单元检测八 机械振动 机械波(含解析)2027届高考物理一轮复习单元检测

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单元检测八 机械振动 机械波(含解析)2027届高考物理一轮复习单元检测

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单元检测八 机械振动 机械波
一、单项选择题:本题共8小题,每小题4分,共32分。在每小题给出的四个选项中,只有一项最符合题目要求。
1.(2026·广东广州市三模)某同学在玩“打水漂”时,向平静的湖面抛出石子,恰好向下砸中一个安全警戒浮漂,浮漂之后的运动可简化为竖直方向的简谐运动,在水面形成一列简谐波,距离浮漂S处的水蕊上有一片小树叶,则(  )
A.小树叶将远离浮漂运动
B.小树叶将先向下运动
C.浮漂的振幅越大,波传到S处时间越短
D.浮漂的振幅越大,小树叶振动频率越大
2.如图为两波源S1、S2在水槽中产生的波形,其中实线表示波峰,虚线表示波谷。为使两波在相遇区域能发生干涉,应(  )
A.增大S1与S2的间距
B.降低S1的振动周期
C.将槽中的水换成油
D.增大S2的振动频率
3.(2026·四川雅安市二模)如图所示,光滑的斜面上有一弹簧振子,O为其平衡位置,物块在P、Q两点间做周期为T的简谐运动。下列说法正确的是(  )
A.物块动量变化的周期为
B.物块在O点时,弹簧处于原长
C.物块在P、Q两点加速度相等
D.弹簧弹性势能变化的周期为T
4.(2026·北京市房山区一模)如图甲所示,一单摆做小角度摆动,从某次摆球由左向右通过平衡位置时开始计时,相对平衡位置的位移x随时间t变化的图像如图乙所示。不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2,π2≈g。下列说法正确的是(  )
A.单摆的摆长约为2.0 m
B.从t=1.5 s到t=2.0 s时间内,摆球的动能逐渐增大
C.从t=0.5 s到t=1.0 s时间内,摆球所受回复力逐渐增大
D.单摆的位移x随时间t变化的关系式为x=8sin (2πt) cm
5.(2026·山东济南市二模)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的部分波形图如图所示,质点P的平衡位置xP=3 m,t=0.6 s时质点P第一次回到平衡位置,则质点P的振动方程为(  )
A.y=5sin (πt+) cm
B.y=5sin (πt-) cm
C.y=5sin (πt+) cm
D.y=5sin (πt-) cm
6.(2026·黑龙江省二模)如图所示,用手持续上下抖动长绳的一端,长绳自右向左呈现波浪状起伏,可视为单向传播的简谐横波。长绳上a、b两点平衡位置相距0.9 m,c、d两点的平衡位置相距1.2 m。某时刻波刚传播到c点,a点位于波峰,b点和c点位于平衡位置。若手上下抖动的频率为1 Hz,振幅为0.2 m,则(  )
A.该列绳波的波长为0.9 m
B.该列绳波的波速为2.4 m/s
C.图示时刻,b点的振动方向向上
D.从图示时刻开始经过2 s,d点通过的路程为0.8 m
7.(2026·河北秦皇岛市二模)如图所示,P、Q位置各有一个振源,某时刻两振源同时开始起振,t=0时刻图中的a、e两点刚好起振,已知该波的传播速度为v=0.8 m/s。下列说法正确的是(  )
A.再经过0.50 s两列波相遇在1.0 m处
B.两波相遇后1.0 m处的c点的位移始终为0
C.两波相遇后,0.8 m处的b点为振动减弱点
D.两波相遇后,b点和d点的振动情况始终相同
8.(2026·湖南长沙市一模)一列机械横波向右传播,在t=0时的波形如图所示,A、B两质点间距为8 m,B、C两质点在平衡位置的间距为3 m,当t=1 s时,质点C恰好通过平衡位置,则该波的波速可能为(  )
A.2 m/s B.3 m/s C.5 m/s D.4 m/s
二、多项选择题:本题共2小题,每小题5分,共10分。每小题有多项符合题目要求,全部选对得5分,选对但不全得3分,有选错得0分。
9.(2026·河北省三模)波源P、Q分别位于x轴上x=-6 m和x=6 m处,同时起振产生的两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播,某时刻形成如图所示的波形。下列说法正确的是(  )
A.两列简谐横波的频率相同,波长均为4 m
B.波源P产生的简谐横波的振幅为6 cm,波源Q产生的简谐横波的振幅为4 cm
C.平衡位置在x=0处的质点为振动减弱点
D.平衡位置在x=1 m处的质点为振动减弱点
10.(2026·河北省一模)如图所示,轻弹簧左端固定,右端与一可视为质点的小球相连,弹簧与水平面平行,水平面各处粗糙程度相同,弹簧处于原长时小球位于O点。现将小球拉至与O点相距x1的M点并由静止释放,球从M点运动到O点的过程中经A(图中未标出)点时的动能最大,球向左运动最远到N点,再向右运动最远到O点右侧P点。N与O相距x2,P与O相距x3,弹簧弹性势能Ep=kx2(k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量),弹簧始终在弹性限度内,下列说法正确的是(  )
A.x1-x2C.MA三、非选择题:本题共5小题,共58分。
11.(8分)如图(a),某同学用单摆测当地重力加速度,绳子上端为力传感器,可测摆绳上的张力F。
(1)图(b)为F随时间t变化的图像,在0~1 s内,摆球在最低点的时刻为     s,该单摆的周期T=        s。
(2)该同学测量了摆线长度L,通过改变L,测得6组对应的周期T。描点,作出T2-L图线,如图(c),图线的横、纵截距为-p和q。在图线上选取A、B两点,坐标为(LA,)和(LB,),则重力加速度g=      ;摆球的直径d=      。
12.(8分)(2026·天津市南开区一模)某同学使用如图所示装置测量重力加速度。摆线上端固定在O点,下端悬挂一摆球,通过光电门传感器采集摆动周期。请完成以下问题:
(1)为了减少测量误差,下列做法正确的是      。
A.摆球的振幅越大越好
B.摆球质量和体积都要小些
C.摆线尽量细些、短些、伸缩性小些
D.实验时须使摆球在同一竖直面内摆动
(2)某次摆球在最高点接通数据采集器,当摆球第一次(n=1)通过光电门时开始计时,数据采集器记录n(n≥3)次小球通过光电门时间为t,则该单摆的周期为     ,设该单摆摆长为L,则重力加速度g=    (用L、n、t、π表示)。
(3)该同学用标准的实验器材和正确的实验方法测量出几组不同摆长L和周期T的数值,画出如图T2-L图像中的实线OM;如果实验中测量摆长时忘了加上摆球的半径,则该同学作出的T2-L图像为    。
A.虚线①,不平行实线OM
B.虚线②,平行实线OM
C.虚线③,平行实线OM
13.(12分)如图所示,足够大的光滑水平桌面上,劲度系数为k的轻弹簧一端固定在桌面左端,另一端与小球A拴接。开始时,小球A用细线跨过光滑的定滑轮连接小球B,桌面上方的细线与桌面平行,系统处于静止状态,此时小球A的位置记为O,A、B两小球质量均为m。现用外力缓慢推小球A至弹簧原长后释放,在小球A向右运动至最远点时细线断裂,已知弹簧振子的振动周期T=2π,弹簧的弹性势能Ep=kx2(x为弹簧的形变量),重力加速度为g,空气阻力不计,弹簧始终在弹性限度内。求:
(1)细线断裂前瞬间的张力大小FT;
(2)从细线断裂开始计时,小球A第一次返回O点所用的时间t;
(3)细线断裂后,小球A到达O点时的速度大小。
14.(14分)(2026·内蒙古包头市二模)一列简谐横波沿x轴传播,如图所示,实线为t1=0时刻的波形图,虚线为t2=1 s时刻的波形图。
(1)若已知x=0处的质点在0~1 s内运动的路程为25 cm,求x=0处的质点的振动方程(用正弦函数形式表达);
(2)若波沿x轴正向传播,求波的传播速度大小。
15.(16分)(2026·河北省二模)如图所示,间距为x=8 m的M、N两波源在某时刻同时开始振动,两波源在不同介质中形成两列相向传播的简谐横波,在介质ON中波的传播速度为v1=2 m/s,在介质OM中波的传播速度为v2=4 m/s。已知两列波的频率均为f=2 Hz,波源M的振幅为A2=5 cm,波源N的振幅为A1=10 cm,图中O点是两波源连线上的某一点,xON=2 m。求:
(1)两列波在OM和ON传播的波长大小;
(2)振源M的振动形式传播到N处所需的时间;
(3)从M、N两波源开始振动计时6 s内P点运动的路程。
单元检测八 机械振动 机械波
一、单项选择题:本题共8小题,每小题4分,共32分。在每小题给出的四个选项中,只有一项最符合题目要求。
1.(2026·广东广州市三模)某同学在玩“打水漂”时,向平静的湖面抛出石子,恰好向下砸中一个安全警戒浮漂,浮漂之后的运动可简化为竖直方向的简谐运动,在水面形成一列简谐波,距离浮漂S处的水蕊上有一片小树叶,则(  )
A.小树叶将远离浮漂运动
B.小树叶将先向下运动
C.浮漂的振幅越大,波传到S处时间越短
D.浮漂的振幅越大,小树叶振动频率越大
答案 B
解析 小树叶只在平衡位置上下振动,不会远离浮漂运动,选项A错误;因浮漂先向下振动,可知小树叶起振时也将先向下运动,选项B正确;波的传播速度只与介质有关,与振幅无关,则即使浮漂的振幅再大,波传到S处时间也不变,选项C错误;小树叶振动的频率只由振源浮漂的振动频率决定,与浮漂的振幅无关,选项D错误。
2.如图为两波源S1、S2在水槽中产生的波形,其中实线表示波峰,虚线表示波谷。为使两波在相遇区域能发生干涉,应(  )
A.增大S1与S2的间距
B.降低S1的振动周期
C.将槽中的水换成油
D.增大S2的振动频率
答案 B
解析 为了发生稳定的干涉图样,需要使两波源的频率或周期相等,与S1、S2的间距和槽中的介质无关,故A、C错误;介质相同,则波传播速度一定,根据图示可知,波源S1波长大一些,根据v==λf,可知波源S1的频率小一些,周期大一些,为了发生稳定的干涉图样,应降低S1的振动周期,或者减小S2的振动频率,故B正确,D错误。
3.(2026·四川雅安市二模)如图所示,光滑的斜面上有一弹簧振子,O为其平衡位置,物块在P、Q两点间做周期为T的简谐运动。下列说法正确的是(  )
A.物块动量变化的周期为
B.物块在O点时,弹簧处于原长
C.物块在P、Q两点加速度相等
D.弹簧弹性势能变化的周期为T
答案 D
解析 物块做简谐运动时,周期为T,速度变化的周期也为T,故动量变化的周期为T,故A错误;平衡位置O的回复力为0,即弹簧弹力与沿斜面方向重力分力等大,弹簧并非处于原长,故B错误;物块在P、Q两点的位移大小相等、方向相反,所受回复力(加速度)大小相等、方向相反,则加速度不相等,故C错误;物块在P、Q两点间做周期为T的简谐运动,平衡位置O的弹簧弹性势能不为0,所以弹簧弹性势能变化的周期应为T,故D正确。
4.(2026·北京市房山区一模)如图甲所示,一单摆做小角度摆动,从某次摆球由左向右通过平衡位置时开始计时,相对平衡位置的位移x随时间t变化的图像如图乙所示。不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2,π2≈g。下列说法正确的是(  )
A.单摆的摆长约为2.0 m
B.从t=1.5 s到t=2.0 s时间内,摆球的动能逐渐增大
C.从t=0.5 s到t=1.0 s时间内,摆球所受回复力逐渐增大
D.单摆的位移x随时间t变化的关系式为x=8sin (2πt) cm
答案 B
解析 由题图乙可知,单摆的周期为T=2 s,由单摆的周期公式T=2π,结合π2≈g可得L=1 m,故A错误;从t=1.5 s到t=2.0 s摆球从最高点向平衡位置运动,速度逐渐增大,动能逐渐增大,故B正确;从t=0.5 s到t=1.0 s摆球从最高点向平衡位置运动,回复力逐渐减小,故C错误;振幅A=8 cm,φ=0,角速度ω==π rad/s,单摆的位移x随时间t变化的关系式为x=8sin πt(cm),故D错误。
5.(2026·山东济南市二模)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的部分波形图如图所示,质点P的平衡位置xP=3 m,t=0.6 s时质点P第一次回到平衡位置,则质点P的振动方程为(  )
A.y=5sin (πt+) cm
B.y=5sin (πt-) cm
C.y=5sin (πt+) cm
D.y=5sin (πt-) cm
答案 A
解析 由题图可知,波长λ=8 m,振幅A=5 cm。简谐横波沿x轴正方向传播,当图中原点处振动状态传到质点P时,质点P第一次回到平衡位置,可知,波在0.6 s内传播距离为x=3 m,则波速为v== m/s=5 m/s,周期为T== s=1.6 s,则ω== rad/s,简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻,质点P向上振动,根据数学知识可知,质点P的初相位φ=
故质点P的振动方程为y=5sin (πt+) cm,故选A。
6.(2026·黑龙江省二模)如图所示,用手持续上下抖动长绳的一端,长绳自右向左呈现波浪状起伏,可视为单向传播的简谐横波。长绳上a、b两点平衡位置相距0.9 m,c、d两点的平衡位置相距1.2 m。某时刻波刚传播到c点,a点位于波峰,b点和c点位于平衡位置。若手上下抖动的频率为1 Hz,振幅为0.2 m,则(  )
A.该列绳波的波长为0.9 m
B.该列绳波的波速为2.4 m/s
C.图示时刻,b点的振动方向向上
D.从图示时刻开始经过2 s,d点通过的路程为0.8 m
答案 D
解析 a、b间隔四分之三波长,有λ=0.9 m,故波长λ=1.2 m,A错误;因f=1 Hz,则波速v=λf=1.2 m/s,B错误;根据上下坡法,沿着波的传播方向,b点处于“上坡”,故其振动方向向下,C错误;波的周期T==1 s,图示时刻波刚好传播到c点,波传播到d点再经过的时间t== s=1 s,d点开始振动后,再经过1 s,刚好完成一次全振动,通过的路程为s=4A=0.8 m,D正确。
7.(2026·河北秦皇岛市二模)如图所示,P、Q位置各有一个振源,某时刻两振源同时开始起振,t=0时刻图中的a、e两点刚好起振,已知该波的传播速度为v=0.8 m/s。下列说法正确的是(  )
A.再经过0.50 s两列波相遇在1.0 m处
B.两波相遇后1.0 m处的c点的位移始终为0
C.两波相遇后,0.8 m处的b点为振动减弱点
D.两波相遇后,b点和d点的振动情况始终相同
答案 B
解析 设经过Δt时间两列波相遇,则有2v·Δt=xae,解得Δt=0.75 s,此过程每列波传播的距离Δx=v·Δt=0.8×0.75 m=0.6 m,即再经过0.75 s两列波在x=1.0 m处的c点相遇,由于两波源的振动步调相反,故c点为振动的减弱点,c点的位移始终为0,A错误,B正确;b点到两波源的波程差为0.4 m,为半个波长的一倍,而两列波的振动步调相反,故b点为振动的加强点,C错误;由于b、d两点的距离为半个波长,故b、d两点的振动情况始终相反,D错误。
8.(2026·湖南长沙市一模)一列机械横波向右传播,在t=0时的波形如图所示,A、B两质点间距为8 m,B、C两质点在平衡位置的间距为3 m,当t=1 s时,质点C恰好通过平衡位置,则该波的波速可能为(  )
A.2 m/s B.3 m/s C.5 m/s D.4 m/s
答案 C
解析 由图可知,波长λ=8 m,t=1 s时,质点C恰好通过平衡位置,根据平移法可得t=(+)T=1 s(n=0,1,2…),所以该波的波速v==(4n+1) m/s(n=0,1,2…),当n=1时,波速为5 m/s。故选C。
二、多项选择题:本题共2小题,每小题5分,共10分。每小题有多项符合题目要求,全部选对得5分,选对但不全得3分,有选错得0分。
9.(2026·河北省三模)波源P、Q分别位于x轴上x=-6 m和x=6 m处,同时起振产生的两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播,某时刻形成如图所示的波形。下列说法正确的是(  )
A.两列简谐横波的频率相同,波长均为4 m
B.波源P产生的简谐横波的振幅为6 cm,波源Q产生的简谐横波的振幅为4 cm
C.平衡位置在x=0处的质点为振动减弱点
D.平衡位置在x=1 m处的质点为振动减弱点
答案 AD
解析 由图像可知两列简谐横波在x轴上的-2 m~2 m间叠加,波长均为4 m,波源P产生的简谐横波的振幅为6 cm,波源Q产生的简谐横波的振幅为2 cm,在同一介质中波速相同,由于两列简谐横波的波长也相同,故两列简谐横波的频率相同,故A正确,B错误;由图像可知,在平衡位置x=-2 m处和平衡位置x=2 m处的质点的振动方向向上,可判断两波源的起振方向均向上,平衡位置x=0处的质点的波程差为0,该点为振动加强点,平衡位置x=1 m处的质点波程差为Δx=2 m=,该点为振动减弱点,故C错误,D正确。
10.(2026·河北省一模)如图所示,轻弹簧左端固定,右端与一可视为质点的小球相连,弹簧与水平面平行,水平面各处粗糙程度相同,弹簧处于原长时小球位于O点。现将小球拉至与O点相距x1的M点并由静止释放,球从M点运动到O点的过程中经A(图中未标出)点时的动能最大,球向左运动最远到N点,再向右运动最远到O点右侧P点。N与O相距x2,P与O相距x3,弹簧弹性势能Ep=kx2(k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量),弹簧始终在弹性限度内,下列说法正确的是(  )
A.x1-x2C.MA答案 BD
解析 设小球与水平面间的动摩擦因数为μ,质量为m,小球从M到N的过程,根据能量守恒定律有k=μmg(x1+x2)+k,化简得k(x1-x2)=μmg,小球从N到P的过程,有k=μmg(x2+x3)+k,化简得k(x2-x3)=μmg,联立可得x1-x2=x2-x3,故A错误,B正确;设A点离原点O的距离为xA,此时在A点小球的动能最大,即速度最大,加速度为零,则有μmg=kxA,又k(x1-x2)=μmg,可得(x1-x2)=xA,变形x1-xA=x2+xA,其中x1-xA=MA,x2+xA=NA,所以有MA=NA,故C错误,D正确。
三、非选择题:本题共5小题,共58分。
11.(8分)如图(a),某同学用单摆测当地重力加速度,绳子上端为力传感器,可测摆绳上的张力F。
(1)图(b)为F随时间t变化的图像,在0~1 s内,摆球在最低点的时刻为     s,该单摆的周期T=        s。
(2)该同学测量了摆线长度L,通过改变L,测得6组对应的周期T。描点,作出T2-L图线,如图(c),图线的横、纵截距为-p和q。在图线上选取A、B两点,坐标为(LA,)和(LB,),则重力加速度g=      ;摆球的直径d=      。
答案 (1)0.7 1.6 (2) 2p
解析 (1)小球在最低点时绳子上的力最大,故在0~1 s内,摆球在最低点的时刻为0.7 s;
小球在最高点时绳子上的力最小,相邻最高点和最低点的时间间隔t=0.7 s-0.3 s=0.4 s=T
可得T=1.6 s
(2)由单摆周期公式有T=2π
变形得T2=L+d
所以图像的斜率为k==
结合题图,整理有g=
又由纵轴截距q=d
综合解得摆球的直径d=2p。
12.(8分)(2026·天津市南开区一模)某同学使用如图所示装置测量重力加速度。摆线上端固定在O点,下端悬挂一摆球,通过光电门传感器采集摆动周期。请完成以下问题:
(1)为了减少测量误差,下列做法正确的是      。
A.摆球的振幅越大越好
B.摆球质量和体积都要小些
C.摆线尽量细些、短些、伸缩性小些
D.实验时须使摆球在同一竖直面内摆动
(2)某次摆球在最高点接通数据采集器,当摆球第一次(n=1)通过光电门时开始计时,数据采集器记录n(n≥3)次小球通过光电门时间为t,则该单摆的周期为     ,设该单摆摆长为L,则重力加速度g=    (用L、n、t、π表示)。
(3)该同学用标准的实验器材和正确的实验方法测量出几组不同摆长L和周期T的数值,画出如图T2-L图像中的实线OM;如果实验中测量摆长时忘了加上摆球的半径,则该同学作出的T2-L图像为    。
A.虚线①,不平行实线OM
B.虚线②,平行实线OM
C.虚线③,平行实线OM
答案 (1)D (2)  (3)B
解析 (1)单摆在摆角很小的情况下做简谐运动,故A错误;
为减小空气阻力对实验的影响,摆球质量大些、体积小些,故B错误;
为保证摆长不变且减小周期测量的误差,摆线尽量细些、长些、伸缩性小些,故C错误;
实验时须使摆球在同一竖直面内摆动,不能使单摆成为圆锥摆,故D正确。
(2)摆球第一次通过光电门开始计时,依次每通过两次为一周期,所以t时间为个周期,所以周期T=
根据T=2π
解得g=
(3)测量摆长时忘了加上摆球的半径,也就是将摆线的长度l作为摆长,则T2===+,斜率未受影响,纵截距为正,故选B。
13.(12分)如图所示,足够大的光滑水平桌面上,劲度系数为k的轻弹簧一端固定在桌面左端,另一端与小球A拴接。开始时,小球A用细线跨过光滑的定滑轮连接小球B,桌面上方的细线与桌面平行,系统处于静止状态,此时小球A的位置记为O,A、B两小球质量均为m。现用外力缓慢推小球A至弹簧原长后释放,在小球A向右运动至最远点时细线断裂,已知弹簧振子的振动周期T=2π,弹簧的弹性势能Ep=kx2(x为弹簧的形变量),重力加速度为g,空气阻力不计,弹簧始终在弹性限度内。求:
(1)细线断裂前瞬间的张力大小FT;
(2)从细线断裂开始计时,小球A第一次返回O点所用的时间t;
(3)细线断裂后,小球A到达O点时的速度大小。
答案 (1)mg (2) (3)
解析 (1)A静止于O点平衡时,有kx0=mg
A、B组成的简谐运动中,振幅为A=x0=
由对称性,小球A向右运动至最远点时,对A有k·2x0-FT=ma
对B有FT-mg=ma
联立解得FT=mg
(2)细线断裂后A球单独做简谐运动,振幅变为
A'=2x0=
则A球单独做简谐运动的振动方程为
xA=A'cos t=cos t
当小球A第一次返回O点时,有
xA'=cos t=x0=
可得t==
(3)细线断裂后,小球A到达O点时,有
m=k-k
解得v0=
14.(14分)(2026·内蒙古包头市二模)一列简谐横波沿x轴传播,如图所示,实线为t1=0时刻的波形图,虚线为t2=1 s时刻的波形图。
(1)若已知x=0处的质点在0~1 s内运动的路程为25 cm,求x=0处的质点的振动方程(用正弦函数形式表达);
(2)若波沿x轴正向传播,求波的传播速度大小。
答案 (1)y=5sin (t+π) cm
(2)4n+3(m/s)(n=0,1,2,…)
解析 (1)由图知A=5 cm,所以x=0处的质点在0~1 s内运动的路程为25 cm=5A,则时间为,设x=0处的质点的振动方程为y=Asin (ωt+φ)
由“微平移”法可知该质点t1=0时刻向y轴负方向运动,可知φ=π
由Δt=T+T
解得T===0.8 s
所以ω==π rad/s
可得振动方程为y=5sin (t+π) cm
(2)由题图知λ=4 m
若波沿x轴正方向传播,则v·Δt=(n+)λ,(n=0,1,2,…)
所以波的传播速度大小v=4n+3(m/s)(n=0,1,2,…)。
15.(16分)(2026·河北省二模)如图所示,间距为x=8 m的M、N两波源在某时刻同时开始振动,两波源在不同介质中形成两列相向传播的简谐横波,在介质ON中波的传播速度为v1=2 m/s,在介质OM中波的传播速度为v2=4 m/s。已知两列波的频率均为f=2 Hz,波源M的振幅为A2=5 cm,波源N的振幅为A1=10 cm,图中O点是两波源连线上的某一点,xON=2 m。求:
(1)两列波在OM和ON传播的波长大小;
(2)振源M的振动形式传播到N处所需的时间;
(3)从M、N两波源开始振动计时6 s内P点运动的路程。
答案 (1)2 m 1 m (2)2.5 s (3)547.5 cm
解析 (1)波速由介质决定,在介质OM中波的传播速度为v2=4 m/s,根据v2=λ2f
解得λ2=2 m
在介质ON中波的传播速度为v1=2 m/s,根据v1=λ1f
解得λ1=1 m
(2)振源M的振动形式传播到O处所需的时间t1== s=1.5 s
波速由介质决定,振源M的振动形式从O传播到N处所需的时间t1== s=1 s
则振源M的振动形式传播到N处所需的时间t=t1+t2=2.5 s
(3)结合上述可知xMP=λ2=2 m,xPO=x-λ2-xON=4 m
振源振动的周期T==0.5 s
振源M的振动形式传播到P处所需的时间t3=T=0.5 s
振源N的振动形式传播到P处所需的时间t4=+= s+ s=2 s=4T
根据题图可知,两波源起振方向均向上,由于t3等于一个周期,t4等于四个周期,即经过2 s时,两波源的振动形式传播到P点运动方向均向上,可知,P点为振动加强点,则在t4=2 s时间内P以M波源振动形式运动了Δt1=t4-t3=1.5 s=3T
此时间内,P运动的路程x1=3×4A2=60 cm
6 s内P点以振动加强的形式运动的时间Δt2=(6-2) s=4 s=8T+T
在上述时间8T内,P运动的路程x2=8×4(A1+A2)=480 cm
在上述时间T内,根据振动函数方程y=Asin t
解得T时刻,对应的y=A
可知,在上述时间T内,P运动的路程x2==7.5 cm
结合上述可知,两波源振动开始计时6 s内P点运动的路程x=x1+x2+x3=547.5 cm。

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