2018高中物理选修3-4章末检测：第二章 机械波教科版

章末检测(时间：90分钟满分：100分)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(①、②图)或障碍物(③、④图)，其中能发生明显衍射现象的有()图2A．只有①②④B．只有①④C．只有②③D．只有①③解析图①②中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射，图④中障碍物与波长相差不多，能发生明显衍射，图③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3A．b处的振动永远互相减弱B．a处永远是波峰与波峰相遇C．b处在该时刻是波谷与波谷相遇D．c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，v＝0.3 m/s B．方向由B向A，v＝0.3 m/sC．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＝410s＝0.4 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；2λ＝1.2 m，λ＝0.6 m，即v＝λT＝1.5 m/s.答案 C5．一列简谐横波沿x轴传播，t＝0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 t ＝0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λ＝24 m ，由图乙可得周期T ＝0.4 s ，故波速v ＝λT ＝60 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s A ＝36.8 m ，s B ＝17.2 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5A ．B 位于x 轴上方，运动方向向下 B ．B 位于x 轴下方，运动方向向上C ．A 位于x 轴上方，运动方向向上D ．A 位于x 轴下方，运动方向向下解析 由v ＝λf ，可得λ＝v f ＝2010 m ＝2 m ，s B ＝17.2 m ＝835λ，去整8λ，留零35λ，B 的振动状态应跟与振源S 相距35λ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；s A ＝36.8 m ＝1825λ，去整18λ，留零25λ.由于14λ＜25λ＜12λ，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x ＝0处的简谐波，沿x 轴正方向传播，周期为0.02 s ，t 0时刻的波形如图6所示．此时x ＝12 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4×5 cm＝20 cm，选项C错误；这列波的波长8 cm，波速v＝λT＝4 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x＝v t＝0.4 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t＝0时刻的波形图，虚线为t＝0.6 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t ＝0.9 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t ＝0.5 s 时，Q 点到达波峰位置解析 波向左传播且T ＞0.6 s ，可得波向左传播34周期，所以周期为0.8 s ，A 项错误；在t ＝0.9 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v ＝λT ＝8 m0.8 s ＝10 m/s,0.5 s 内波向左传播的距离为10×0.5 m ＝5 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λ，周期为T .t ＝0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9A ．t ＝0时质点a 的速度比质点b 的大B ．t ＝0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，t ＝0时，a 在正向最大位移处，v ＝0，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t ＝0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λ＝2.0 m ，周期T ＝4 s ，振幅A ＝0.8 m ；乙图中显示t ＝0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v ＝λT＝0.5 m/s.答案 0.8 4 L 0.512．一列简谐横波沿x 轴正方向传播，在t ＝0时刻的完整波形如图11所示．当t ＝0.7 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t ＝0.7 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T ＝0.2 s ，再经T4，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 0.05 70三、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t ＝1.2 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x ＝2 m 处的质点在0～0.6 s 内的振动图像．解析 (1)该波的振幅A ＝0.1 m ，频率f ＝n t ＝2.5 Hz ，周期T ＝1f ＝0.4 s ．波速v ＝λf ＝5 m/s.(2)如图所示答案 (1)0.1 m 2.5 Hz 0.4 s 5 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T ＝0.4 s ，波长为λ＝4 m ，所以波速v ＝λT＝10 m/s.(2)从A 开始振动，设J 点开始起振经过时间t 1，则：t 1＝x AJ v ＝4.510 s ＝0.45 s ，设J 点向上起振后经t 2时间第一次到负向最大位移，则：t 2＝34T ＝0.3 s ，所以，所求时间：t ＝t 1＋t 2＝0.75 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1.0×105 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x ＝7.5×10－3 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)T ＝1f＝1.0×10－5s ，故所求图像如图所示．(2)由波形图读出波长λ＝15×10－3m ，由波速公式得v ＝λf① 鱼群与渔船的距离为x ＝12v t②联立①②式，代入数据得x ＝3 000 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s ab ＝6 m 的两质点，t ＝0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s 0＝4A ＝0.16 m ，1 s 内的周期数是n ＝1T ＝25,1 s内运动的路程s ＝ns 0＝4 m.(2)波由a 传向b 时，s ab ＝⎝⎛⎭⎫n ＋34λ.v ＝λf ＝6004n ＋3 m/s(n ＝1,2,3，…)；波由b 传向a 时，s ab ＝⎝⎛⎭⎫n ＋14λ，v ＝λf ＝6004n ＋1m/s(n ＝1,2,3，…) 答案 (1)4 m (2)6004n ＋3 m/s(n ＝1,2,3，…)或6004n ＋1 m/s(n ＝1,2,3，…)。