 错 当波源向 x 轴正向 x v 360 200 运动时 波源将靠近接收器 由多普勒效应知 接收器收到的频率将大于波源频率 而波源频率为 f 10 Hz D 错 1 T 二 填空题 本题共 2 小题 共 14 分 6 8 分 图 7 为某一简谐横波在 t 0 时刻的波形图 由此可知该波沿 传播 该 时刻 a b c 三点中加速度最大的是 点 若从这一时刻开始 第一次最快回 到平衡位置的是 点 若 t 0 02 s 时 质点 c 第一次到达波谷处 则此波的波 速为 m s 图 7 答案 x 轴正方向 c c 100 7 6 分 如图 8 所示为一列简谐波某时刻的波形图 波向右传播 波速为 2 m s 由图中 所示时刻起 经过 5 5 s 质点 A 相对平衡位置的位移为 m 通过的路程为 m 波传播的距离是 m 图 8 答案 0 2 2 2 11 解析 要求在 t 5 5 s 内质点 A 通过的路程和位移 关键是确定 t 5 5 s 与周期 T 的关系 由波的图象可直接读出 4 m 则 T s 2 s t 2 T 由波的传播方向 v 4 2 3 4 知 此时 A 点振动方向向上 经过 2 T 后 质点 A 将在负方向最大位移处 即为 0 2 3 4 m 质点 A 在 t 时间内通过的路程为 d 2 4A 2 2 m 波在 t 内传播的距离为 3 4 s v t 2 5 5 m 11 m 三 计算题 本题共 4 小题 共 46 分 计算时必须有必要的文字说明 方程式和重要 解题步骤 有数值计算的要注明单位 13 10 分 如图 9 为一列沿 x 轴正方向传播的简谐机械横波某时刻的波形图 质点 P 的 振动周期为 0 4 s 求该波的波速并判断 P 点此时的振动方向 图 9 答案 2 5 m s 沿 y 轴正方向 解析 由波形图可知 波长 1 0 m 则波速为 v 2 5 m s 由 上下坡法 可知 T P 点的振动方向沿 y 轴正方向 1 10 分 一列简谐横波在 t1 0 时刻的波形图如图 10 所示 已知该波沿 x 轴正方向传播 在 t2 0 7 s 末时 质点 P 刚好第二次出现波峰 求 1 波速 v 2 x 6 m 处的 Q 点第一次出现波谷的时刻 t3 答案 1 5 m s 2 0 8 s 解析 1 由波形图可直接读出波长 2 m 根据带动法可判断 t1 0 时刻 P 质点应向 y 轴负方向运动 由题意可知 t2 t1 T 即 0 7 s T 则 T 0 4 s 根据 v 得 v 7 4 7 4 T m s 5 m s 2 0 4 2 根据波形平移法 t1 0 时刻 x 2 m 的质点第一次 到达波谷 到 t3时刻波谷沿波的 传播方向平移至 x 6 m 的 Q 质点处 此时 Q 质点第一次出现波谷 由 x v t 得 t3 s 0 8 s 6 2 5 8 12 分 如图 11 为一列简谐波在 t1 0 时刻的图 象 此时波中质点 M 的运动方向沿 y 轴负方向 且 在 t2 0 55 s 时刻质点 M 恰好第 3 次到达 y 轴正 方向最大位移处 试求 1 此波沿什么方向传播 2 波速是多大 3 从 t1 0 至 t3 1 2 s 波中质点 N 走过的路程和相对于平衡位置的位移分别是多少 答案 1 此波向左传播 2 2 m s 3 120 cm 2 5 cm 解析 1 质点 M 的运动方向沿 y 轴负方向 根据带动法知波向左传播 2 由题图知 0 4 m 图中 M 质点向下运动 经过 2 T 恰好第 3 次到达 y 轴正方向最 3 4 大位移处 t2 0 55 s 2 0 75 T 得 T 0 2 s 所以 v 2 m s T 3 从 t1 0 至 t3 1 2 s 经过时间为 t 1 2 s 6T 质点 N 走过的路程为 s 6 4A 120 cm N 还在图示位置 所以位移 y 2 5 cm 16 14 分 已知在 t1时刻简谐横波的波形如图 12 中实线所示 在 t2时刻该波的波形如 图中虚线所示 t2 t1 0 02 s 求 图 12 1 该波可能的传播速度 2 若已知 T t2 t1 2T 且图中 P 质点在 t1时刻的瞬时速度方向向上 求波速 3 若 0 01 s T 0 02 s 且从 t1时刻起 图中 Q 质点比 R 质点先回到平衡位置 求波 速 答案 1 向右传播时 v 100 3n 1 m s n 0 1 2 向左传播时 v 100 3n 2 m s n 0 1 2 2 500 m s 3 400 m s 解析 1 由题图知 6 m 如果这列简谐横波是向右传播的 在 t2 t1内波形向右匀 速传播了 n 所以波速 v 100 3n 1 m s n 0 1 2 同理可得若该 1 3 n 1 3 t2 t1 波是向左传播的 可能的波速 v 100