高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述习题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述习题，共11页。试卷主要包含了基础巩固，拓展提升等内容，欢迎下载使用。

一、基础巩固
1．坐标原点有一振源沿y轴振动，形成沿x轴正方向传播的简谐横波，如图所示。已知波速为10m/s，下列说法正确的是__________。
A．这列波的波长是4mB．这列波的振幅是20cm
C．振源振动的频率为2.5HzD．振源振动的频率为10Hz
【答案】AC
【解析】由图可知，这列波的波长是4m，故A正确；由图可知，这列波的振幅是10cm，故B错误；根据波长、频率与波速的关系式得，振源振动的频率为，故C正确，D错误。故选AC。
2．某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以1.8m/s的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近。该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s。下列说法正确的是（ ）
A．该水面波的频率为6Hz
B．该水面波的波长为3m
C．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去
D．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移
【答案】BD
【解析】由第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s，可得知振动的周期 ，频率为 ，故A错误；该水面波的波长为 ，故B正确；参与振动的质点只是在自己的平衡位置附近做往复运动，并不会“随波逐流”，但振动的能量和振动形式却会不断的向外传播。C错误，D正确。 故选BD。
3.一列简谐横波沿x轴正方向传播，在t=0s时波形如图所示，已知波速为10m/s，则t=0.1s时正确的波形是图中的（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【解析】因为波的波长为4m，波速为10m/s，故周期为0.4s，当t＝0.1 s时正好经过了1/4个周期，即处于x=0处的质点向下移动到平衡位置，处于x=1m处的质点向上振动到最大位置处，x=2处的质点向上振动到平衡位置，故该波形是图C的波形，选项C正确．
4.机械波在某种介质中传播时，下列说法正确的是（ ）
A．振动的频率越高，则波传播一个波长的距离所用的时间越短
B．在一个周期内，某个振动质元走过的路程等于一个波长
C．振幅越大，则波传播的速度越快
D．振幅越大，则波传播的速度越慢
【答案】A
【解析】频率是周期的倒数，所以振动的频率越高，振动周期越短，波传播一个波长的距离所用时间越短，故A正确；振动质元只在平衡位置上下振动，不会沿波方向前进，所以路程不等于一个波长，故B错误；波传播的速度是由介质决定的，与振幅大小无关，故C错误，D错误。
5.一列简谐横波在介质中沿x轴传播，某时刻的波形如图所示，则该简谐波的（ ）
A．波长为 1.0m
B．波长为 2.0m
C．振幅为 10.0cm
D．振幅为 20.0cm
【答案】B
【解析】由波形图可知，该波的波长为，振幅为，B正确，ACD错误。故选B。
6.如图所示为一横波在某时刻的波形图，已知质点F此时运动方向如图，则（ ）
A．波向右传播B．此时质点C的加速度为零
C．质点C比质点B先回到平衡位置D．质点H与质点F的运动方向相同
【答案】C
【解析】根据同侧法可判断波向左传播，故A错误；此时质点C受到的回复力最大，加速度最大，故B错误；根据同侧法可判断质点B向上运动，故质点C比质点B先回到平衡位置，故C正确； 根据同侧法可判断质点H向上运动，与质点F的运动方向相反，故D错误。故选C。
7.一个人拿着一个绳子，在上下振动，绳子产生波，问人的手频率加快，则（ ）
A．波长变大B．波长不变
C．波速变大D．波速不变
【答案】D
【解析】绳波在同一绳中传播，波速不变。当人的手频率加快时，波的频率增大，由分析知此波的波长变小。故ABC错误，D正确。故选D。
8.如图所示为一简谐横波在某时刻的波形图，根据此图可确定该波的（ ）．
A．波长、波速B．周期、振幅C．波长、振幅D．周期、波速
【答案】C
【解析】根据波长的定义可知相邻两个波峰或波谷间的距离等于波长,由波动图象可读出波长为2m;位移的最大值等于振幅.则可直接读出振幅为2cm.波动图象反映某一时刻质点的位移随空间位置变化的情况,不能读出周期,从而不能求出波速.故选C.
9.如图1所示，t=0时刻，与M点相距为10m的波源O由平衡位置开始上下振动，形成一列沿直线OM传播的简谐横波。图2为质点M的振动图象。则下列说法正确的是（ ）
A．波源O的振动周期为1s
B．此列波的传播速度为3m/s
C．t=0时刻，波源O的振动方向沿y轴正方向
D．在0～9s时间内，这列波的传播距离为15m
【答案】D
【解析】根据图可知，质点M的振动周期，波传播周期与振动周期相同，A错误；当时，该波才传播到M点，这列波的传播速度，选B误；质点的起振方向与波源质点的起振方向一致，在时，M点的起振方向沿y轴负方向，t=0时刻波源O振动的方向也是沿y轴负方向，C错误；在0~9s时间内，这列波的传播距离，D正确。故选D。
10.如图所示为一列简谐横波在t=0时刻的波形图，P为介质中的一个质点。图2是质点P的振动图像，那么该波的传播速度v的大小和传播方向是（ ）
A．v=0.5m/s，沿x轴正方向
B．v=0.5m/s，沿x轴负方向
C．v=1.0m/s，沿x轴正方向
D．v=1.0m/s，沿x轴负方向
【答案】A
【解析】由图可知λ=1.0m，T=2s，则，由于质点P在t=0时刻向上振动，可知波沿x轴正向传播。故选A。
11.一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点叙述正确的是（ ）
A．它们的振幅相同
B．质点D和F的速度方向相同
C．质点A和C的速度方向相同
D．从此时算起，质点C比B先回到平衡位置
【答案】A
【解析】波中各质点均做受迫振动，不考虑能量损耗，各质点振幅相同，所以选项A正确；根据平移法可知，D速度方向向上，F速度方向向下，速度方向不同；A速度方向向下，C速度方向向上，速度方向不同，BC错误；若波向右传播，由于此时B和C两点都向上运动，C比B后到达最大位移处，C回到平衡位置也比B迟，故选项D错误。故选A。
12.一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为4m/s。某时刻波形如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．这列波的振幅为4cm
B．这列波的周期为1s
C．此时x=4m处质点沿y轴正方向运动
D．此时x=4m处质点的加速度最大
【答案】B
【解析】从图中可知振幅为2cm，A错误；从图中可知，故这列波的周期为，B正确；根据“上坡下，下坡上”原则，可知此时x=4m处质点沿y轴负方向运动，C错误；此时x=4m处质点正通过平衡位置，回复力为零，所以加速度为零，D错误。故选B。
13.一列简谐横波沿轴正方向传播，时刻的波形如图所示，介质中质点、分别位于、处．从时刻开始计时，当时质点Q刚好第4次到达波峰．
①求波速．
②写出质点做简谐运动的表达式（不要求推导过程）
【答案】（1）；（2）
【解析】(1)根据波形图得到波长；时刻，质点Q正向下运动；从时刻开始计时，当时质点Q刚好第4次到达波峰，故有，
解得
故波速为．
(2)时刻，质点P正在向上运动，振幅为：，
角速度为：
故质点P做简谐运动的表达式为：．
14.如图是一列向右传播的横波，波速为0.4m/s，M点的横坐标x=10m，图示时刻波传到N点，现从图示时刻开始计时，问：
（1）经过多长时间，M点第二次到达波谷；
（2）这段时间里，N点经过的路程为多少。
【答案】（1）29s；（2）145cm
【解析】（1）由图得波长为1.6m，则周期T==4s，经t1=（xM-xN）/v=22s，M点开始向上起振， 再经t2=T=7s，第二次到达波谷，故总共经t=t1+t2=29s第二次到达波谷。
（2）29s内N质点共振动7个周期，共计经过的路程为145cm。
二、拓展提升
1．一列向右传播的横波在t=0时的波形如图所示，A、B两质点间距为8m，B、C两质点平衡位置的间距为3m，当t=1s时，质点C恰好通过平衡位置，该波的波速可能为（ ）
A．m/s
B．1m/s
C．13m/s
D．17m/s
【答案】BCD
【解析】由图读出波长λ=8m，波向右传播，质点C恰好通过平衡位置时，波传播的最短距离为1m，根据波形的平移法得：或，n=0，1，2，，则波速或，当n=0时：v=1m/s或5m/s，当n=1时：v=9m/s或13m/s，当n=2时：v=17m/s或21m/s，
故A正确，BCD错误。故选A。
2.一列简谐横波波沿x方向传播，在T=0时刻波形如图所示。已知这列波在P点依次出现两个波峰的时间间隔为0.4s，以下说法正确的是（ ）
A．点Q需要再经过0.7s，才能第一次到达波峰处B．这列波的速度是10m/s
C．这列波的波长是5mD．质点Q达到波峰时，质点P也恰好达到波峰处
【答案】ABD
【解析】由图读出波长，这列波在P点依次出现两个波峰的时间间隔为0.4s，波的周期为，
则波速为，图中位置与Q点相距，处的振动传到Q点的时间为，则质点Q需要再经过0.7s，才能第一次到达波峰处,故A、B正确，C错误；P、Q相距两个波长，是同相点，振动情况总是相同，质点Q达到波峰时，质点P也恰好达到波峰处，故D正确；故选ABD。
4.一列简谐横波沿x轴传播，t = 0时的波形如图所示，质点A与质点B相距1 m，A点速度沿y轴正方向；t = 0.02 s时，质点A第一次到达正向最大位移处。由此可知（ ）
A．此波沿x轴正方向传播
B．在t = 0.02 s时，质点B处在波谷位置
C．此波的传播速度为75 m/s
D．从t = 0时起，经过0.02 s，质点A沿波传播方向迁移了0.5 m
【答案】B
【解析】已知A点的速度沿y轴正方向，根据同侧法原则，则波沿x轴负方向传播，故A错误；根据同侧法原则，t = 0时，B点速度沿y轴负方向，则在t = 0.02 s时，B点处于负向最大位移处，也就是波谷的位置，故B正确；由图可知， = 2 m，T = 0.08 s，则根据公式得波速，故C错误；
由简谐波的特点可知，在简谐横波中，质点不随波的传播而迁移，只是上下振动，故D错误。故选B。
5.图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P以该时刻为计时起点的振动图像，下列说法不正确的是（ ）
A．从该时刻起经过0.15s时，质点P到达波峰
B．从该时刻起经过0.25s时，质点Q的加速度小于质点P的加速度
C．从该时刻起经过0.15s时，波沿x轴的正方向传播了3m
D．从该时刻起经过0.35s时，质点Q距平衡位置的距离大于质点P距平衡位置的距离
【答案】D
【解析】由振动图象乙可知，该波的周期为，t=0时刻质点P沿y轴负方向振动，由波形的平移法可知该波沿x轴正方向传播．由图乙知，质点P到达波峰，故A不符合题意；在，由于图示时刻Q正向上运动，P正向下运动，则时刻质点Q位于平衡位置上方，而质点P位于波谷，根据简谐运动的特征可知，P点的位移较大，所以质点Q的加速度小于质点P的加速度，故B不符合题意；由图甲知波长，则该波的波速为，所以从该时刻起经过0.15s时，波沿x轴的正方向传播的距离为，故C不符合题意；在，从该时刻起经过0.35s时，质点Q位于平衡位置与波谷之间，而质点P位于波峰，所以质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离，故D符合题意．故选D。
6.如图所示，实线为t1=0时刻的图象，虚线为t2=0.1s时刻的波形，求：
（1）若波的传播方向为+x方向，波速多大；
（2）若波速为450m/s，波沿什么方向传播。
【答案】（1）；（2）波沿x轴正方向传播
【解析】（1）若波的传播方向为+x方向，则
其中λ=20m，联立解得
（2）令
解得n=2
可知波沿x轴正方向传播。
7．如图为沿x轴向右传播的简谐横波在t=1.2 s时的波形，位于坐标原点处的观察者观测到在4 s内有10个完整的波经过该点。
(1)求该波的振幅、频率、周期和波速；
(2)画出平衡位置在x轴上x=2 m处的质点在0~0.6 s内的振动图像。
【答案】（1）0.1m，2.5 Hz，0.4 s，5m/s；（2）见解析
【解析】(1) 该波的振幅A=0.1 m
频率f==2.5 Hz
周期T==0.4 s.
波速v=λf=5 m/s.
(2)如图所示