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(共56張PPT)
復(fù)習(xí)任務(wù)群一
現(xiàn)代文閱讀Ⅰ
把握共性之“新”　打通應(yīng)考之“脈”
第3章 機(jī)械波
章末綜合提升
鞏固層·知識整合
提升層·主題探究
主題1　有關(guān)機(jī)械波的概念和規(guī)律辨析
1．機(jī)械波形成過程
當(dāng)手握繩端上下振動時，繩端帶動相鄰的質(zhì)點(diǎn)，使它也上下振動，這個質(zhì)點(diǎn)又帶動更遠(yuǎn)一些的質(zhì)點(diǎn)……繩子上的質(zhì)點(diǎn)都跟著振動起來，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。
2．機(jī)械波的特點(diǎn)
介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時，介質(zhì)本身并不隨波遷移，機(jī)械波傳播的只是振動這種運(yùn)動形式。
3．波的圖像：簡諧波的圖像是正弦曲線，波的圖像描述的是某一時刻介質(zhì)中各個質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移情況。
4．波的反射和折射
(1)反射現(xiàn)象：波的一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)表面時，返回原來介質(zhì)傳播的現(xiàn)象。
(2)折射現(xiàn)象：波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，波的傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象。
5．波的衍射
當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差不大，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。
6．波的疊加原理
幾列波相遇時能夠保持各自的運(yùn)動特征，繼續(xù)傳播，在它們相遇的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時參加相遇的波列的振動，質(zhì)點(diǎn)的位移等于相遇波列單獨(dú)存在時引起的位移的矢量和。
7．波的干涉
(1)現(xiàn)象：兩列波相遇后，水面上出現(xiàn)了一條條相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域，這兩類區(qū)域在水面上的位置是穩(wěn)定不變的。
(2)干涉圖樣：波的干涉中所形成的穩(wěn)定圖樣。
(3)干涉條件：兩列波的頻率相同，振動方向相同，兩波源的相位差必須保持不變。
8．多普勒效應(yīng)：由于波源與觀察者之間有相對運(yùn)動，使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。
√
√
【典例1】　(雙選)下列關(guān)于機(jī)械波的概念的說法正確的是(　　)
A．質(zhì)點(diǎn)振動的方向總是垂直于波傳播的方向
B．橫波和縱波可同時存在于介質(zhì)中
C．機(jī)械波傳播的不僅僅是運(yùn)動形式，還傳播能量和信息
D．橫波中質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移，縱波中質(zhì)點(diǎn)隨波遷移
BC　[機(jī)械波包括橫波和縱波，橫波中質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向垂直，縱波中質(zhì)點(diǎn)振動方向和波的傳播方向在同一直線上，A錯誤；振動質(zhì)點(diǎn)只是在平衡位置附近振動，都不隨波遷移，D錯誤；橫波和縱波可以同時在介質(zhì)中傳播，它們傳播運(yùn)動形式的同時還傳播能量和信息，B、C正確。]
【典例2】　漁船常用回聲探測器發(fā)射的聲波探測水下魚群與障礙物。聲波在水中傳播速度為1 500 m/s，若探測器發(fā)出頻率為1.5×106 Hz的聲波，下列說法正確的是(　　)
A．兩列聲波相遇時一定會發(fā)生干涉
B．聲波由水中傳播到空氣中，波長會改變
C．該聲波遇到尺寸約為1 m的被探測物時會發(fā)生明顯的衍射
D．探測器接收到的回聲頻率與被探測物相對探測器運(yùn)動的速度無關(guān)
√
B　[根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，探測器接收到的回聲頻率與被探測物相對探測器運(yùn)動的速度有關(guān)，而兩列聲波發(fā)生干涉的條件之一是頻率相等，所以兩列聲波相遇時不一定發(fā)生干涉，故A、D錯誤；聲波由水中傳播到空氣中時，聲波的波速發(fā)生變化，所以波長會發(fā)生改變，故B正確；根據(jù)波長的計算公式可得λ＝＝ m＝1×10-3 m，當(dāng)該聲波遇到尺寸約為1 m的被探測物時不會發(fā)生明顯的衍射，故C錯誤。故選B。]
主題2　波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動方向的關(guān)系
判斷質(zhì)點(diǎn)振動方向的方法
圖像 方法
(1)微平移法：沿波的傳播方向?qū)⒉ǖ膱D像進(jìn)行一微小平移，然后由兩條波形曲線來判斷。例如：波沿x軸正方向傳播，t時刻波形曲線如圖中實(shí)線所示，將其沿v的方向移動一微小距離Δx，獲得如圖中虛線所示的圖線。
可以判定：t時刻質(zhì)點(diǎn)A振動方向向下，質(zhì)點(diǎn)B振動方向向上，質(zhì)點(diǎn)C振動方向向下。
圖像 方法
(2)“上下坡”法：沿著波的傳播方向看，上坡的點(diǎn)向下振動，下坡的點(diǎn)向上振動。即“上坡下、下坡上”。
例如：圖中A點(diǎn)向上振動，B點(diǎn)向下振動，C點(diǎn)向上振動。
圖像 方法
(3)逆向描跡法：逆著波的傳播方向用鉛筆描波形曲線，筆頭向上動，質(zhì)點(diǎn)的振動方向向上，筆頭向下動，質(zhì)點(diǎn)的振動方向就向下。
(4)同側(cè)法：質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向在波的圖像的同一側(cè)。如圖所示。
【典例3】　一列沿x軸正方向傳播的簡諧機(jī)械橫波，波速為4 m/s。某時刻波形如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．這列波的振幅為4 cm
B．這列波的周期為1 s
C．此時x＝4 m處質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動
D．此時x＝4 m處質(zhì)點(diǎn)的加速度為0
√
D　[由題圖可得，這列波的振幅為2 cm，A錯誤；由題圖得，波長λ＝8 m，由T＝得T＝2 s，B錯誤；由波動與振動的關(guān)系得，此時x＝4 m處質(zhì)點(diǎn)沿y軸正方向運(yùn)動，且此質(zhì)點(diǎn)正處在平衡位置，故加速度a＝0，C錯誤，D正確。]
主題3　波的圖像與振動圖像的綜合應(yīng)用
求解波的圖像與振動圖像綜合類問題可采用“一分、一看、二找”的方法。
(1)分清振動圖像與波的圖像。此問題最簡單，只要看清橫坐標(biāo)即可，橫坐標(biāo)為x則為波的圖像，橫坐標(biāo)為t則為振動圖像。
(2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位，尤其要注意單位前的數(shù)量級。
(3)找準(zhǔn)波的圖像對應(yīng)的時刻。
(4)找準(zhǔn)振動圖像對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)。
【典例4】　(雙選)如圖甲所示為一列簡諧橫波在t＝0.10 s時刻的波形圖，P是平衡位置為x＝1 m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置為x＝4 m處的質(zhì)點(diǎn)，圖乙為質(zhì)點(diǎn)Q的振動圖像，則(　　)
甲　　　　　　　　　　　乙
A．t＝0.15 s時，質(zhì)點(diǎn)Q的加速度達(dá)到正向最大
B．t＝0.15 s時，質(zhì)點(diǎn)P的運(yùn)動方向沿y軸負(fù)方向
C．從t＝0.10 s到t＝0.25 s，該波沿x軸正方向傳播了6 m
D．從t＝0.10 s到t＝0.25 s，質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為30 cm
√
√
AB　[由題圖乙可知，t＝0.15 s時，質(zhì)點(diǎn)Q在負(fù)向最大位移處，加速度達(dá)到正向最大，故A對；t＝0.10 s時，Q點(diǎn)正向y軸的負(fù)向運(yùn)動，則知波沿x軸負(fù)方向傳播，此時P點(diǎn)沿y軸向正向最大位移處運(yùn)動。t＝0.15 s 時，即經(jīng)過Δt＝0.05 s＝，P點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動，故B對；從0.10 s到0.25 s，在Δt＝0.15 s＝T內(nèi)，波沿x軸負(fù)方向傳播了λ＝6 m。在t＝0.10 s時，質(zhì)點(diǎn)P處在平衡位置和最大位移處之間，經(jīng)過T時，通過的路程不等于3倍振幅，故C、D錯。]
一語通關(guān)　在波動圖像與振動圖像相互轉(zhuǎn)換的問題上，關(guān)鍵是明確表示波動和振動的物理量，如λ，v，T，A，f等，以及質(zhì)點(diǎn)的振動方向，只有這樣才能順利解決問題。
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√
章末綜合測評(三)　機(jī)械波
13
(滿分：100分)
一、單項選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個選項中，只有一項符合題目要求)
1．一列聲波從空氣傳入水中，已知水中聲速較大，則(　　)
A．聲波頻率不變，波長變小
B．聲波頻率不變，波長變大
C．聲波頻率變小，波長變大
D．聲波頻率變大，波長不變
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B　[由于波的頻率由波源決定，因此波無論在空氣中還是在水中頻率都不變，C、D錯；又因波在水中速度較大，由公式v＝λf可得，波在水中的波長變大，故A錯，B對。]
√
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2．如圖所示，實(shí)線為一列橫波某時刻的波形圖像，這列波的傳播速度為0.25 m/s，經(jīng)過時間1 s后的波形為虛線所示。那么這列波的傳播方向與這段時間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P(x＝0.1 m處)所通過的路程是(　　)
A．向左，10 cm　　　　　　 B．向右，30 cm
C．向左，50 cm　　 D．向右，70 cm
C　[波的傳播距離x＝vt＝0.25 m＝λ，故波向左傳播，P所通過的路程為5倍振幅，即50 cm，C正確。]
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3．如圖所示，一列簡諧橫波向右傳播，P、Q兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置相距0.15 m。當(dāng)P運(yùn)動到上方最大位移處時，Q剛好運(yùn)動到下方最大位移處，則這列波的波長可能是(　　)
A．0.60 m　　　　 B．0.30 m
C．0.20 m　　 D．0.15 m
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B　[可以畫出PQ之間的最簡單的波形，如圖所示，由于P、Q之間可以含有多個完整的波形，則xPQ＝λ(n＝0，1，2，…)，整理可以得到λ＝(n＝0，1，2，…)，當(dāng)n＝0時，λ＝0.3 m，當(dāng)n＝1時，λ＝0.1 m，故選項B正確，A、C、D錯誤。]
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4．如圖(a)所示，在均勻介質(zhì)中有A、B、C和D四點(diǎn)，其中A、B、C三點(diǎn)位于同一直線上，AC＝BC＝4 m，DC＝3 m，DC垂直AB。t＝0時，位于A、B、C處的三個完全相同的橫波波源同時開始振動，振動圖像均如圖(b)所示，振動方向與平面ABD垂直，已知波長為4 m。下列說法正確的是(　　)
A．這三列波的波速均為2 m/s
B．t＝2 s時，D處的質(zhì)點(diǎn)開始振動
C．t＝4.5 s時，D處的質(zhì)點(diǎn)向y軸負(fù)方向運(yùn)動
D．t＝6 s時，D處的質(zhì)點(diǎn)與平衡位置的距離是6 cm
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C　[由題圖(b)的振動圖像可知，振動的周期為4 s，故三列波的波速為v＝＝＝1 m/s，A錯誤；由題圖(a)可知，D處距離波源最近的距離為3 m，故開始振動后波源C處的橫波傳播到D處所需的時間為tC＝＝ s＝3 s，故t＝2 s時，D處的質(zhì)點(diǎn)還未開始振動，B錯誤；由幾何關(guān)系可知AD＝BD＝5 m，波源A、B產(chǎn)生的橫波傳播到D處所需的時間為tAB＝＝ s＝5 s，故t＝4.5 s時，僅波源C處的橫波傳播
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到了D處，此時D處的質(zhì)點(diǎn)振動時間為t1＝t－tC＝1.5 s，由振動圖像可知此時D處的質(zhì)點(diǎn)向y軸負(fù)方向運(yùn)動，C正確；t＝6 s時，波源C處的橫波傳播到D處后振動時間為t2＝t－tC＝3 s，由振動圖像可知此時D處為波源C處傳播橫波的波谷；t＝6 s時，波源A、B處的橫波傳播到D處后振動時間為t3＝t－tAB＝1 s，由振動圖像可知此時D處為波源A、B處傳播橫波的波峰。根據(jù)波的疊加原理可知此時D處質(zhì)點(diǎn)的位移為y＝2A－A＝2 cm，故t＝6 s時，D處的質(zhì)點(diǎn)與平衡位置的距離是2 cm，D錯誤。故選C。]
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二、雙項選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分。在每小題給出的四個選項中，有兩項符合題目要求，全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)
5．如圖所示表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源P做勻速運(yùn)動的情況，圖中圓表示波峰，已知波源的頻率為f0，則下列說法正確的是(　　)
A．觀察者在圖中A點(diǎn)接收波的頻率是定值，但大于f0
B．觀察者在圖中A點(diǎn)接收波的頻率是定值，但小于f0
C．觀察者在圖中B點(diǎn)接收波的頻率是定值，但大于f0
D．觀察者在圖中B點(diǎn)接收波的頻率是定值，但小于f0
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BC　[當(dāng)波源和觀察者間距變大，觀察者接收到的頻率一定比波源的頻率低，故其頻率小于f0；當(dāng)波源和觀察者間距變小，觀察者接收到的頻率一定比波源的頻率高，故其頻率大于f0，故A、D錯誤，B、C正確。]
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6．如圖所示為在同一繩上相向傳播的甲、乙兩列簡諧橫波某時刻的波形圖，其中a、b是甲波上的兩個點(diǎn)。下列說法正確的是(　　)
A．這兩列波相遇時能發(fā)生干涉現(xiàn)象
B．甲波的速度v甲和乙波的速度v乙相等
C．質(zhì)點(diǎn)a比質(zhì)點(diǎn)b先回到平衡位置
D．若v甲＝20 m/s，再經(jīng)t＝0.15 s，位于原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)位移是10 cm
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BD　[波速是由介質(zhì)決定的，可知兩列波的波速相等，根據(jù)相鄰波峰或波谷間的距離等于波長，由題圖可知，甲波的波長比乙波的大，由波速公式v＝λf知，兩波的頻率不等，不能發(fā)生干涉現(xiàn)象，故A錯誤，B正確；甲波向右傳播，由“上下坡法”可知，此時質(zhì)點(diǎn)a正向上運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)b正向下運(yùn)動，所以質(zhì)點(diǎn)a比質(zhì)點(diǎn)b后回到平衡位置，故C錯誤；若v甲＝20 m/s，則v乙＝20 m/s，則再經(jīng)t＝0.15 s，兩列波分別傳播x＝vt＝3 m，此時由甲波在坐標(biāo)原點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)引起的位移為10 cm，乙波在坐標(biāo)原點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)引起的位移為0，則此時位于原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)位移是10 cm，D正確。]
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7．如圖所示，一列簡諧橫波在x軸上傳播。圖甲和乙分別是在x軸上a、b兩質(zhì)點(diǎn)的振動圖像，且xab＝6 m。下列判斷正確的是(　　)
A．波一定沿x軸正方向傳播
B．波長可能是8 m
C．波速一定是6 m/s
D．波速可能是2 m/s
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甲　　　　　　　　　　乙
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BD　[波的傳播方向可能向＋x或－x方向傳播，A錯；ab之間的距離可能是λ(n＝0，1，2，…)或λ(n＝0，1，2，…)，周期為 4 s，波長可能為8 m，波速可能為2 m/s，C錯，B、D對。]
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8．一列簡諧橫波沿x軸傳播，如圖所示，實(shí)線為t1＝2 s時的波形圖，虛線為t2＝5 s時的波形圖。以下關(guān)于平衡位置在O處質(zhì)點(diǎn)的振動圖像，可能正確的是(　　)
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A．
B．
C．
D．
√
√
AC　[波的傳播方向不確定，所以需要考慮波傳播方向的不確定性。若波沿x軸正方向傳播，在t1＝2 s時O點(diǎn)振動方向豎直向上，則傳播時間Δt＝t2－t1＝3 s滿足Δt＝T＋nT(n＝0，1，2，3，…)，解得T＝ s(n＝0，1，2，3，…)，當(dāng)n＝0時，解得周期T＝4 s，A正確，B錯誤；若波沿x軸負(fù)方向傳播，在t2＝5 s時O點(diǎn)處于波谷，則Δt＝T＋nT(n＝0，1，2，3，…)，解得T＝ s(n＝0，1，2，3，…)，當(dāng)n＝0時，解得周期T＝12 s，C正確，D錯誤。]
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三、非選擇題(共60分，其中9、10為填空題，11、12、13題為計算題)
9．如圖所示是一列橫波在某一時刻的波形圖，若波沿x軸正方向傳播，則：
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(1)質(zhì)點(diǎn)A____________振動，質(zhì)點(diǎn)C____________振動(選填“向上”或“向下”)。
(2)再經(jīng)過T，質(zhì)點(diǎn)A通過的路程是____________cm，質(zhì)點(diǎn)C的位移是____________cm。
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向上
向下
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2
[解析]　(1)由“帶動看齊法”(或“上下坡法”)知，波沿x軸正方向傳播時，質(zhì)點(diǎn)A向上振動，質(zhì)點(diǎn)C向下振動。
(2)再經(jīng)過T，質(zhì)點(diǎn)A通過的路程為3A＝3×2 cm＝6 cm；質(zhì)點(diǎn)C到達(dá)正向最大位移處，即C的位移是2 cm，方向沿y軸正方向。
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10．如圖(a)所示，在xy平面內(nèi)有兩個沿z方向做簡諧運(yùn)動的點(diǎn)波源S1(0，4)和S2(0，－2)。兩波源的振動圖線分別如圖(b)和圖(c)所示。兩列波的波速均為1.00 m/s。兩列波從波源傳播到點(diǎn)A(8，－2)的路程差為_______m，兩列波引起的點(diǎn)B(4，1)處質(zhì)點(diǎn)的振動相互____________(選填“加強(qiáng)”或“減弱”)，點(diǎn)C(0，0.5)處質(zhì)點(diǎn)的振動相互____________(選填“加強(qiáng)”或“減弱”)。
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(a)
(b)　　　　　　　(c)
2
減弱
加強(qiáng)
[解析]　波長λ＝vT＝2 m，兩列波的波長相等
兩波源到A點(diǎn)的路程差
Δx＝ m－8 m＝2 m
兩波源到B點(diǎn)的路程差
Δx′＝ m－ m＝0
初相相差π，B點(diǎn)為振動減弱點(diǎn)
兩波源到C點(diǎn)的路程差Δx″＝3.5 m－2.5 m＝1 m＝，初相相差π，C點(diǎn)為振動加強(qiáng)點(diǎn)。
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11．位于坐標(biāo)原點(diǎn)的波源S不斷地產(chǎn)生一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波速v＝40 m/s，已知t＝0時刻波剛好傳播到x＝13 m處，部分波形圖如圖甲所示。根據(jù)以上條件，求：
(1)求波長λ和周期T；
(2)從圖示時刻開始計時，x＝2 019 m處的質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波峰需要多長時間？
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(3)在圖乙中畫出t＝1.25 s時，從波源到x＝10 m處所有質(zhì)點(diǎn)形成的波形。
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甲　　　　　　　　　　　乙
[解析]　(1)由波形圖可知：λ＝8 m，則
T＝＝ s＝0.2 s。
(2)從圖示時刻開始計時，x＝2 019 m處的質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波峰，則只需t＝0時刻x＝11 m處的波峰傳到x＝2 019 m處，需要的時間t＝＝ s＝50.2 s。
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(3)t＝1.25 s時，波向x軸正方向傳播的距離為s＝vt＝40×1.25 s＝50 m，則從波源到x＝10 m處所有質(zhì)點(diǎn)均振動＝6個周期
則形成的波形圖如圖所示。
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[答案]　(1)8 m　0.2 s　(2)50.2 s　(3)見解析圖
12．一列橫波在x軸上傳播，在t1＝0時刻波形如圖中實(shí)線所示，t2＝0.05 s 時刻波形如圖中虛線所示。求：
(1)這列波的振幅和波長；
(2)這列波的最小波速的大小和方向。
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[解析]　(1)由題圖可知振幅A＝0.2 m，波長λ＝8 m。
(2)若波向右傳播，則Δt＝0.05 s時間內(nèi)傳播的距離
x1＝λ＝v1Δt(n＝0，1，2，…)
速度v1＝(n＝0，1，2，…)
若波向左傳播，則Δt＝0.05 s時間內(nèi)傳播的距離
x2＝λ＝v2Δt(n＝0，1，2，…)
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速度v2＝(n＝0，1，2，…)
顯然當(dāng)n取同一數(shù)值時v1＜v2，取n＝0，最小速度v1＝40 m/s，方向向右。
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[答案]　(1)0.2 m　8 m　(2)40 m/s　方向向右
13．水面上水波的速度跟水的深度有關(guān)，其關(guān)系式為v＝，式中h為水的深度，g為重力加速度。如圖甲所示是某水域的剖面圖，C、D兩部分深度不同，圖乙是從上往下的俯視圖，O點(diǎn)處于兩部分水面分界線上，M和N分別是處在C和D兩區(qū)域水面上的兩點(diǎn)。t＝0時刻O點(diǎn)從平衡位置向上振動，形成以O(shè)點(diǎn)為波源的向左和向右傳播的水波(可看作是簡諧橫波)。t＝2.5 s時O點(diǎn)第二次到達(dá)波峰，此時M點(diǎn)第一次到達(dá)波峰。已知D區(qū)域水波振幅A＝5 cm，水深hD＝0.90 m，OM間距離為4.0 m，ON間距離為3.0 m，g取。求：
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(1)C區(qū)域的水深hC；
(2)N點(diǎn)在t＝3 s時的振動方向及此時的位移；
(3)t＝10 s時，處在D水域水面上的Q點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)處于波峰，且OQ間只有一個波峰，則Q點(diǎn)在t＝0至t＝10 s時間內(nèi)振動的路程是多少？
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[解析]　(1)對O點(diǎn)的振動分析，則t＝T
解得T＝2 s
對M點(diǎn)的振動分析，知C區(qū)域水波波長為λC＝OM＝4 m
則有vC＝＝2 m/s
由v＝代入數(shù)據(jù)求得hC＝0.40 m。
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(2)由v＝代入數(shù)據(jù)求得vD＝＝3 m/s
又由vD＝
解得λD＝vDT＝6 m
波傳到N點(diǎn)的時間t1＝＝1 s
所以t＝3 s時，N點(diǎn)剛好完成一個全振動，可知其在平衡位置向上振動，位移為0。
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(3)t＝10 s時，O點(diǎn)在平衡位置向上振動，可畫出D區(qū)域水波的波動圖像如圖所示
由圖可知OQ＝10.5 m
則有Δt＝＝ s＝3.5 s
則Q點(diǎn)振動的時間為
t2＝10 s－3.5 s＝6.5 s＝3T
所以Q點(diǎn)振動的路程為
s＝3×4A＝13A＝0.65 m。
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[答案]　(1)0.40 m　(2)向上振動，位移為0　(3)0.65 m
謝 謝！

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