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2022-2023學(xué)年高中物理 第2章 機械波單元測試 教科版選修3-4

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1、2022-2023學(xué)年高中物理 第2章 機械波單元測試 教科版選修3-4 一、選擇題(每小題5分,共50分) 1.(多選)如圖1所示,為一波源O做勻速直線運動時在均勻介質(zhì)中產(chǎn)生球面波的情況,則(  ) 圖1 A.該波源正在移向A點 B.該波源正在移向B點 C.在A處觀察波的頻率變低 D.在B處觀察波的頻率變低 解析 波源在某一位置產(chǎn)生一列波面后,該波面以該位置為球心,以波速作為傳播速度向外傳播,反之,由波面可確定出該波面的產(chǎn)生位置,即波源.波面半徑大,表示產(chǎn)生時間早,傳播時間長.對照圖示,可確定出波源由右向左移動,選項A正確,選項B錯誤;由于觀察者不動,故波面經(jīng)過觀察者的速

2、度等于波速,而在A處觀察時,相鄰波面間距比波源不動時間距小,因而經(jīng)過觀察者時間間隔短,頻率大,同理在B處時間間隔長,頻率小,選項C錯誤,選項D正確. 答案 AD 2.圖2分別表示一列水波在傳播過程中遇到了小孔(①、②圖)或障礙物(③、④圖),其中能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的有(  ) 圖2 A.只有①②④ B.只有①④ C.只有②③ D.只有①③ 解析 圖①②中小孔與波長相差不多,能發(fā)生明顯衍射,圖④中障礙物與波長相差不多,能發(fā)生明顯衍射,圖③中障礙物比波長大得多,不能發(fā)生明顯衍射.故正確答案為A. 答案 A 3.(多選)如圖3中S1、S2是兩個相干波源,由它們發(fā)出的波相互疊加,實

3、線表示波峰,虛線表示波谷.則對a、b、c三點振動情況的下列判斷中,正確的是(  ) 圖3 A.b處的振動永遠互相減弱 B.a(chǎn)處永遠是波峰與波峰相遇 C.b處在該時刻是波谷與波谷相遇 D.c處的振動永遠互相減弱 解析 b處此刻是波谷和波谷相遇,位移為負的最大值,振動也是加強的,A錯,C正確;a處此刻是波峰與波峰相遇,過半個周期后變成波谷與波谷相遇,始終是振動加強的點,并非永遠是波峰與波峰相遇的點,B錯;c處此刻是峰、谷相遇,過半個周期后仍是峰、谷相遇,它的振動永遠互相減弱,D正確. 答案 CD 4.一列簡諧橫波沿某一直線傳播,A、B是該直線上相距1.2 m的兩點,從波到達其中

4、一點開始計時,4 s內(nèi)A完成8次全振動,B完成10次全振動,則該波的傳播方向及波速分別為(  ) A.方向由A向B,v=0.3 m/s B.方向由B向A,v=0.3 m/s C.方向由B向A,v=1.5 m/s D.方向由A向B,v=1.5 m/s 解析 由于4 s內(nèi)B完成的全振動次數(shù)大于A完成的全振動的次數(shù),所以波由B向A傳播.周期T= s=0.4 s,A、B在4 s內(nèi)完成的全振動相差2次,即A、B間相距兩個波長;2λ=1.2 m,λ=0.6 m,即v==1.5 m/s. 答案 C 5.一列簡諧橫波沿x軸傳播,t=0時刻的波形如圖4甲所示,此時質(zhì)點P正沿y軸負方向運動,其振動圖像如

5、圖乙所示,則該波的傳播方向和波速分別是(  ) 圖4 A.沿x軸負方向,60 m/s B.沿x軸正方向,60 m/s C.沿x軸負方向,30 m/s D.沿x軸正方向,30 m/s 解析 t=0時質(zhì)點P向下振動,由波形圖甲可以看出與質(zhì)點P相鄰的右側(cè)質(zhì)點位于質(zhì)點P下方,故質(zhì)點P的振動是由其右側(cè)質(zhì)點引起的,波沿x軸負方向傳播,B、D錯誤;由圖甲可得該波波長λ=24 m,由圖乙可得周期T=0.4 s,故波速v==60 m/s,A正確,B錯誤. 答案 A 6.(多選)如圖5所示,S是x軸上的上、下振動的波源,振動頻率為10 Hz.激起的橫波沿x軸左右傳播,波速為20 m/s.質(zhì)點A、B

6、到S的距離分別為sA=36.8 m,sB=17.2 m,且都已經(jīng)開始振動.若此時刻波源S正通過平衡位置向上振動,則該時刻(  ) 圖5 A.B位于x軸上方,運動方向向下 B.B位于x軸下方,運動方向向上 C.A位于x軸上方,運動方向向上 D.A位于x軸下方,運動方向向下 解析 由v=λf,可得λ== m=2 m,sB=17.2 m=8λ,去整8λ,留零λ,B的振動狀態(tài)應(yīng)跟與振源S相距λ的B′相同(如圖所示),由此可判斷B點在x軸上方,運動方向向下;sA=36.8 m=18λ,去整18λ,留零λ.由于λ<λ<λ,所以A點在x軸下方,運動方向向下,故A、D正確. 答案 AD

7、 7.(多選)一列波源在x=0處的簡諧波,沿x軸正方向傳播,周期為0.02 s,t0時刻的波形如圖6所示.此時x=12 cm處的質(zhì)點P恰好開始振動.則(  ) 圖6 A.質(zhì)點P開始振動時的方向沿y軸正方向 B.波源開始振動時的方向沿y軸負方向 C.此后一個周期內(nèi),質(zhì)點P通過的路程為8 cm D.這列波的波速為4 m/s 解析 質(zhì)點P開始振動時的方向沿y軸負方向,波源開始振動時的方向沿y軸負方向,選項A錯誤,B正確;此后一個周期內(nèi),質(zhì)點P通過的路程為4個振幅,為4×5 cm=20 cm,選項C錯誤;這列波的波長8 cm,波速v==4 m/s,選項D正確. 答案 BD 8.質(zhì)點

8、以坐標原點O為中心位置在y軸上做簡諧運動,其振動圖像如圖7所示,振動在介質(zhì)中產(chǎn)生的簡諧橫波沿x軸正方向傳播,波速為1.0 m/s.0.3 s后,此質(zhì)點立即停止運動,再經(jīng)過0.1 s后的波形圖為下圖中的(  ) 圖7 解析 簡諧橫波沿x軸正方向傳播,波源停止振動后,波將繼續(xù)在介質(zhì)中勻速傳播,0.4 s內(nèi)簡諧橫波在介質(zhì)中傳播的總距離為x=vt=0.4 m,即0.4 s時,x軸上0.4 m處的質(zhì)點剛好起振,由振動圖像可知其振動方向沿y軸正方向,故C選項描述的波形圖正確. 答案 C 9.圖8為一列沿x軸負方向傳播的簡諧橫波,實線為t=0時刻的波形圖,虛線為t=0.6 s時刻的波形圖,波

9、的周期T >0.6 s,則(  ) 圖8 A.波的周期為2.4 s B.在t=0.9 s時,P點沿y軸正方向運動 C.經(jīng)過0.4 s,P點經(jīng)過的路程為4 m D.在t=0.5 s時,Q點到達波峰位置 解析 波向左傳播且T>0.6 s,可得波向左傳播周期,所以周期為0.8 s,A項錯誤;在t=0.9 s時,P點沿y軸負方向運動,所以B錯誤;經(jīng)0.4 s(半個周期),質(zhì)點P通過的路程為兩個振幅,為0.4 m,所以C項錯誤;波速v===10 m/s,0.5 s內(nèi)波向左傳播的距離為10×0.5 m=5 m,故經(jīng)過0.5 s正好波峰傳播到Q點,所以D正確. 答案 D 10.一簡諧機械

10、橫波沿x軸正方向傳播,波長為λ,周期為T.t=0時刻的波形如圖9甲所示,a、b是波上的兩個質(zhì)點.圖乙是波上某一質(zhì)點的振動圖像.下列說法中正確的是(  ) 圖9 A.t=0時質(zhì)點a的速度比質(zhì)點b的大 B.t=0時質(zhì)點a的加速度比質(zhì)點b的小 C.圖乙可以表示質(zhì)點a的振動 D.圖乙可以表示質(zhì)點b的振動 解析 由圖甲可知,t=0時,a在正向最大位移處,v=0,加速度最大;b在平衡位置,速度最大,加速度為0,且振動方向沿y軸負向,圖乙可以表示質(zhì)點b的振動,選項A、B、C都錯誤,選項D正確. 答案 D 二、填空題(每小題5分,共10分) 11.一列沿著x軸正方向傳播的橫波,在t=

11、0時刻的波形如圖10甲所示.圖甲中某質(zhì)點的振動圖像如圖乙所示. 圖10 質(zhì)點N的振幅是____________m,振動周期為____________s,圖乙表示質(zhì)點____________(從質(zhì)點K、L、M、N中選填)的振動圖像,該波的波速為____________m/s. 解析 從甲、乙圖可看出波長λ=2.0 m,周期T=4 s,振幅A=0.8 m;乙圖中顯示t=0時刻該質(zhì)點處于平衡位置向上振動,甲圖波形圖中,波向x軸正方向傳播,則質(zhì)點L正在平衡位置向上振動,波速v==0.5 m/s. 答案 0.8 4 L 0.5 12.一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=0時刻的完整波形如圖

12、11所示.當(dāng)t=0.7 s時,A點第4次位于波峰位置,B點首次位于波谷位置,則再經(jīng)過________ s,A、B又再次回到平衡位置,此時A、B相距____________ m. 圖11 解析 當(dāng)t=0.7 s時,A點第4次位于波峰位置,即3個半周期,由此可知,波的周期T=0.2 s,再經(jīng),即0.05 s,A、B又再次回到平衡位置.由波動圖像可知,波長為20 m,當(dāng)B點首次到達波谷時,可認為A點的振動通過3個半周期恰好傳到B點,故A、B相距的距離為3個半波長,即70 m. 答案 0.05 70 三、計算題(共4小題,共40分) 13.(8分)圖12為沿x軸向右傳播的簡諧橫波在t=1

13、.2 s時的波形.位于坐標原點處的觀察者觀測到在4 s內(nèi)有10個完整的波經(jīng)過該點. 圖12 (1)求該波的振幅、頻率、周期和波速; (2)畫出平衡位置在x軸上x=2 m處的質(zhì)點在0~0.6 s內(nèi)的振動圖像. 解析 (1)該波的振幅A=0.1 m,頻率f==2.5 Hz,周期T==0.4 s.波速v=λf=5 m/s. (2)如圖所示 答案 (1)0.1 m 2.5 Hz 0.4 s 5 m/s (2)見解析圖 14.(10分)取一根柔軟的彈性繩,將繩的右端固定在豎直墻壁上,繩的左端自由,使繩處于水平伸直狀態(tài).從繩的端點開始用彩筆每隔0.50 m標記一個點,依次記為A、B、

14、C、D……如圖13所示.現(xiàn)用振動裝置拉著繩子的端點A沿豎直方向做簡諧運動,若A點起振方向向上,經(jīng)0.1 s第一次達正向最大位移,此時C點恰好開始起振,則: 圖13 (1)繩子形成的波是橫波還是縱波?簡要說明判斷依據(jù),并求波速為多大; (2)從A開始振動,經(jīng)多長時間J點第一次向下達到最大位移? (3)畫出當(dāng)J點第一次向下達到最大位移時的波形圖像. 解析 (1)繩子形成的波是橫波,因為質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直.由題意知,波的周期T=0.4 s,波長為λ=4 m,所以波速v==10 m/s. (2)從A開始振動,設(shè)J點開始起振經(jīng)過時間t1,則:t1== s=0.45 s,設(shè)J點

15、向上起振后經(jīng)t2時間第一次到負向最大位移,則:t2=T=0.3 s,所以,所求時間:t=t1+t2=0.75 s. (3)波形圖像如圖所示. 答案 (1)橫波 質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直 10 m/s (2)0.75 s (3)見解析圖 15.(10分)漁船常利用超聲波來探測遠處魚群的方位,已知某超聲波的頻率為1.0×105 Hz,某時刻該超聲波在水中傳播的波動圖像如圖14所示. 圖14 (1)從該時刻開始計時,畫出x=7.5×10-3 m處質(zhì)點做簡諧運動的振動圖像(至少一個周期), (2)現(xiàn)測得超聲波信號從漁船到魚群往返一次所用的時間為4 s,求魚群與漁船間的距離(忽

16、略船和魚群的運動). 解析 (1)T==1.0×10-5s,故所求圖像如圖所示. (2)由波形圖讀出波長λ=15×10-3m,由波速公式得v=λf ① 魚群與漁船的距離為x=vt ② 聯(lián)立①②式,代入數(shù)據(jù)得x=3 000 m. 答案 (1)見解析 (2)3 000 m 16.(12分)一列橫波在x軸上傳播,a、b是x軸上相距sab=6 m的兩質(zhì)點,t=0時,b點正好到達最高點,且b點到x軸的距離為4 cm,而此時a點恰好經(jīng)過平衡位置向上運動.已知這列波的頻率為25 Hz. (1)求經(jīng)過時間1 s,a質(zhì)點運動的路程; (2)若a、b在x軸上的距離大于一個波長,求該波的波速. 解析 (1)質(zhì)點a一個周期運動的路程s0=4A=0.16 m,1 s內(nèi)的周期數(shù)是n==25,1 s內(nèi)運動的路程s=ns0=4 m. (2)波由a傳向b時,sab=λ.v=λf= m/s(n=1,2,3,…);波由b傳向a時,sab=λ,v=λf= m/s(n=1,2,3,…) 答案 (1)4 m (2) m/s(n=1,2,3,…)或 m/s(n=1,2,3,…)

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