摘要:从质点的振动分析波的形成与传播

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一、选择题

1.解析:两球在最低点相碰撞后分开,有三种可能发生的情况:(1)两球以不同的速度同向运动;(2)两球以不同的速度反向运动;(3)一球静止一球运动。但是无论是何种形式的情况,由于两摆球的摆线一样长,由单摆的周期公式可知,其振动周期相同。上述三种情况下摆球都是经过半个周期时间到达最低点发生第二次碰撞。正确答案是CD。

2.解析:弹簧振子的振动周期有自身结构决定与最大形变量无关,由此可知A选项正确。

3.解析:货物在竖直方向上振动时,在最高点时,加速度方向竖直向下,且最大,货物处于失重状态,对底板的压力最小;在最低点时,加速度方向竖直向上,且最大,货物处于超重状态,对底板的压力最大。由图可知,在时,货物处于最高点,对车厢底板的压力最小;在时,货物处于最低点,对车厢底板的压力最大。所以C选项正确。

4.解析:由图可以看出,A波的波长:

B波的波长:

由波的周期性及题意可得:  TA=nTB   (n=1、2、3……)

所以:       (n=1、2、3……)

当n=1时,C正确;当n=4时,B正确;当n=6时,A正确.。因此该题正确答案是ABC。

5.解析:由波动图像可知波长λ=4m

(1)若波沿x轴正方向传播:Δx=(n +1/4)λ=(4n+1)m      n=1、2、3……

波速=(4n+1)m/s       波速可能值为1 m/s,5 m/s,9 m/s,13 m/s……

(2)若波沿x轴负方向传播

Δx=(n +3/4)λ=(4n+3)m    n=1、2、3……    波速=(4n+3)m/s   

波速可能值为3 m/s,7 m/s,11m/s,15 m/s……

由此可知波速不可能为10m/s,该题应选D 。

6.解析:碰撞后由可知,摆长不变周期不变,碰撞过程动量守恒结合可得,选项D对。

7.解析:由图像可知T=4s,A=2cm,若波沿x轴正向传播,则二者间距为,若波沿x轴负向传播,则二者间距为,所以波长为4cm只是波沿x轴正向传播的一种可能,所以BC对。

8.解析:由图像可知 而波的频率由波源决定与介质无关 故,由故v1=2v2,所以选项C正确。

9.解析:两个相干波源形成的干涉图样是稳定的,加强区永远是加强区减弱区永远是减弱区(a、b处永远是加强区,c永远是减弱区),加强区部分(如图中的a、b两点)的质点是振动的幅度加大而不会永远是波峰与波峰相遇。减弱区部分(图中c点)振动的振动的幅度减小有两列波的振幅相同时,减弱区才会出现叠加后合振幅为零,选项CD对。

10.解析:由题意 跟据波形平移法,波峰“移”至Q点时,经过的路程是0.9m。v=10m./s所需时间为0.9s。从-1处质点的起振方向可知波源的起振方向为向下,0.9s之后P点处于波谷,故选ABD。

二、填空和实验题

11.解析: 测摆长时是从悬点到球心的距离,若用粗绳,粗绳质量不能忽略,则摆长无法测定,故选B ,铅球密度大,摆动中阻力的影响相对小些,摆长的测定也相对准确,故选D. 计时使用秒表方便,故选F.测长度应准确到mm ,故选C ,本实验中不需测质量,但必须将小球悬挂,故选I 。答案  B、D、F、C、I    

12.解析: A. 要用卡尺测摆球直径d ,摆长l等于摆线长加上d/2 . B. 周期T = t /29.5,  C.g应多测量几次,然后取g的平均值作为实验的最后结果.

13.解析:在t1=0.5 s时,质点P恰好此后第二次处于波峰位置,P质点,Q点t=0时刻振动方向向下,所以t2=0.6s时,质点Q第二次通过平衡位置向上振动。t1=0.9 s时质点P位处波峰故位移为2cm。答案 0.6   2

14.答案: 8   0.2     0    10    -8

三、计算题

15.解析:⑴A=0.1 m                

                                     

 

 

 

 

16.解析: (1) A=15cm, =40cm, T=20s, f=0.05Hz  

(2) 向右。=2cm/s.    

(3)

17.解析:(1)有题意可知,t1=0时波形应为下图中的实线所示,而t2=0.1s时图线为下图中的虚线所示。若波由B向C传播,由平移法(将实线波形向右平移即为虚线波形)可知,结合可得 其中 同理,若波C向B传播,由平移法[实线波形向左平移即为虚线波形]知,结合可得其中

(2)只要预知波的传播方向就能确定质点的振动方向,因此带入的表达式在的表达式中得到,n有整数解,故波是从B向C传播的此时,,C质点经平衡位置向下振动。

 

 

 

 

【选做题】本题包括A、B、C三小题,请选定其中两题,若三题都做,则按A、B两题评分.

A.(选修模块3-3)

(1)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,则在此过程中关于气泡中的气体,下列说法中正确的是____________.(填写选项前的字母)

A.气体分子间的作用力增大                      B.气体分子的平均速率增大

C.气体分子的平均动能减小                      D.气体组成的系统的熵增加

(2)若将气泡内的气体视为理想气体,气泡从湖底上升到湖面的过程中,对外界做了0.6 J的功,则此过程中气泡____________(填“吸收”或“放出”)的热量是____________J.气泡到达湖面后,温度上升的过程中,又对外界做了0.1 J的功,同时吸收了0.3 J的热量,则此过程中,气泡内气体内能增加了____________J.

(3)已知气泡内气体的密度为1.29 kg/m3,平均摩尔质量为0.029 kg/mol.阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,取气体分子的平均直径为2×10-10m.若气泡内的气体能完全变为液体,请估算液体体积与原来气体体积的比值.(结果保留一位有效数字)

B.(选修模块3-4)

(1)如图甲所示,强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮,壮壮的飞行速度为0.5c.强强向壮壮发出一束光进行联络,则壮壮观测到该光束的传播速度为___________.(填写选项前的字母)

A.0.4c             B.0.5c             C.0.9c             D.1.0c

(2)在t=0时刻,质点A开始做简谐运动,其振动图象如图乙所示.质点A振动的周期是_________s;t=8 s时,质点A的运动沿y轴的_________方向(填“正”或“负”);质点B在波的传播方向上与A相距16 m.已知波的传播速度为2 m/s,在t=9 s时,质点B偏离平衡位置的位移是_________cm.

(3)图丙是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片,相机的镜头竖直向上.照片中,水立方运动馆的景象呈现在半径r=11 cm的圆形范围内,水面上的运动员手到脚的长度l=10 cm.若已知水的折射率,请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h.(结果保留两位有效数字)

C.(选修模块3-5)

    在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出,中微子的性质十分特别,因此在实验中很难探测.1953年,莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统,利用中微子与水中的核反应,间接地证实了中微子的存在.

(1)中微子与水中的发生核反应,产生中子()和正电子(),即

中微子+

可以判定,中微子的质量数和电荷数分别是___________.(填写选项前的字母)

A.0和0                B.0和1                C.1和0                D.1和1

(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇,与电子形成几乎静止的整体后,可以转变为两个光子(γ),即

→2γ

已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31kg,反应中产生的每个光子的能量约为________J.正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子,原因是________________________.

(3)试通过分析比较,具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小.

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【选做题】A.(1)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,则在此过程中关于气泡中的气体,
下列说法正确的是
 
.(填写选项前的字母)
(A)气体分子间的作用力增大          (B)气体分子的平均速率增大
(C)气体分子的平均动能减小          (D)气体组成的系统地熵增加
(2)若将气泡内的气体视为理想气体,气泡从湖底上升到湖面的过程中,对外界做了0.6J的功,则此过程中的气泡
 
(填“吸收”或“放出”)的热量是
 
J.气泡到达湖面后,温度上升的过程中,又对外界做了0.1J的功,同时吸收了0.3J的热量,则此过程中,气泡内气体内能增加了
 
J
(3)已知气泡内气体的密度为1.29kg/m3,平均摩尔质量为0.29kg/mol.阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,取气体分子的平均直径为2×10-10m,若气泡内的气体能完全变为液体,请估算液体体积与原来气体体积的比值.(结果保留以为有效数字)
B.(1)如图甲所示,强强乘电梯速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮,壮壮的飞行速度为0.5c,强强向壮壮发出一束光进行联络,则壮壮观测到该光束的传播速度为
 
.(填写选项前的字母)
(A)0.4c           (B)0.5c
(C)0.9c             (D)1.0c
(2)在t=0时刻,质点A开始做简谐运动,其振动图象如图乙所示.质点A振动的周期是
 
s;t=8s时,质点A的运动沿y轴的
 
方向(填“正”或“负”);质点B在波动的传播方向上与A相距16m,已知波的传播速度为2m/s,在t=9s时,质点B偏离平衡位置的位移是
 
cm
(3)图丙是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片,照相机的镜头竖直向上.照片中,水利方运动馆的景象呈限在半径r=11cm的圆型范围内,水面上的运动员手到脚的长度l=10cm,若已知水的折射率为n=
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,请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h,(结果保留两位有效数字)
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C.在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出.中微子的性质十分特别,因此在实验中很难探测.1953年,莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统,利用中微子与水中11H的核反应,间接地证实了中微子的存在.
(1)中微子与水中的11H发生核反应,产生中子(01n)和正电子(+10e),即中微子+11H→01n++10e可以判定,中微子的质量数和电荷数分别是
 
.(填写选项前的字母)
(A)0和0             (B)0和1        (C)1和 0       (D)1和1
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇,与电子形成几乎静止的整体后,可以转变为两个光子(γ),即+10e+-10e→2γ
已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31㎏,反应中产生的每个光子的能量约为
 
J.正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子,原因是
 

(3)试通过分析比较,具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小.
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