浙江省2022-2023版高中物理 第十二章 機(jī)械波 第1課時(shí) 波的形成和傳播學(xué)案 新人教版選修3-4
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1、浙江省2022-2023版高中物理 第十二章 機(jī)械波 第1課時(shí) 波的形成和傳播學(xué)案 新人教版選修3-4 [研究選考·把握考情] 知識(shí)內(nèi)容 波的形成和傳播 考試要求 加試b 教學(xué)要求 1.了解橫波、縱波的概念,知道橫波與縱波的區(qū)別 2.知道橫波的波峰和波谷;了解縱波的密部與疏部 3.知道聲波是縱波 4.了解介質(zhì)的概念,知道機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播 5.知道波傳播的是振動(dòng)形式和能量,波也可以傳播信息 6.理解橫波的形成過程 7.理解波動(dòng)和振動(dòng)的聯(lián)系和區(qū)別 說明 不要求研究縱波的形成過程 知識(shí)點(diǎn)一 波的形成和傳播 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.波:振動(dòng)的傳播稱
2、為波動(dòng),簡(jiǎn)稱波。 2.波的形成 當(dāng)手握繩端上下振動(dòng)時(shí),繩端帶動(dòng)相鄰的質(zhì)點(diǎn),使它也上下振動(dòng)。這個(gè)質(zhì)點(diǎn)又帶動(dòng)更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點(diǎn)……繩子上的質(zhì)點(diǎn)都跟著振動(dòng)起來,只是后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)遲一些開始振動(dòng),繩端這種上下振動(dòng)的狀態(tài)就沿繩子傳出去了。 3.波的傳播 波傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式。 [要 點(diǎn) 精 講] 1.各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期都與波源的振動(dòng)周期相同。 2.離波源越遠(yuǎn),質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)越滯后,但各質(zhì)點(diǎn)的起振方向與波源起振方向相同。 3.波傳播的只是振動(dòng)形式,介質(zhì)中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)只在自己平衡位置附近振動(dòng),并不隨波遷移。 【例1】 下列關(guān)于機(jī)械波的說法中,正確的是( ) A.各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡
3、位置附近振動(dòng) B.相鄰質(zhì)點(diǎn)間必有相互作用力 C.前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng),后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn) D.各質(zhì)點(diǎn)隨波的傳播而遷移 解析 振源依靠介質(zhì)中各相鄰質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力使周圍的質(zhì)點(diǎn)依次振動(dòng)起來,且后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)必定落后于前一質(zhì)點(diǎn),選項(xiàng)B、C正確; 質(zhì)點(diǎn)只在它們各自的平衡位置附近做受迫振動(dòng),它們振動(dòng)的頻率均與波源的振動(dòng)頻率相同,選項(xiàng)A正確;波在傳播過程中各質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 ABC 知識(shí)點(diǎn)二 橫波和縱波 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.橫波 (1)定義:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波。 (2)標(biāo)識(shí)性物理量 ①波峰:凸起的最高處。
4、 ②波谷:凹下的最低處。 2.縱波 (1)定義:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波。 (2)標(biāo)識(shí)性物理量 ①密部:質(zhì)點(diǎn)分布最密的位置。 ②疏部:質(zhì)點(diǎn)分布最疏的位置。 [即 學(xué) 即 練] 下列關(guān)于橫波與縱波的說法中正確的是( ) A.聲波一定是縱波 B.聲波可能是橫波 C.地震波既有橫波,也有縱波 D.橫波只能在固體中傳播,縱波既可以在固體中傳播,也可以在液體、氣體中傳播 解析 聲波不管在哪種介質(zhì)中傳播,都是縱波,因此選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;地震波既有橫波,也有縱波,且二者傳播速度不同,現(xiàn)代地震儀測(cè)震源距離就利用了這一點(diǎn);橫波只能在固體中傳播,故選項(xiàng)C、D正確。
5、 答案 ACD 知識(shí)點(diǎn)三 機(jī)械波 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.介質(zhì):波借以傳播的物質(zhì)。 2.機(jī)械波:機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播,形成了機(jī)械波。 3.介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí),介質(zhì)本身并不隨波一起傳播,傳播的只是振動(dòng)這種形式。 4.波是傳遞能量的一種方式。 5.波不但傳遞能量,而且可以傳遞信息。 [要 點(diǎn) 精 講] 1.振動(dòng)與波動(dòng)的區(qū)別 (1)研究對(duì)象不同 振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)所表現(xiàn)出的周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,波動(dòng)是大量質(zhì)點(diǎn)表現(xiàn)出的周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。 (2)運(yùn)動(dòng)成因不同 振動(dòng)是質(zhì)點(diǎn)由于某種原因離開平衡位置,同時(shí)受到指向平衡位置的力——回復(fù)力的作用。波動(dòng)是由于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)受到相鄰質(zhì)點(diǎn)的帶動(dòng)而隨著
6、運(yùn)動(dòng),并將振動(dòng)形式由近及遠(yuǎn)傳播開去,各質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用的彈力,各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都受到回復(fù)力作用。 (3)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng),在同一介質(zhì)中波動(dòng)的傳播速度不變。 2.振動(dòng)與波動(dòng)的聯(lián)系 (1)振動(dòng)是波動(dòng)的起因,波是振動(dòng)的傳播; (2)有波動(dòng)一定有振動(dòng),有振動(dòng)不一定有波動(dòng); (3)波動(dòng)的周期等于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期,波動(dòng)和振動(dòng)都是周期性運(yùn)動(dòng)。 【例2】 關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系,下列說法中正確的是( ) A.振動(dòng)是波的成因,波是振動(dòng)的傳播 B.振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,波是許多質(zhì)點(diǎn)聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象 C.波的傳播速度就是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度 D.波源停止振動(dòng)時(shí),波立即停止
7、傳播 解析 機(jī)械波的產(chǎn)生條件是有波源和介質(zhì)。由于介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)之間相互作用,一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)由近及遠(yuǎn)傳播而形成波,所以選項(xiàng)A、B正確; 波的傳播速度是波形由波源向外伸展的速度,在均勻介質(zhì)中其速度大小不變; 而質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度和方向都隨時(shí)間周期性地發(fā)生變化,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;波源一旦將振動(dòng)傳給了介質(zhì),振動(dòng)就會(huì)在介質(zhì)中向遠(yuǎn)處傳播; 當(dāng)波源停止振動(dòng)時(shí),介質(zhì)仍然繼續(xù)傳播波源振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式,不會(huì)隨波源停止振動(dòng)而停止傳播,即波不會(huì)停止傳播,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 AB 1.在平靜的湖面上漂著一塊小木條,現(xiàn)向湖中央扔一石子,圓形波紋一圈圈的向外傳播,當(dāng)波傳播到小木條處時(shí),小木條將( ) A.
8、隨波紋漂向湖岸 B.在原來位置不動(dòng) C.向波源處漂動(dòng) D.在原來位置上下振動(dòng) 解析 介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時(shí),介質(zhì)本身并不隨波一起傳播,介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)只在自己的平衡位置附近振動(dòng),向外傳播的只是振動(dòng)形式和能量,生活中,水面上的一些漂浮物會(huì)沿波向外移動(dòng),是因?yàn)橥饨缌硗庖恍┮蛩氐母蓴_,如風(fēng)的吹動(dòng)等,故D正確。 答案 D 2.有關(guān)縱波與橫波,下列說法正確的是( ) A.振源上下振動(dòng)形成的波是橫波 B.振源水平振動(dòng)形成的波是縱波 C.波沿水平方向傳播質(zhì)點(diǎn)上下振動(dòng),這類波是橫波 D.質(zhì)點(diǎn)沿水平方向振動(dòng),波沿水平方向傳播,這類波是縱波 解析 不論振源沿水平方向振動(dòng),還是豎直方向振動(dòng),只
9、要振動(dòng)方向與波傳播方向垂直,則為橫波;若振動(dòng)方向與波傳播方向在一條直線上則為縱波。 答案 C 3.下列有關(guān)機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波的說法中正確的是( ) A.某物體做機(jī)械振動(dòng),它周圍的介質(zhì)中就一定產(chǎn)生機(jī)械波 B.波源停止振動(dòng)后,已形成的機(jī)械波仍能在介質(zhì)中繼續(xù)傳播 C.機(jī)械波傳播的只是機(jī)械振動(dòng)的形式和能量,參與波動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移 D.振動(dòng)是變速的,波動(dòng)是勻速的 解析 機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成機(jī)械波,選項(xiàng)A正確;由于機(jī)械波已在介質(zhì)中形成,當(dāng)波源停止振動(dòng),已振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)又形成新的波源,使機(jī)械波仍在介質(zhì)中傳播,選項(xiàng)B正確;由機(jī)械波的傳播特點(diǎn)可知,選項(xiàng)C正確;波只有在同種均勻介質(zhì)中才會(huì)勻速傳
10、播,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 ABC 4.如圖1所示是某繩波形成過程的示意圖,1,2,3,4……為繩上的一系列等間距的質(zhì)點(diǎn),繩處于水平方向。質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)2,3,4……各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng),把振動(dòng)從繩的左端傳到右端,t=0時(shí)質(zhì)點(diǎn)1開始豎直向上運(yùn)動(dòng),經(jīng)過四分之一周期,質(zhì)點(diǎn)5開始運(yùn)動(dòng)。下列判斷正確的是( ) 圖1 A.質(zhì)點(diǎn)6開始振動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向向下 B.t=時(shí)質(zhì)點(diǎn)6的速度方向向下 C.t=時(shí)質(zhì)點(diǎn)10的運(yùn)動(dòng)方向向上 D.t=T時(shí)質(zhì)點(diǎn)16開始運(yùn)動(dòng) 解析 介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)方向和波源開始振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)方向相同,A錯(cuò)誤;經(jīng)過t=質(zhì)點(diǎn)1回到平衡位置,質(zhì)點(diǎn)
11、9開始向上振動(dòng),質(zhì)點(diǎn)5振動(dòng)到正的最大位移處,根據(jù)帶動(dòng)法可知,質(zhì)點(diǎn)6在平衡位置上方向上振動(dòng),即速度的方向向上,B錯(cuò)誤;t=時(shí)質(zhì)點(diǎn)1振動(dòng)到負(fù)的最大位移處,質(zhì)點(diǎn)9振動(dòng)到正的最大位移處,質(zhì)點(diǎn)13開始振動(dòng),5~13 之間的質(zhì)點(diǎn)在平衡位置上方,9~13之間的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向都向上,C正確;t=T時(shí)質(zhì)點(diǎn)17開始運(yùn)動(dòng),D錯(cuò)誤。 答案 C 選擇題(在每小題給出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的。) 1.機(jī)械波傳播的是( ) A.介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn) B.質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式 C.能量 D.信息 答案 BCD 2.關(guān)于機(jī)械波的說法正確的是( ) A.相鄰的質(zhì)點(diǎn)要相互做功 B.縱波的質(zhì)點(diǎn)
12、可以隨波遷移,而橫波的質(zhì)點(diǎn)不能 C.波源開始時(shí)怎樣振動(dòng),其他質(zhì)點(diǎn)開始時(shí)就怎樣振動(dòng) D.波中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率是相同的 解析 機(jī)械波是由于介質(zhì)中前面的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn),使波源的振動(dòng)形式與波源的能量向遠(yuǎn)處傳播而形成的,前后質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用力,因而相互做功,故A正確;波傳播過程中,各質(zhì)點(diǎn)只能在各自的平衡位置附近振動(dòng),質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移,因此B錯(cuò);每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都是由波源帶動(dòng)依次振動(dòng),每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng),每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的頻率都與波源頻率相同,并且都“仿照”波源振動(dòng),故C、D正確。 答案 ACD 3.在敲響古剎里的大鐘時(shí),有的同學(xué)發(fā)現(xiàn),停止對(duì)大鐘的撞擊后,大鐘仍“余音未絕”,分析其原因是( ) A.大鐘
13、的回聲 B.大鐘在繼續(xù)振動(dòng),空氣中繼續(xù)形成聲波 C.人的聽覺發(fā)生“暫留”的緣故 D.大鐘雖停止振動(dòng),但空氣仍在振動(dòng) 解析 停止對(duì)大鐘的撞擊后,大鐘的振動(dòng)不會(huì)立即停止,振動(dòng)的能量不會(huì)立即消失,大鐘做阻尼振動(dòng)一段時(shí)間,因此還會(huì)在空氣中形成聲波,這就是余音未絕的原因,所以選項(xiàng)B正確。 答案 B 4.科學(xué)探測(cè)表明,月球表面無大氣層,也沒有水,更沒有任何生命存在的痕跡,在月球上,兩宇航員面對(duì)面講話也無法聽到,這是因?yàn)? ) A.月球太冷,聲音傳播太慢 B.月球上沒有空氣,聲音無法傳播 C.宇航員不適應(yīng)月球,聲音太輕 D.月球上太嘈雜,聲音聽不清楚 答案 B 5.一列機(jī)械橫波某時(shí)
14、刻的波形如圖1所示,則關(guān)于質(zhì)點(diǎn)A的受力,下列說法正確的是( ) 圖1 A.如果波向右傳播,則質(zhì)點(diǎn)A受到向上的作用力 B.如果波向右傳播,則質(zhì)點(diǎn)A受到向下的作用力 C.如果波向左傳播,則質(zhì)點(diǎn)A受到向上的作用力 D.如果波向左傳播,則質(zhì)點(diǎn)A受到向下的作用力 解析 無論波向右或向左傳播,回復(fù)力始終指向平衡位置,質(zhì)點(diǎn)A的回復(fù)力是由相鄰質(zhì)點(diǎn)對(duì)A的作用力提供的,故B、D正確。 答案 BD 6.以下對(duì)機(jī)械波的認(rèn)識(shí)正確的是( ) A.形成機(jī)械波一定要有波源和介質(zhì) B.波源做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)形成的波中,各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況完全相同 C.橫波向右傳播時(shí),處于波峰的質(zhì)點(diǎn)也向右遷移 D.機(jī)械波向右
15、傳播時(shí),右方的質(zhì)點(diǎn)比左方的質(zhì)點(diǎn)早一些振動(dòng) 解析 波源和介質(zhì)是形成機(jī)械波的兩個(gè)必不可少的條件,故A正確;簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)形成的波在介質(zhì)中傳播時(shí),介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),沿波的傳播方向上,后面的質(zhì)點(diǎn)比前面的質(zhì)點(diǎn)總要晚一些開始振動(dòng),但質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波的傳播而發(fā)生遷移,而且各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)不一致,故B、C、D均錯(cuò)。 答案 A 7.關(guān)于機(jī)械波和機(jī)械振動(dòng)的下列說法正確的是( ) A.機(jī)械振動(dòng)就是機(jī)械波,機(jī)械波就是機(jī)械振動(dòng) B.有機(jī)械波,則一定有機(jī)械振動(dòng) C.機(jī)械波就是質(zhì)點(diǎn)在介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)路徑 D.在波的傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都有相同的振動(dòng)頻率和振幅 解析 機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播即機(jī)械波,A錯(cuò)誤;波的
16、形成有兩個(gè)條件,一是要有波源,二是要有介質(zhì),所以,有機(jī)械波一定有機(jī)械振動(dòng),B正確;在波的形成和傳播過程中,各質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移,C錯(cuò)誤;離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)靠前面質(zhì)點(diǎn)的帶動(dòng),所以頻率、振幅相同,D正確。 答案 BD 8.關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系,下列說法正確的是( ) A.如果波源停止振動(dòng),已經(jīng)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)將繼續(xù)振動(dòng),未振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)則不會(huì)振動(dòng) B.發(fā)聲體在振動(dòng)時(shí),一定會(huì)產(chǎn)生聲波 C.機(jī)械波是質(zhì)點(diǎn)隨波遷移,也是振動(dòng)能量的傳遞 D.波動(dòng)的過程是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)形式及能量由近及遠(yuǎn)的傳播過程 答案 D 9.如圖2所示為波沿一條固定的繩子向右剛傳播到B點(diǎn)時(shí)的波形,由圖可判斷A點(diǎn)剛開始的振動(dòng)方向是( )
17、 圖2 A.向左 B.向右 C.向下 D.向上 解析 根據(jù)帶動(dòng)法可知B點(diǎn)要向上振動(dòng),且所有點(diǎn)的起振方向都相同,所以D正確。 答案 D 10.一列波在介質(zhì)中向某一方向傳播,圖3為此波在某一時(shí)刻的波形圖,并且此時(shí)振動(dòng)還只發(fā)生在M、N之間,已知此波的周期為T,Q質(zhì)點(diǎn)速度方向在波形圖中是向下的,下面說法中正確的是( ) 圖3 A.波源是M,由波源起振開始計(jì)時(shí),P質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)時(shí)間T B.波源是N,由波源起振開始計(jì)時(shí),P質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)時(shí)間 C.波源是N,由波源起振開始計(jì)時(shí),P質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)時(shí)間 D.波源是M,由波源起振開始計(jì)時(shí),P質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)時(shí)間 解析 由于此時(shí)Q
18、質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng),且Q質(zhì)點(diǎn)右方鄰近質(zhì)點(diǎn)在Q質(zhì)點(diǎn)下方,則波向左傳播,N是波源.振動(dòng)從N點(diǎn)傳播到M點(diǎn),經(jīng)過一個(gè)周期,又因從波源N起振開始計(jì)時(shí),需經(jīng)T,P質(zhì)點(diǎn)才開始起振,故P質(zhì)點(diǎn)已振動(dòng)了,選項(xiàng)C正確。 答案 C 11.如圖4所示為一列沿x軸負(fù)方向傳播的機(jī)械波在某一時(shí)刻的波形圖,下列說法中正確的是( ) 圖4 A.該時(shí)刻a點(diǎn)和d點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)位移相同,加速度相反 B.該時(shí)刻b點(diǎn)和c點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)位移相同,速度方向也相同 C.質(zhì)點(diǎn)b比質(zhì)點(diǎn)c先回到平衡位置 D.質(zhì)點(diǎn)a比質(zhì)點(diǎn)d先回到平衡位置 解析 該時(shí)刻a點(diǎn)和d點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)位移相同,加速度方向均指向y軸正向,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;該時(shí)刻b點(diǎn)和c點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)位移相
19、同,b點(diǎn)速度方向向上,c點(diǎn)速度方向向下,故質(zhì)點(diǎn)c比質(zhì)點(diǎn)b先回到平衡位置,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)方向向上,質(zhì)點(diǎn)d振動(dòng)方向向下,故質(zhì)點(diǎn)a比質(zhì)點(diǎn)d先回到平衡位置,選項(xiàng)D正確。 答案 D 12.一列橫波沿繩子向右傳播,某時(shí)刻繩子形成如圖5所示的凹凸形狀,對(duì)此時(shí)繩上A、B、C、D、E、F 6個(gè)質(zhì)點(diǎn),有( ) 圖5 A.它們的振幅相同 B.其中D和F的速度方向相同 C.其中A和C的速度方向相同 D.從此時(shí)起,B比C先回到平衡位置 解析 各質(zhì)點(diǎn)先后到達(dá)波峰或波谷處,振幅相同,A正確;由于各質(zhì)點(diǎn)都要“尾隨”前邊質(zhì)點(diǎn)振動(dòng),在波向右傳播時(shí),質(zhì)點(diǎn)D向上振動(dòng),質(zhì)點(diǎn)F向下振動(dòng),二者雖然速度大小相同,但方向不同,B錯(cuò)誤;同理可知A向下運(yùn)動(dòng),C向上運(yùn)動(dòng),二者速度方向相反,C錯(cuò)誤;從此時(shí)起,B和C均向上振動(dòng),顯然B先到達(dá)波峰,先回到平衡位置,D正確。 答案 AD
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