| 振动图像和波动图像综合 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选修3-4

第十二章 机械波

12.2 波的图像

振动图像和波动图像综合

“地震预警”是指在地震发生后,抢在地震波传播到受灾地区前,向受灾地区提前几秒至数十秒发出警报,通知目标区域从而实现预警。地震监测站监测到一列地震横波,某时刻的波形图如图甲所示,已知$P$点是平衡位置在$x=0$处的质点,$Q$点的平衡位置坐标为$x=15\;\rm m$,以此时刻做为计时起点,质点$Q$振动的$a-t$图像如图乙所示。则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

质点$P$沿$y$轴正方向运动

","

地震横波的传播波速为$9\\;\\rm m/s$

","

$t=5\\;\\rm s$时,质点$Q$振动到波谷

","

$0\\sim 5\\;\\rm s$的时间内,质点$P$所走的路程小于$50\\;\\rm cm$

"]
[["BD"]]

$\rm A$.质点$Q$振动的$a-t$图像如图乙所示的周期为$4\;\rm s$,根据回复力$F=−kx$,结合甲图振幅为$10\;\rm cm$,可得质点$Q$振动图像如图所示

由振动图像可知,$t=0$时刻质点$Q$沿$y$轴正方向运动,根据同侧法(质点的振动方向和波的传播方向在波的同一侧)判断地震横波沿$x$轴负方向传播,故$t=0$时刻,根据同侧法质点$P$沿$y$轴负方向运动,故$\rm A$错误;

$\rm B$.由图甲可知$\dfrac{5}{12}\lambda=15\;\rm \text{m}$

解得$\lambda=36\;\rm m$

由图乙可知$T=4\;\rm s$

故地震横波的传播波速为$v=\dfrac{\lambda}{T}=\dfrac{36{\;\rm m}}{4\;\rm {s}}=9\;\rm {m/s}$,故$\rm B$正确;

$\rm C$$t=5\;\rm s$时,质点$Q$的加速度为$y$轴负方向最大值,根据牛顿第二定律,回复力也为$y$轴负向最大值,根据$F=−kx$,质点$Q$位移为$y$轴正向的最大值,故质点$Q$振动到波峰,故$\rm C$错误;

$\rm D$.因为振幅$A=10\;\rm cm$,周期$T=4\;\rm s$,则一个周期内,质点运动的路程为

$4A=40\;\rm cm$,而时间$\Delta t=5{\;\rm s}=\left (1+\dfrac{1}{4}\right )T$

$t=0\;\rm s$$P$点向下振动,则在经过一个周期后$P$的速度正在减小,在此后$\dfrac{T}{4}$的时间内其路程小于$10\;\rm cm$,故$0\sim 5\;\rm s$的时间内,质点$P$所走的路程小于$50\;\rm cm$,故$\rm D$正确。

故选:$\rm BD$

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