2022-2023學(xué)年高中物理 第2章 機(jī)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(jī)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(yuǎn)互相減弱 B．a(chǎn)處永遠(yuǎn)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(yuǎn)互相減弱 解析　b處此刻是波谷和波谷相遇，位移為負(fù)的最大值，振動也是加強(qiáng)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(qiáng)的點，并非永遠(yuǎn)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(yuǎn)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(dá)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(fù)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(fù)方向，60 m/s B．沿x軸正方向，60 m/s C．沿x軸負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)方向，波源開始振動時的方向沿y軸負(fù)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(biāo)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(fù)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(dá)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(fù)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(jī)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(fù)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(dá)波谷時，可認(rèn)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(biāo)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(biāo)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(dá)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(dá)到最大位移？ (3)畫出當(dāng)J點第一次向下達(dá)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(fù)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(yuǎn)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(dá)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，…)