人教版高中物理选修3-4第十二章 机械波单元测试含答案

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人教版物理选修3-4第十二章机械波单元测试
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间90分钟。

分卷I
一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.一列简谐机械横波沿x轴正方向传播，波速为2 m/s.某时刻波形如图所示，a、b两质点的平衡位置的横坐标分别为x a＝
2.5 m，x b＝4.5 m，则下列说法中正确的是()
A．质点a振动的周期为6 s
B．平衡位置x＝10.5 m处的质点(图中未画出)与a质点的振动情况总相同
C．此时质点a的速度比质点b的速度大
D．经过个周期，质点a通过的路程为2 cm
2.下图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()
A． 2与1的波长、频率相等，波速不等
B． 2与1的波速、频率相等，波长不等
C． 3与1的波速、频率、波长均相等
D． 3与1的频率相等，波速、波长均不等
3.如图所示，图中O点是水面上一波源，实线、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B 是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于()
A．整个区域
B．阴影Ⅰ以外区域
C．阴影Ⅱ以外区域
D．上述选项均不对
4.一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如图2所示．P为介质中的一个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度v和加速度a的大小变化情况是()
图2
A．v变小，a变大
B．v变小，a变小
C．v变大，a变大
D．v变大，a变小
5.沿x轴正向传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波形如图所示，M为介质中的一个质点，该波的传播速度为40 m/s，则t＝s时()
A．质点M对平衡位置的位移一定为负值
B．质点M的速度方向与对平衡位置的位移方向相同
C．质点M的加速度方向与速度方向一定相同
D．质点M的加速度方向与对平衡位置的位移方向相同
6.如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图，已知图中质点a的起振时刻比质点c延迟了3 s，b 和c之间的距离是2.5 m，以下说法正确的是()
A．此列波的波长为5 m
B．此列波的频率为2 Hz
C．此列波的波速为2.5 m/s
D．此列波的传播方向为沿x轴负方向传播
7.如图所示，实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，x＝4 cm处的质点P恰在平衡位置，虚线是这列波在t＝0.2 s时刻的波形图．已知该波的波速是0.8 m/s，则下列说法正确的是()
A．这列波可能是沿x轴正方向传播的
B．质点P在t＝0时刻速度方向沿y轴正方向
C．质点P在0.6 s时间内经过的路程为0.32 m
D．质点P在t＝0.4 s时刻速度方向与加速度方向相同
8.关于多普勒效应，下列说法中不正确的是()
A．发生多普勒效应时波源的频率保持不变
B．要发生多普勒效应，波源和观察者间必须有相对运动
C．只有声波会发生多普勒效应
D．机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应
9.图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象．则下列说法正确的是()
A．该波的速度为1.6 m/s，沿x轴负方向传播
B．该波的速度为20 m/s，沿x轴正方向传播
C．经过0.2 s，质点P沿x轴的正方向迁移了4 m
D．经过0.1 s，质点Q的运动方向沿y轴正方向
10.一列简谐波沿x轴正方向传播，在t＝0时刻的波形如图所示，已知波的速度为10 m/s.则t＝0.2 s时刻正确的波形应是下图中的()
A．
B．
C．
D．
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)下列关于简谐振动和简谐机械波的说法中，正确的是()
A．弹簧振子的周期与振幅有关
B．横波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定
C．单位时间内经过介质中某一点的完全波的个数就是这列简谐波的频率
D．在波传播方向上的某个质点的振动速度就是波的传播速度
12.(多选)如图是一张蜻蜓点水的俯视照片，该照片记录了蜻蜓连续三次点水过程中激起的波纹，其形状如图所示．由图中可以得出()
A．蜻蜓的飞行方向向左
B．蜻蜓的飞行方向向右
C．蜻蜓飞行速度比水波传播的速度大
D．蜻蜓飞行速度比水波传播的速度小
13.(多选)如图所示，一列简谐横波在x轴上传播，实线和虚线分别表示前后间隔1 s的两个时刻的波形图，则这列简谐波的波速可能是()
A． 0.60 m/s
B． 0.75 m/s
C． 1.05 m/s
D． 1.15 m/s
14.(多选)波长为60 m和17 m的两列声波在空气中传播时，下列叙述正确的是()
A．波长60 m的声波比17 m的声波传播速度慢
B．波长60 m的声波比17 m的声波频率小
C．波长60 m的声波比17 m的声波易发生明显衍射
D．波长60 m的声波不能被反射
分卷II
三、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)
15.如图所示，实线是某时刻的波形图，虚线是0.2 s后的波形图．
(1)若波向左传播，求它的可能周期和最大周期；
(2)若波向右传播，求它的可能传播速度；
(3)若波速是45 m/s，求波的传播方向．
16.一根弹性绳沿x轴方向放置，左端在原点O，用手握住绳的左端使其沿y轴方向做周期为1 s的
简谐运动，于是在绳上形成一列简谐波，如图所示．求：
(1)若从波传到平衡位置在x＝1 m处的M质点时开始计时，那么经过的时间Δt等于多少时，平衡位置在x＝4.5 m处的N质点恰好第一次沿y轴正向通过平衡位置，在图中准确画出当时弹性绳上的波形．
(2)从绳的左端点开始做简谐运动起，当它通过的总路程为88 cm时，N质点振动通过的总路程是多少？
17.波源S1和S2振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的OA两点处，OA＝2 m，如图所示．两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，速度为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同．求：
(1)简谐横波的波长；
(2)OA间合振动振幅最小的点的位置．
18.一列简谐横波沿x轴正方向传播，周期为T＝2 s，t＝0时刻的波形如图所示．此刻，波刚好传到x1＝6 m处，求：坐标x2＝10 m处的质点，经多长时间第一次经过平衡位置向y轴负方向运动？
答案解析
1.【答案】B
【解析】质点的振动周期为T＝＝s＝4 s，A错误；平衡位置x＝10.5 m处的质点与a质点相差一个波长，所以它们的振动情况总相同，B正确；因为此时刻a质点离平衡位置比b质点离平衡位置较远，所以此时质点a的速度比质点b的速度小，C错误；根据a点的位置，则经过个周期，质点a通过的路程小于2 cm，选项D错误．
2.【答案】D
【解析】波线1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波线1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝得波长不同，故C错，D对．
3.【答案】B
【解析】从题图中可以看出挡板A比水波波长大的多，因此波不会绕过挡板A，而小孔B的大小与波长差不多，能发生明显的衍射现象，故B正确．
4.【答案】D
【解析】由波的传播方向及P质点位置，可知P质点此时正向平衡位置振动，速度增大，加速度减小．
5.【答案】C
【解析】由图读出波长为λ＝4 m，则该波的周期为T＝＝0.1 s，t＝s时为周期，t＝0时刻质点M的速度方向向上，所以t＝s时M对平衡位置的位移为正值，速度方向向下，为负值，A、B错；简谐振动的质点加速度方向与位移方向始终相反，故t＝s时M的加速度方向向下，与速度方向相同，C对，D错．
6.【答案】D
【解析】由图知，b和c之间的距离等于波长，则λ＝2.5 m，故A错误；由题，3 s＝(1＋)T，T ＝2 s，频率f＝0.5 Hz，故B错误；波速为v＝λf＝1.25 m/s.故C错误；质点a的起振时刻比质点c 延迟了3 s，说明波沿x轴负方向传播，故D正确．
7.【答案】C
【解析】据题意，该机械波的周期为T＝＝0.15 s，0.2 s＝T，在这段时间内波平移的距离为16 cm，所以这列波只能沿x轴负方向传播，质点P从0时刻开始先向下振动，A、B选项错误；0.6 s ＝4×0.15 s＝4T，所以0.6 s内质点P经过的路程为x＝4×4A＝0.32 m，则C选项正确；0.4 s＝2×0.15＋0.1＝2T＋0.1，而0.1 s处于～之间，此过程质点处于已通过平衡位置向上运动的过程中，加速度方向向下，所以D选项错误．
8.【答案】C
【解析】多普勒效应是一种现象，发生多普勒效应时，波源的频率没有发生改变，波源与观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的波的频率发生变化，而且机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应，本题选不正确的，故选C.
9.【答案】B
【解析】简谐横波的波长λ＝4 m，T＝0.2 s，则波速v＝＝20 m/s，A错，B对；根据简谐波“前带后，后随前”带动原则可知：该波沿x轴正方向传播；质点不“随波逐流”，所以C错误；质点Q 此时向上振动，经过0.1 s，即半个周期后质点Q的运动方向沿y轴负方向，D错．
10.【答案】A
【解析】由波形图可知波长λ＝4.0 m，周期T＝＝0.4 s，再经过半个周期即t＝0.2 s时刻x＝0处质点位于波谷位置，A正确．
11.【答案】BC
【解析】弹簧振子的周期与振幅无关，这种性质叫等时性，故A错误；波速与介质的性质有关，
与波源无关，同一种波在同一介质中速度是相同的，故B正确；波源的振动以波的形式传播出去，波的频率等于介质中各质点的振动频率，单位时间内经过介质中某点的完全波的个数，就是这列简谐波的频率，故C正确；在波传播方向上的某个质点做简谐运动，速度是周期性变化的，而在同一均匀介质传播的波，传播过程中速度不变，两者之间没有关系，故D错误．
12.【答案】BC
【解析】由图象知，蜻蜓连续三次点水过程中激起的波纹，圆圈越小，则时间越短，所以飞行方向则为从大圆到小圆；若蜻蜓飞行的速度和水波的速度相同，那么蜻蜓的每一次点水的时候都会是在上一个水波的边线上，而第二个水波和第一个水波都在以相同的速度运动，所以每个圆都应该是内切的．然而图中则说明蜻蜓飞行的速度比水波的速度大．
13.【答案】BC
【解析】由题图可知波长为：λ＝60 cm＝0.6 m．若波沿x轴正方向传播，传播的距离为：x1＝(n ＋)λ(n＝0,1,2，…)，波速为：v1＝＝m/s＝(0.6n＋0.15) m/s(n＝0,1,2，…)，当n＝1时，v1＝0.75 m/s，故B正确；若波沿x轴负方向传播，传播的距离为：x2＝(n＋)λ(n＝0,1,2，…)，波速为：v2＝＝m/s＝(0.6n＋0.45) m/s(n＝0,1,2，…)，当n＝1时，v2＝1.05 m/s，故C正确．14.【答案】BC
【解析】不管波长长度为多少，声波在空气中的传播速度都约为340 m/s，由波长、声速、频率关系可知f＝，波长越长，频率越小，所以A错误，B正确．由发生明显衍射的条件可知，波长较长，发生明显衍射较容易，C正确．任何波都可以发生反射，D错误．
15.【答案】(1)s(n＝0,1,2，…)0.27 s(2)5(4n＋1) m/s(n＝0,1,2，…)(3)向右
【解析】(1)若波向左传播，传播的时间为Δt＝T＋nT(n＝0,1,2，…)，所以T＝＝4×s＝s(n＝0,1,2，…)，最大周期为T max＝s≈0.27 s.
(2)若波向右传播，Δt＝＋nT(n＝0,1,2，…)
所以T＝s(n＝0,1,2，…)，而λ＝4 m
所以v＝＝5(4n＋1) m/s(n＝0,1,2，…)．
(3)若波速是45 m/s，设波向右传播，由上问求得的向右传播的波速公式得：45 m/s＝5(4n＋1) m/s，解得n＝2.故假设成立，因此波向右传播．
16.【答案】(1)2.25 s
(2)16 m
【解析】(1)由波的传播特性和波动图象知，波长λ＝2 m
波从x＝1 m传至x＝4.5 m处的N质点需要的时间t＝T
此时x＝4.5 m处的质点正向y轴负方向运动
x＝4.5 m处的N质点恰好第一次沿y轴正向通过平衡位置还需，因此Δt＝T＝ 2.25 s
此时波形如图：
(2)由图知，振幅A＝ 8 cm
质点在一个周期内通过的路程为4A＝ 32 cm
O质点通过88 cm的路程共经过的时间为T
从x＝0 m传至x＝4.5 m处的N质点需要时间t1为T
质点N运动的时间为T
所以质点N振动通过的总路程为2A＝ 16 cm.
17.【答案】(1)1 m(2)0.25 m0.75 m 1.25 m 1.75 m
【解析】(1)设简谐横波的波长为λ，频率为f，波速为v，则λ＝1 m
(2)以O为坐标原点，设P为OA间任意一点，其坐标为x，则两波源到P点的波程差
Δl＝x－(2－x)，0≤x≤2，
其中x、Δl以m为单位，合振动的振幅最小的点的位置满足
Δl＝(k＋)λ为整数，
联立得x＝0.25 m,0.75 m,1.25 m,1.75 m.
18.【答案】3 s
【解析】由图可知波长λ＝4 m
波速为：v＝＝2 m/s
波从x1＝6 m传到x2＝10 m处需要的时间t1＝＝＝2 s
x2＝10 m处的质点还需要经过T＝1 s的时间，第一次经过平衡位置向y轴负方向运动所以总共需要的时间t＝t1＋T＝3 s.。