高考物理最新力学知识点之机械振动与机械波基础测试题含答案解析(1)
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高考物理最新力学知识点之机械振动与机械波基础测试题含答案解析(1)
一、选择题
1.一列简谐横波某时刻的波形如图所示,该时刻a、b两质点均到达波峰位置,c质点加速度正在增大。
下列判断正确的是
A.a、b两质点之间的距离为半个波长
B.a、b两质点振动开始时刻相差半个周期
C.a质点完成全振动的次数比b多一次
D.a质点完成全振动的次数比b少一次
2.已知在单摆a完成10次全振动的时间内,单摆b完成6次全振动,两摆长之差为1.6 m.则两单摆摆长l a与l b分别为( )
A.l a=2.5 m,l b=0.9 m B.l a=0.9 m,l b=2.5 m
C.l a=2.4 m,l b=4.0 m D.l a=4.0 m,l b=2.4 m
3.目前雷达发出的电磁波频率多在200MHz~1000 MHz的范围内,下列关于雷达和电磁波的说法正确的是()
A.真空中,上述频率范围的电磁波的波长在30m~150m之间
B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C.波长越短的电磁波,越容易绕过障碍物,便于远距离传播
D.测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间,就可以确定障碍物的距离4.下列说法正确的是()
A.物体做受迫振动时,驱动力频率越高,受迫振动的物体振幅越大
B.医生利用超声波探测病人血管中血液的流速应用了多普勒效应
C.两列波发生干涉,振动加强区质点的位移总比振动减弱区质点的位移大
D.遥控器发出的红外线波长比医院“CT”中的X射线波长短
5.如图所示是一弹簧振子在水平面做简谐运动的图像,那么振动系统在( )
A.t3 和t5具有相同的动能和动量
B.t3 和t4具有相同的动能和不同的动量
C.t2 和t5时刻振子所受的回复力大小之比为 2:1
D.t1 和t4时刻具有相同的加速度和速度
6.两个弹簧振子,甲的固有频率是100Hz,乙的固有频率是400Hz,若它们均在频率是
300Hz 的驱动力作用下做受迫振动,则 ( )
A .甲的振幅较大,振动频率是100Hz
B .乙的振幅较大,振动频率是300Hz
C .甲的振幅较大,振动频率是300Hz
D .乙的振幅较大,振动频率是400Hz
7.如图所示,质量为m 的物块放置在质量为M 的木板上,木板与弹簧相连,它们一起在光滑水平面上做简谐振动,周期为T ,振动过程中m 、M 之间无相对运动,设弹簧的劲度系数为k 、物块和木板之间滑动摩擦因数为μ,
A .若t 时刻和()t t +∆时刻物块受到的摩擦力大小相等,方向相反,则t ∆一定等于2T 的整数倍
B .若2
T t ∆=
,则在t 时刻和()t t +∆时刻弹簧的长度一定相同 C .研究木板的运动,弹簧弹力充当了木板做简谐运动的回复力 D .当整体离开平衡位置的位移为x 时,物块与木板间的摩擦力大小等于m kx m M
+ 8.一列简谐横波在某时刻的波形图如图所示,已知图中的质点b 比质点a 晚0. 5s 起振,质点b 和质点c 平衡位置之间的距离为5m ,则该波的波速为
A .1m/s
B .3m/s
C .5m/s
D .8m/s
9.如图所示为一列沿x 轴负方向传播的简谐横波在t 1=0时的波形图。
经过t 2=0.1s ,Q 点振动状态传到P 点,则( )
A .这列波的波速为40cm/s
B .t 2时刻Q 点加速度沿y 轴的正方向
C .t 2时刻P 点正在平衡位置且向y 轴的负方向运动
D .t 2时刻Q 点正在波谷位置,速度沿y 轴的正方向
10.一条绳子可以分成一个个小段,每小段都可以看做一个质点,这些质点之间存在着相互作用。
如图所示,1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点,绳处于水平方向。
质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,会带动2、3、4……各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传向右端。
质点1的振动周期为T 。
t = 0时质点1开始竖直向上运动,经过四分之一周期,质点5开始运动。
下列判断正确的是
A .质点1与质点20间相距一个波长
B .质点20开始振动时运动方向向下
C .2T t =
时质点5的加速度方向向上 D .34
T t =时质点12的运动方向向上 11.一列简谐横波在t =0时刻的波形图如图甲所示,P 是介质中的一个质点,图乙是质点P 的振动图像。
下列说法正确的是
A .该波的波速为4m/s
B .该波沿x 轴负方向传播
C .t =1s 时,质点P 的速度最小,加速度最大
D .在t =0到t =1s 的时间内,质点P 沿传播方向移动了2m
12.一质点做简谐运动,则下列说法中正确的是( )
A .若位移为负值,则速度一定为正值,加速度也一定为正值
B .质点通过平衡位置时,速度为零,加速度最大
C .质点每次通过平衡位置时,加速度不一定相同,速度也不一定相同
D .质点每次通过同一位置时,其速度不一定相同,但加速度一定相同
13.一弹簧振子做简谐运动,其位移x 与时间t 的关系曲线如图所示,由图可知:( )
A .质点的振动频率是4Hz
B .t =2s 时,质点的加速度最大
C .质点的振幅为5cm
D .t =3s 时,质点所受合力为正向最大
14.一列沿x 轴正方向传播的间谐机械横波,波速为4m/s .某时刻波形如图所示,下列说法正确的是
A .这列波的振幅为4cm
B .这列波的周期为1s
C .此时x =4m 处质点沿y 轴负方向运动
D .此时x =4m 处质点的加速度为0
15.如图所小,一轻质弹簧下端系一质量为m 的书写式激光笔,组成一弹簧振子,并将其悬挂于教室内一体机白板的前方。
使弹簧振子沿竖直方向上下自由振动,白板以速率v 水平向左匀速运动,激光笔在白板上留下如图所示的书写印迹,图中相邻竖直虚线的间隔均为x 0(未标出),印迹上P 、Q 两点的纵坐标为y 0和-y 0.忽略空气阻力,重力加速度为g ,则( )
A .该弹簧振子的振幅为2y 0
B .该弹簧振子的振动周期为03x v
C .激光笔在留下P 、Q 两点时加速度相同
D .激光笔在留下PQ 段印迹的过程中,弹簧弹力对激光笔做功为-2 mgy 0
16.如图所示,摆球质量相同的四个摆的摆长分别为L l =2m ,L 2=1.5m ,L 3=lm ,L 4=0.5m ,悬于同一根绷紧的横线上,用一周期为2s 的驱动力作用在横线上,使它们做受迫振动,稳定时
A .摆1的周期最长
B .摆2的振幅最大
C .摆3的振幅最大
D .四个摆的周期不同,但振幅相等
17.物理学原理在现代科技中有许多重要应用.例如,利用波的干涉,可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航.如图所示,两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧,它们类似于杨氏干涉实验中的双缝.两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波.飞机降落过程中,当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时,表明飞机已对准跑道.下列说法正确的是( )
A .天线发出的两种无线电波必须一样强
B .导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉
C .两种无线电波在空间的强弱分布稳定
D .两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合
18.如图(a )所示为一列简谐横波在t =6s 时的波形图,图(b )是这列波中P 点的振动图线,那么该波的传播速度和传播方向是( )
A .v =25cm/s ,向左传播
B .v =50cm/s ,向左传播
C .v =25cm/s ,向右传播
D .v =50cm/s ,向右传播
19.一列简谐横波沿x 轴正方向传播,在t 秒与(t +0.2)秒两个时刻,在x 轴上(–3m ,3m)区间的波形完全相同,如图所示。
并且图中M ,N 两质点在t 秒时位移均为2
a ,下列说法中正确的是( )
A .该波的最大波速为20m/s
B .(t +0.1)秒时刻,x =-2m 处的质点位移一定是a
C .从t 秒时刻起,x =2m 处的质点比x =2.5m 的质点先回到平衡位置
D .从t 秒时刻起,在质点M 第一次到达平衡位置时,质点N 恰好到达波峰
20.在上海走时准确的摆钟,随考察队带到北极黄河站,则这个摆钟( )
A.变慢了,重新校准应减小摆长
B.变慢了,重新校准应增大摆长
C.变快了,重新校准应减小摆长
D.变快了,重新校准应增大摆长
21.图甲是利用沙摆演示简谐运动图象的装置。
当盛沙的漏斗下面的薄木板被水平匀速拉出时,做简谐运动的漏斗漏出的沙在板上形成的曲线显示出沙摆的振动位移随时间的变化关系。
已知木板被水平拉动的速度为0.20m/s,图乙所示的一段木板的长度为0.80m,则这次实验沙摆的摆长为( )(取g = 2)
A.0.56m
B.0.65m
C.1.00m
D.2.25m
22.有一摆长为l的单摆,悬点正下方某处有一小钉,当摆球经过平衡位置向左摆动时,摆线的上部被小钉挡住,使摆长发生变化.现使摆球做小幅度摆动,摆球从右边最高点M 至左边最高点N运动过程的闪光照片如图所示(悬点和小钉未被拍入).P为摆动中的最低点,已知每相邻两次闪光的时间间隔相等,由此可知,小钉与悬点间的距离为().
A.3
4
l B.
1
2
l C.
1
4
l D.无法确定
23.如图所示表示两列相干水波的叠加情况,图中的实线表示波峰,虚线表示波谷。
设两列波的振幅均为5cm,波速和波长分别为1m/s和0.5m,C点是BE连线的中点,下列说法正确的是()
A.从图示的时刻起经0.25s后,B处质点通过的路程为10cm
B.从图示的时刻起经0.25s后,A处质点的位移为0
C.图示时刻C处和D处的两个质点均处在平衡位置且正在向波峰运动
D.图示时刻A、B两处质点的数值高度差为20cm
24.在均匀介质中,各质点的平衡位置在同一直线上,相邻两质点的距离均为s,如图甲所示.振动从质点1开始向右传播,质点1开始运动时的速度方向竖直向上.经过时间t,前13个质点第一次形成如图乙所示的波形.关于这列波的周期和波速,如下说法正确的是()
A.这列波的周期T=2t/3
B.这列波的周期T=3t/2
C.这列波的传播速度v=12s/t
D.这列波的传播速度v=16s/t
25.两根相同的绳子上某时刻存在A、B 两列绳波,两波形如图所示。
经过t 时间,在该区域内两波再次出现如图波形,设A和B 的周期分别是T A、T B,则t 可能等于()
A.T A B.T B
C.2T A D.2T B
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一、选择题
1.D
解析:D
【解析】
【分析】
本题考查机械振动中波形图的理解。
【详解】
A.a、b两质点是波形图上相邻的两个波峰,所以两个质点的距离为一个波长,A错误;B.a、b两质点是波形图上相邻的两个波峰,所以两个质点开始振动的时刻相差一个周期,B错误;
CD .c 质点加速度正在增大,所以c 往下振动,波向左传播,a 质点完成全振动的次数比b 少一次,C 错误,D 正确;
故选D 。
2.B
解析:B
【解析】
试题分析:设甲完成10次全振动所经历的时间为t ,则10a
t T ,6b t T 得到T a :T b =3:5;
又因为2a T =22b T == 可解得:L a =0.9m L b =2.5m
故选B
考点:单摆的周期.
3.D
解析:D
【解析】
【分析】
【详解】
试题分析:根据公式c f
λ=可得上述频率范围的电磁波的波长在0.3m~1.5m 之间,A 错误;均匀变化的电场产生稳定的磁场,均匀变化的磁场产生稳定的电场,稳定的电磁场不会产生电磁波,B 错误;根据波的衍射规律可知波长越长,衍射现象越明显,越容易发
生,C 错误;根据2
vt x =
可得障碍物的位置,D 正确; 考点:考查了对电磁波的理解
【名师点睛】 本题易错点为:有些同学错误认为磁场产生电场,电场产生磁场,注意麦克斯韦的电磁场理论是电磁波产生的理论基础,要加强理解与应用.同时注意测障碍物的距离时,其值等于由来回时间求出距离的一半.
4.B
解析:B
【解析】
【详解】
A.物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率,当系统的固有频率等于驱动力的频率时,振幅达最大,这种现象称为共振。
故A 错误;
B.医院检查身体的“B 超”仪没有用到多普勒效应,而彩超则是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度,显然是运用了多普勒效应原理。
故B 正确;
C.两列波发生干涉,振动加强区质点的振幅总比振动减弱区质点的振幅大,不能说振动加强区质点的位移总比振动减弱区质点的位移大。
故C 错误;
D.遥控器发出的红外线波长比医院“CT”中的X 射线波长长。
故D 错误;
5.C
解析:C
【解析】
【详解】
A. t 3 和t 5振子位置关于平衡位置对称,速度大小相同,根据图像可知,运动方向不同,所以动能相同,但动量大小相同,方向不同,故A 错误;
B.t 3 和t 4振子位置关于平衡位置对称,且速度方向相同,均为y 轴负向,所以动能和动量均相同,故B 错误;
C.根据回复力方程可知,回复力与位移大小成正比,t 2 和t 5时刻位移比2:1,所以回复力大小之比2:1,故C 正确;
D.t 1 和t 4振子位置关于平衡位置对称,回复力始终指向平衡位置,所以两位置加速度方向相反,通过图像也可得出运动方向相反,所以加速度与速度均不同,故D 错误。
6.B
解析:B
【解析】
【详解】
受迫振动的频率由驱动力的频率决定,与固有频率无关,所以甲乙的振动频率都是300Hz ,做受迫振动的物体固有频率与驱动力的频率相差较小时,振幅较大,所以乙的振幅较大。
A.A 项与上述分析结论不相符,故 A 不符合题意;
B.B 项与上述分析结论相符,故 B 符合题意;
C.C 项与上述分析结论不相符,故 C 不符合题意;
D.D 项与上述分析结论不相符,故 D 不符合题意。
7.D
解析:D
【解析】
设位移为x ,对整体受力分析,受重力、支持力和弹簧的弹力,根据牛顿第二定律,有: kx=(m+M )a ①
对m 物体受力分析,受重力、支持力和静摩擦力,静摩擦力提供回复力,根据牛顿第二定律,有:f=ma ② 所以:mx f M m
=+ ③ 若t 时刻和(t+△t)时刻物块受到的摩擦力大小相等,方向相反,则两个时刻物块的位移大小相等,方向相反,位于相对平衡位置对称的位置上,但△t 不 一定等于
2T 的整数倍.故A 错误;
若△t=2T ,则在 t 时刻和(t+△t)时刻物块的位移大小相等,方向相反,位于相对平衡位置对称的位置上,弹簧的长度不一定相同.故B 错误;由开始时的分析可知,研究木板的运动,弹簧弹力与m 对木板的摩擦力的合力提供回复力.故C 错误.由③可知,当整体离开平衡位置的位移为 x 时,物块与木板间摩擦力的大小等于
m kx m M
+.故D 正确.故选D. 8.C
解析:C
【解析】
【详解】
由题可知,b 和c 之间的距离是5m ,则波长为5m λ=,b 、a 两点振动相差半个周期,由图中质点b 的起振时刻逼质点a 延迟了0.5s ,则周期为:
20.5s 1s T =⨯=
则波速为:
5m/s 5m/s 1v T λ
=== 故C 正确,ABD 错误。
9.B
解析:B
【解析】
【分析】
由经过0.1s ,Q 点振动状态传到P 点可知波向左传播的距离,从而求解波速;波向左传播3/4个波长,则质点振动了3/4个周期,由此确定P 、Q 质点的振动情况。
【详解】
由题意可知,0.1s 内波向左传播的距离为3m ,则波速,选项A 错误;t 2时刻Q 点振动了3T/4到达了波谷位置,则此时加速度沿y 轴的正方向,速度为零,选项B 正确,D 错误;因t 2时刻,Q 点的振动传到P 点,可知P 点正在平衡位置且向y 轴的正方向运动,选项C 错误;故选B.
【点睛】
本题的关键是根据波形平移法确定波传播的距离和波速,分析各个特殊点的位置和状态,再分析质点的振动情况.
10.D
解析:D
【解析】
【详解】
A .由题意可知,第1到第5个质点之间为14λ,则质点1与质点17间相距一个波长,选
项A 错误;
B .因为质点1开始起振的方向向上,则质点20开始振动时运动方向也向上,选项B 错误;
C .在4T t =时刻质点5开始向上振动,在2T t =时质点5到达最高点,其加速度方向向下,选项C 错误;
D .34T t =时质点13刚开始起振,此时质点12已经振动了16T ,则运动方向向上,选项D 正确;
故选D.
11.B
解析:B
【解析】
【详解】
A .由甲图可知波长为4m ,由乙图可知周期为2s ,故其波速为:
2m/s v T λ=
=
故A 错误; B .由图乙可知0s t =时,质点P 向上振动,由图甲根据波形的平移法可得波沿x 轴负方向传播,故B 正确;
C .由图乙可知,当1s t =时,质点P 在平衡位置处,此时的加速度为零,速度最大,故C 错误;
D .简谐横波沿x 轴负方向传播,质点P 沿波传播方向并不迁移,故D 错误;
故选B 。
12.D
解析:D
【解析】
质点通过同一位置,加速度、位移相同,速度方向可正可负,AC 错误、D 正确;质点通过平衡位置时,速度最大、中加速度为零,B 错误。
13.C
解析:C
【解析】
【详解】
A 、由图读出质点的振动周期 T =4s ,则振动频率
;故A 错误. B 、t =2s 时,质点的位移为零,由知质点的加速度最小;故B 错误.
C 、振子的振幅等于振子位移的最大值,由图读出振幅为5cm ;C 正确.
D 、t =3s 时,质点的位移为正向最大,由F =-kx ,知质点所受合力为负向最大;故D 错误.
【点睛】
本题简谐运动的图象能直接读出振幅和周期.对于质点的速度方向,也可以根据斜率读出.简谐运动的特征,是分析加速度常用的方法.
14.D
解析:D
【解析】
试题分析:振幅等于y 的最大值,故这列波的振幅为A=2cm .故A 错误.由图知,波长λ=8m ,由波速公式v T λ
=,得周期824
T s s v λ
===.故B 错误.简谐机械横波沿x 轴正方向传播,由波形平移法得知,此时x=4m 处质点沿y 轴正方向运动.故C 错误.此时x=4m 处质点沿处于平衡位置,加速度为零.故D 正确.故选D .
考点:波的图像
15.D
解析:D
【解析】
【详解】
AB .记录纸匀速运动,振子振动的周期等于记录纸运动位移2x 0所用的时间,则周期T =02x v
,振幅为A =y 0,AB 错误。
C .加速度是矢量,激光笔在留下P 、Q 两点时加速度大小相等,方向相反,C 错误。
D .在激光笔留下PQ 段印迹的过程中,根据动能定理可知,合外力做功为零,但重力做正功为2mgy 0,故弹力对物块做负功,为-2mgy 0,D 正确。
故选D 。
16.C
解析:C
【解析】
【详解】 根据单摆的周期公式2π
L T g
=是 22s 6s 、2s 2s
由于四个摆的摆长不同,所以四个摆的固有周期不同,但四个摆振动起来后,策动力使得摆做受迫振动,振动的周期都等于2s 。
所以各摆振动的振动周期都相等;由于摆3的固有周期与策动力的周期相等,故摆3发生共振,振幅最大,而摆1的振幅较小。
故选C 。
17.C
【解析】
由于两无线电波波源对称分布在跑道两侧,两种波长的无线电波各自发生干涉,在跑道处干涉均加强,两种无线电波各自在空间的强弱分布稳定,但不重合,当接收到的λ1和λ2的信号都保持最强时,表明飞机已对准跑道.由题意,天线发出的两种无线电波不必一样强,A 错误;导航利用了两种波长的无线电波各自的稳定干涉,B 错误;若两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合,则接收到λ1和λ2的信号都保持最强的位置,不一定在跑道上,D 错误;故选C .
【名师点睛】波长相等的两列波可以产生稳定的干涉,类似双缝干涉实验,在两波源连线的中垂线上干涉始终加强(波程差为零).
18.B
解析:B
【解析】
【分析】
【详解】
由甲读出波长为
λ=100cm
由乙图读出周期为T =2s ,则波速为
100cm /s 50cm /s 2
v T λ
=== 根据P 点的振动图线可知,t =6s 质点P 的速度方向向上,故根据波的图线可知,该波向左传播,故ACD 错误,B 正确。
故选B 。
19.C
解析:C
【解析】
【分析】
【详解】
A .由题意知波长λ=4m ,由于两个时刻的波形相同,经过了整数倍周期的时间,则得
0.2s=nT (n =0,1,2……)
传播速度
20(m/s)n v n T T
λ
λ==
=(n =0,1,2……) 所以该波的最小波速为20m/s ,故A 错误; B .由于周期不确定,时间0.1s 不一定等于半个周期,则(t +0.1)秒时刻,x =-2m 处的质点不一定到达波峰,位移就不一定是a ,故B 错误;
C .由t 时刻波形图知,x =2m 处的质点在波谷向上振动,x =2.5m 的质点向下运动,所以x =2m 处的质点先回到平衡位置,故C 正确;
D .根据数学知识得知质点M 和N 之间的距离等于
6
λ,由波形得知,质点M 第一次到达平衡位置时,质点N 不在波峰,故D 错误。
故选C 。
20.D
解析:D
【解析】
【分析】
【详解】
摆钟从上海到北极,纬度升高,重力加速度g 变大,由单摆的周期公式2T =可知,摆钟的周期变小,即摆动变快,要将周期T 调大从而重新校准应增大摆长L ,故D 正确,ABC 错误。
故选D 。
21.C
解析:C
【解析】由图乙可知, 0.4m λ=,由公式0.420.2
T s s v λ
===,根据单摆公式
2T =224gT L π=,代入数据解得: 1.00L m =,故C 正确。
点晴:根据砂摆的振动位移随时间变化的关系曲线求出砂摆的周期,再根据周期公式
2T = 22.A
解析:A
【解析】
【详解】
设每相邻两次闪光的时间间隔为t ,则由图可知摆球在右侧摆动的周期为:
18T t =
在左侧摆动的周期为:
24T t =
12:2:1T T =
设左侧摆长为l 1,则:
12T =
22T =联立解得: 114
l l = 所以小钉与悬点的距离:
134
s l l l =-= 故选A.
23.D
解析:D
【解析】
【分析】
【详解】
A .波的周期
0.5s 0.5s 1
T v λ
=== 图示时刻,B 质点振动加强点且处于波谷位置,从图示的时刻起经0.25s 后,即经过二分之一个周期,到达波峰位置,路程
s ==2×10cm=20cm
故A 错误;
B .图示时刻A 质点为波峰与波峰相遇即处于波峰位置,从图示的时刻起经0.25s 后,A 处质点的位移为20cm ,故B 错误;
C .C 点是BE 连线的中点,处于平衡位置,向波峰运动,而
D 处是波峰与波谷的相遇点,处于静止状态,故C 错误;
D .图示时刻A 质点处于波峰位置,B 质点处于波谷位置,叠加后两质点相对平衡位置的距离均为10cm ,两质点的高度差20cm ,故D 正确。
故选D 。
24.D
解析:D
【解析】
【分析】
【详解】
由波的传播特点可知,质点13开始振动的速度方向应和波源的振动方向相同为向上方向;波形图沿波的传播方向“上坡下振,下坡上振”可知质点13当前的振动方向为向下;说明质点13已经振动了半个周期,因此波此时应传播到质点17的位置,由16x s v t t
==知C
错D 对;8162s t T s v t
λ
===知A 和B 错误.
25.C
解析:C
【解析】
【详解】
由图知A 波的波长为L ,B 波的波长为
23
L ,同一介质,速度相同 A 波周期: A T L v
= B 波周期:
2 3B T L v
=
周期关系: 2 3
B A T T = 即
32B A T T =
根据题意,在该区域内两波再次出现如图波形,经历的时间可能是2T A (或3T B )、4 T A (或6T B )、6T A (或9T B )
A. T A ,与结论不相符,选项A 错误;
B. T B ,与结论不相符,选项B 错误;
C. 2T A ,与结论相符,选项C 正确;
D. 2T B ,与结论不相符,选项D 错误;。