2022-2023学年高中物理 第2章 机械波单元测试 教科版选修3-4

2022-2023学年高中物理 第2章 机械波单元测试 教科版选修3-4一、选择题(每小题5分，共50分)1(多选)如图1所示，为一波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产生球面波的情况，则()图1A该波源正在移向A点B该波源正在移向B点C在A处观察波的频率变低D在B处观察波的频率变低解析波源在某一位置产生一列波面后，该波面以该位置为球心，以波速作为传播速度向外传播，反之，由波面可确定出该波面的产生位置，即波源波面半径大，表示产生时间早，传播时间长对照图示，可确定出波源由右向左移动，选项A正确，选项B错误；由于观察者不动，故波面经过观察者的速度等于波速，而在A处观察时，相邻波面间距比波源不动时间距小，因而经过观察者时间间隔短，频率大，同理在B处时间间隔长，频率小，选项C错误，选项D正确答案AD2图2分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(、图)或障碍物(、图)，其中能发生明显衍射现象的有()图2A只有B只有C只有D只有解析图中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射，图中障碍物与波长相差不多，能发生明显衍射，图中障碍物比波长大得多，不能发生明显衍射故正确答案为A答案A3(多选)如图3中S1、S2是两个相干波源，由它们发出的波相互叠加，实线表示波峰，虚线表示波谷则对a、b、c三点振动情况的下列判断中，正确的是()图3Ab处的振动永远互相减弱Ba处永远是波峰与波峰相遇Cb处在该时刻是波谷与波谷相遇Dc处的振动永远互相减弱解析b处此刻是波谷和波谷相遇，位移为负的最大值，振动也是加强的，A错，C正确；a处此刻是波峰与波峰相遇，过半个周期后变成波谷与波谷相遇，始终是振动加强的点，并非永远是波峰与波峰相遇的点，B错；c处此刻是峰、谷相遇，过半个周期后仍是峰、谷相遇，它的振动永远互相减弱，D正确答案CD4一列简谐横波沿某一直线传播，A、B是该直线上相距1.2 m的两点，从波到达其中一点开始计时，4 s内A完成8次全振动，B完成10次全振动，则该波的传播方向及波速分别为()A方向由A向B，v0.3 m/sB方向由B向A，v0.3 m/sC方向由B向A，v1.5 m/sD方向由A向B，v1.5 m/s解析由于4 s内B完成的全振动次数大于A完成的全振动的次数，所以波由B向A传播周期T s0.4 s，A、B在4 s内完成的全振动相差2次，即A、B间相距两个波长；21.2 m，0.6 m，即v1.5 m/s.答案C5一列简谐横波沿x轴传播，t0时刻的波形如图4甲所示，此时质点P正沿y轴负方向运动，其振动图像如图乙所示，则该波的传播方向和波速分别是()图4A沿x轴负方向，60 m/sB沿x轴正方向，60 m/sC沿x轴负方向，30 m/sD沿x轴正方向，30 m/s解析t0时质点P向下振动，由波形图甲可以看出与质点P相邻的右侧质点位于质点P下方，故质点P的振动是由其右侧质点引起的，波沿x轴负方向传播，B、D错误；由图甲可得该波波长24 m，由图乙可得周期T0.4 s，故波速v60 m/s，A正确，B错误答案A6(多选)如图5所示，S是x轴上的上、下振动的波源，振动频率为10 Hz.激起的横波沿x轴左右传播，波速为20 m/s.质点A、B到S的距离分别为sA36.8 m，sB17.2 m，且都已经开始振动若此时刻波源S正通过平衡位置向上振动，则该时刻()图5AB位于x轴上方，运动方向向下BB位于x轴下方，运动方向向上CA位于x轴上方，运动方向向上DA位于x轴下方，运动方向向下解析由vf，可得 m2 m，sB17.2 m8，去整8，留零，B的振动状态应跟与振源S相距的B相同(如图所示)，由此可判断B点在x轴上方，运动方向向下；sA36.8 m18，去整18，留零.由于，所以A点在x轴下方，运动方向向下，故A、D正确答案AD7(多选)一列波源在x0处的简谐波，沿x轴正方向传播，周期为0.02 s，t0时刻的波形如图6所示此时x12 cm处的质点P恰好开始振动则()图6A质点P开始振动时的方向沿y轴正方向B波源开始振动时的方向沿y轴负方向C此后一个周期内，质点P通过的路程为8 cmD这列波的波速为4 m/s解析质点P开始振动时的方向沿y轴负方向，波源开始振动时的方向沿y轴负方向，选项A错误，B正确；此后一个周期内，质点P通过的路程为4个振幅，为45 cm20 cm，选项C错误；这列波的波长8 cm，波速v4 m/s，选项D正确答案BD8质点以坐标原点O为中心位置在y轴上做简谐运动，其振动图像如图7所示，振动在介质中产生的简谐横波沿x轴正方向传播，波速为1.0 m/s.0.3 s后，此质点立即停止运动，再经过0.1 s后的波形图为下图中的()图7解析简谐横波沿x轴正方向传播，波源停止振动后，波将继续在介质中匀速传播，0.4 s内简谐横波在介质中传播的总距离为xvt0.4 m，即0.4 s时，x轴上0.4 m处的质点刚好起振，由振动图像可知其振动方向沿y轴正方向，故C选项描述的波形图正确答案C9图8为一列沿x轴负方向传播的简谐横波，实线为t0时刻的波形图，虚线为t0.6 s时刻的波形图，波的周期T 0.6 s，则()图8A波的周期为2.4 sB在t0.9 s时，P点沿y轴正方向运动C经过0.4 s，P点经过的路程为4 mD在t0.5 s时，Q点到达波峰位置解析波向左传播且T0.6 s，可得波向左传播周期，所以周期为0.8 s，A项错误；在t0.9 s时，P点沿y轴负方向运动，所以B错误；经0.4 s(半个周期)，质点P通过的路程为两个振幅，为0.4 m，所以C项错误；波速v10 m/s,0.5 s内波向左传播的距离为100.5 m5 m，故经过0.5 s正好波峰传播到Q点，所以D正确答案D10一简谐机械横波沿x轴正方向传播，波长为，周期为T.t0时刻的波形如图9甲所示，a、b是波上的两个质点图乙是波上某一质点的振动图像下列说法中正确的是()图9At0时质点a的速度比质点b的大 Bt0时质点a的加速度比质点b的小C图乙可以表示质点a的振动 D图乙可以表示质点b的振动解析由图甲可知，t0时，a在正向最大位移处，v0，加速度最大；b在平衡位置，速度最大，加速度为0，且振动方向沿y轴负向，图乙可以表示质点b的振动，选项A、B、C都错误，选项D正确答案D二、填空题(每小题5分，共10分)11一列沿着x轴正方向传播的横波，在t0时刻的波形如图10甲所示图甲中某质点的振动图像如图乙所示图10质点N的振幅是_m，振动周期为_s，图乙表示质点_(从质点K、L、M、N中选填)的振动图像，该波的波速为_m/s.解析从甲、乙图可看出波长2.0 m，周期T4 s，振幅A0.8 m；乙图中显示t0时刻该质点处于平衡位置向上振动，甲图波形图中，波向x轴正方向传播，则质点L正在平衡位置向上振动，波速v0.5 m/s.答案0.84L0.512一列简谐横波沿x轴正方向传播，在t0时刻的完整波形如图11所示当t0.7 s时，A点第4次位于波峰位置，B点首次位于波谷位置，则再经过_ s，A、B又再次回到平衡位置，此时A、B相距_ m.图11解析当t0.7 s时，A点第4次位于波峰位置，即3个半周期，由此可知，波的周期T0.2 s，再经，即0.05 s，A、B又再次回到平衡位置由波动图像可知，波长为20 m，当B点首次到达波谷时，可认为A点的振动通过3个半周期恰好传到B点，故A、B相距的距离为3个半波长，即70 m.答案0.0570三、计算题(共4小题，共40分)13(8分)图12为沿x轴向右传播的简谐横波在t1.2 s时的波形位于坐标原点处的观察者观测到在4 s内有10个完整的波经过该点图12(1)求该波的振幅、频率、周期和波速；(2)画出平衡位置在x轴上x2 m处的质点在00.6 s内的振动图像解析(1)该波的振幅A0.1 m，频率f2.5 Hz，周期T0.4 s波速vf5 m/s.(2)如图所示答案(1)0.1 m2.5 Hz0.4 s5 m/s(2)见解析图14(10分)取一根柔软的弹性绳，将绳的右端固定在竖直墙壁上，绳的左端自由，使绳处于水平伸直状态从绳的端点开始用彩笔每隔0.50 m标记一个点，依次记为A、B、C、D如图13所示现用振动装置拉着绳子的端点A沿竖直方向做简谐运动，若A点起振方向向上，经0.1 s第一次达正向最大位移，此时C点恰好开始起振，则：图13(1)绳子形成的波是横波还是纵波？简要说明判断依据，并求波速为多大；(2)从A开始振动，经多长时间J点第一次向下达到最大位移？(3)画出当J点第一次向下达到最大位移时的波形图像解析(1)绳子形成的波是横波，因为质点振动方向与波的传播方向垂直由题意知，波的周期T0.4 s，波长为4 m，所以波速v10 m/s.(2)从A开始振动，设J点开始起振经过时间t1，则：t1 s0.45 s，设J点向上起振后经t2时间第一次到负向最大位移，则：t2T0.3 s，所以，所求时间：tt1t20.75 s.(3)波形图像如图所示答案(1)横波质点振动方向与波的传播方向垂直10 m/s(2)0.75 s(3)见解析图15(10分)渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位，已知某超声波的频率为1.0105 Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图像如图14所示图14(1)从该时刻开始计时，画出x7.5103 m处质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期)，(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用的时间为4 s，求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动)解析(1)T1.0105s，故所求图像如图所示(2)由波形图读出波长15103m，由波速公式得vf鱼群与渔船的距离为xvt联立式，代入数据得x3 000 m.答案(1)见解析(2)3 000 m16(12分)一列横波在x轴上传播，a、b是x轴上相距sab6 m的两质点，t0时，b点正好到达最高点，且b点到x轴的距离为4 cm，而此时a点恰好经过平衡位置向上运动已知这列波的频率为25 Hz.(1)求经过时间1 s，a质点运动的路程；(2)若a、b在x轴上的距离大于一个波长，求该波的波速解析(1)质点a一个周期运动的路程s04A0.16 m，1 s内的周期数是n25,1 s内运动的路程sns04 m.(2)波由a传向b时，sab.vf m/s(n1,2,3，)；波由b传向a时，sab，vf m/s(n1,2,3，)答案(1)4 m(2) m/s(n1,2,3，)或 m/s(n1,2,3，)