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1、2022年高考物理一輪復習 每日一題 波的多解問題
高考頻度:★★★★☆
難易程度:★★★☆☆
一列簡諧橫波由質(zhì)點A向質(zhì)點B傳播,己知A、B兩點相距4 m,這列波的波長大于2 m而小于20 m。如圖甲、乙表示在波的傳播過程中A、B兩質(zhì)點的振動圖象,求波的傳播速度。
【參考答案】 m/s或 m/s
【試題解析】由振動圖象讀出T=0.4 s。分析圖象可知:t=0時,質(zhì)點A位于-y方向最大位移處,而質(zhì)點B則經(jīng)過平衡位置向-y方向運動。所以A、B間距4 m=λ,λ= m,其中n=0,1,2,…。
因為這列波的波長大于2 m而小于20 m,所以n有0、1兩個可能的取值。即λ1= m或
2、λ2= m。
因v=,所以v1= m/s或者 m/s。
【知識補給】
波的多解問題
機械波在傳播過程中在時間和空間上的周期性、傳播方向上的雙向性、質(zhì)點振動方向的不確定性等都是形成波動習題多解的原因。
一、波動圖象的周期性形成多解
a.波的空間的周期性:沿波的傳播方向,在x軸上任取一點P(x),如圖所示,P點的振動完全重復波源O的振動,只是時間上比O點要落后Δt,且Δt==T0。在同一波線上,凡坐標與P點坐標x之差為波長整數(shù)倍的許多質(zhì)點,在同一時刻t的位移都與P點的振動位移相同,其振動速度、加速度也與之相同,或者說它們的振動“相貌”完全相同。因此,在同一波線上,某一振動“相貌”勢必會
3、不斷重復出現(xiàn),這就是機械波的空間的周期性。
b.波的時間的周期性:在x軸上同一個給定的質(zhì)點,在t+nT時刻的振動情況與它在t時刻的振動情況(位移、速度、加速度等)相同。因此,在t時刻的波形,在t+nT時刻會多次重復出現(xiàn)。這就是機械波的時間的周期性。
機械波在一個周期內(nèi)不同時刻圖象的形狀是不同的,但在相隔時間為周期整數(shù)倍的不同時刻圖象的形狀則是相同的,機械波的這種周期性必然導致波的傳播距離、時間和速度等物理量有多值與之對應(yīng),即這三個物理量可分別表示為:
s=nλ+Δs
t=nT+Δt
v=s/t=(nλ+Δs)/(nT+Δt),其中n=0,1,2,…
二、波的傳播方向的雙向性形成多解
4、
雙向性是指波沿正、負方向傳播時,若正、負兩方向的傳播時間之和等于周期的整數(shù)倍,則沿正、負兩方向傳播的某一時刻波形相同。
例如:已知t時刻波形,則再經(jīng)Δt1=T時間向左傳播的波形和再經(jīng)Δt2=T時間向右傳播的波形是重合的。
三、波形的隱含性形成多解
許多波動習題往往只給出完整波形的一部分,或給出了幾個特殊點,而其余部分處于隱含狀態(tài)。這樣,一道習題就有多個圖形與之對應(yīng),從而形成多解。
a.介質(zhì)中兩質(zhì)點間的距離與波長關(guān)系未定:在波的傳播方向上,如果兩個質(zhì)點間的距離不確定,就會形成多解,學生若不能聯(lián)想到所有可能情況,則易出現(xiàn)漏解。
b.介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向未定:在波的傳播過程中,質(zhì)點振動
5、方向與傳播方向聯(lián)系,若某一質(zhì)點振動方向未確定,則波的傳播方向有兩種,這樣形成多解。
如圖所示,實線為一列簡諧橫波在t1=1.0 s的波形,虛線為它在t2=1.5 s的波形,由此可以判斷
A.質(zhì)點Q比質(zhì)點N先回到平衡位置
B.在t1=1.0 s這一時刻,波在P、Q之間的各點,運動方向一定豎直向上
C.此波的頻率可能是3 Hz或5 Hz
D.此波的波速最小值為4 m/s
一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,圖(a)是t=0時刻的波形圖,圖(b)和圖(c)分別是x軸上某兩處質(zhì)點的振動圖象。由此可知,這兩質(zhì)點平衡位置之間的距離可能是
A. m B. m
C.1
6、 m D. m
一列簡諧波沿直線傳播,該直線上平衡位置相距9 m的a,b兩質(zhì)點的振動圖象如圖所示,下列描述該波的圖象可能正確的是
A. B.
C. D.
如圖所示,甲為t=1 s時某橫波的波形圖象,乙為該波傳播方向上某一質(zhì)點的振動圖象,距該質(zhì)點Δx=0.5 m處質(zhì)點的振動圖象可能是
如圖,簡諧橫波在t時刻的波形如實線所示,經(jīng)過Δt=3 s,其波形如虛線所示。己知圖中x1與x2相距l(xiāng) m,波的周期為T,且2T<Δt<4T。則可能的最小波速為____________m/s,最小周期為_
7、___________s。
【參考答案】
CD 由于波的傳播方向不確定,則不能確定Q和N誰先回到平衡位置,也不能確定t1=1.0 s時刻,波中P、Q之間各點的運動,無論向左傳播還是向右傳播此波的周期T均滿足(k+)T=0.5 s,則周期T= s,頻率f=(2k+1) Hz,波速v=λf=(8k+4)m/s;若取k=0,1,2,3,…,則T=1,,,,…(s),f=1,3,5,7,…(Hz),v=4,12,20,28,…(m/s)。
AC 由振動圖象可知,當t=0時,質(zhì)點a處在波峰位置,質(zhì)點b處在平衡位置且向下振動,當簡諧波由a向b傳播時,有,解得可能波長為(n=0,1,2…)。當簡諧波由b向a傳播時,有,解得可能波長為(n=0,1,2…)。
A 由題意知 m, s,由乙圖知 s時在y軸負向且向下運動,滿足該條件的點有兩個,如圖所示,
無論向左傳0.5 m的圖(1),還是向右傳0.5 m的圖(2),都可確定在 s時沿波的傳播方向上據(jù)質(zhì)點該0.5 m處,質(zhì)點都在y軸正向且向下運動,滿足題意的選項只有A選項正確。