人教版高中物理选修1 第3章 机械波
一、单项选择题(共8小题;共32分)
1. 《枫桥夜泊》中有名句:‘‘姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船’’,其中,当钟声传到客船时,对大钟的撞击早已停止了,但仍感觉“余音未绝’’分析其原因可能是
A. 大钟的回声
B. 大钟在继续振动,空气中继续形成声波
C. 人的听觉发生“暂留”的缘故
D. 大钟停止振动,空气立即停止振动
2. 下列有关机械振动和机械波的说法不正确的是
A. 单摆在周期性外力作用下做受迫振动,其振动周期与单摆的摆长无关
B. 火车鸣笛向我们驶来时,我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高
C. 弹簧振子做简谐运动,若某两个时刻位移相同,则这两个时刻的速度也一定相同
D. 当水波通过障碍物,若障碍物的尺寸与波长差不多,或比波长小得多,将发生明显的衍射现象
3. 如图所示,当波源和障碍物都静止不动时,波源发出的波在障碍物处不能发生明显的衍射现象。下列措施可能使波发生较为明显的衍射现象的是
A. 增大波源的振动频率 B. 减小波源的振动频率
C. 增大障碍物的长度 D. 波源远离障碍物运动
4. 关于机械波,下列说法正确的有
A. 两列波相遇时,只要频率相等就一定能够观察到稳定的干涉现象
B. 缝、孔或障碍物的尺寸跟波长差不多,或者比波长更小时,才会发生明显的衍射现象
C. 当观察者与波源间发生相对运动时,一定会发生多普勒效应
D. 根据公式 ,机械波的频率越高,其传播速度越快
5. 图中所示的消声器可以用来削弱内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中产生的噪声。波长为 的声波沿水平管道自左向右传播,在声波到达 处时,分成上下两束波,这两束声波在 处相遇时分别通过 和 的路程,以下 和 的路程差的绝对值的取值可以达到良好的消声效果的是
A. B. C. D.
6. 一列沿 轴正方向传播的简谐横波在 时的波形如图所示,已知图中质点 振动的周期为 ,下列说法正确的是
A. 这列波的波速为
B. 时,质点 的速度沿 轴正方向
C. 时间内,质点 经过的路程为
D. 时,质点 的加速度沿 轴负方向
7. 在学校运动场上 直跑道的两端,分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器。两个扬声器连续发出波长为 的声波。一同学从该跑道的中点出发,向某一端点缓慢行进 。在此过程中,他听到扬声器声音由强变弱的次数为
A. B. C. D.
8. 波长相同的两列水波于某时刻的叠加情况如图所示,图中的实线和虚线分别表示波峰和波谷,此时
A. 、 连线中点速度为零
B. 、 连线中点振动加强
C. 再经过 周期, 、 两点振动减弱
D. 再经过 周期, 、 两点振动加强
二、双项选择题(共3小题;共12分)
9. 一振源 带动细绳上各点上下做简谐运动,从振源 起振时开始用频闪照相机对绳波进行频闪拍照,如图所示为频闪照相机每隔 拍摄一次所得到的频闪照片,通过照片测得绳波上 、 两点间的距离为 ,则下列说法中正确的是
A. 绳波的波长为
B. 绳波的波速为
C. 质点 的起振方向向下
D. 从振源 起振开始,经过 时绳波上 、 两点的振动方向相同
10. 如图所示, 、 是两列波的波源, 时,两波源同时开始垂直纸面做简谐运动。其振动表达式分别为 ,,产生的两列波在同一种均匀介质中沿纸面传播。 时 开始振动,已知 ,,则
A. 两列波的波速均为
B. 两列波的波长均为
C. 两列波在 点相遇时,振动总是减弱的
D. 以从波源 发出的波传播到 点时为计时起点, 点的振动方程为
11. 图甲为一列简谐横波在 时刻的波形图, 是平衡位置位于 处的质点, 是平衡位置位于 处的质点,图乙为质点 的振动图象,则
A. 在 时,质点 的速度方向沿 轴正方向
B. 质点 在 时位移为
C. 从 到 ,该波沿 轴正方向传播了
D. 从 到 ,质点 通过的路程为
三、多项选择题(共1小题;共4分)
12. 健身场上有一种时尚的运动器材“战绳“,健身者把两根绳子一端固定在 点上,用双手各自将绳子的另一端分别握住,然后根据锻炼的需要以不同的频率、不同的幅度上下抖动绳子,使绳子振动起来,从而达到健身的目的。某时刻,绳子形成的波形如图所示(还未传到 点),其中 、 是绳子上的两个点,下列说法正确的是
A. 健身者右手刚抖动时的方向向上
B. 无论右手如何抖动绳子, 、 两点的振动步调都不可能相反
C. 如果增大抖动的频率,绳子上的波形传播到 点的时间变短
D. 无论如何改变抖动的幅度,绳子上的波形传播到 点的时间都不变
四、解答题(共6小题;共78分)
13. 细绳的一端在外力作用下从 时刻开始做简谐运动,激发出一列简谐横波,在细绳上选取 个点,图()为 时刻各点所处的位置,图()为 时刻的波形图,此时波源到达正的最大位移处。请在图()中画出 时刻的波形图。
14. 某物体发出的声音在空气中的波长为 ,波速为 ,在海水中的波长为 。
(1)该波的频率为 ,在海水中的波速为 。
(2)若物体在海面上发出声音后以 的速度由海面向海底运动,则每秒通过的路程与该声波在海水中的波长之比为多少 接收到的回声的频率与波源的频率相比,是增大了还是减小了
15. 湖面上停放甲、乙两条船,它们相距 ,一列水波正在湖面上沿两船连线方向传播,观察到甲船总是在 内上下震荡 次,某时刻当甲船位于波峰时,乙船位于波谷,两船之间还有另一个波峰。求:
(1)这列水波的波长。
(2)这列水波在湖面上传播的速度。
16. 平衡位置位于原点 的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿水平 轴传播, 、 为 轴上的两个点(均位于 轴正半轴), 与 的距离为 ,此距离介于一倍波长与二倍波长之间,已知波源自 时由平衡位置开始向上振动,周期 ,振幅 。当波传到 点时,波源恰好处于波峰位置;此后再经过 ,平衡位置在 处的质点第一次处于波峰位置,求:
(1) 、 之间的距离;
(2)从 开始到平衡位置在 处的质点第一次处于波峰位置时,波源在振动过程中通过的路程。
17. 一列简谐横波的波形如图所示,实线表示 时刻的波形图,虚线表示 时刻的波形图,求:
(1)该简谐横波的振幅与波长各为多少
(2)若 ,波速可能为多大 ( 为周期)
18. 一简谐横波沿 轴正方向传播,在 时刻的波形如图所示,已知介质中质点 的振动周期为 ,此时 质点所在位置的纵坐标为 ,横坐标为 ,求:
(1)质点 在 时刻的振动方向。
(2)质点 在 到 时间内通过的路程。
(3)从 时刻开始在哪些时刻质点 会出现在波峰位置。
答案
第一部分
1. B
【解析】停止对大钟的撞击后,大钟做阻尼振动,仍在空气中形成声波;随着能量的减弱,钟声逐渐消失。
2. C
【解析】单摆在周期性外力作用下做受迫振动,其振动周期是由驱动力的周期决定的,与单摆的摆长无关,A正确,不符合题意;
火车鸣笛向我们驶来时,根据多普勒效应,我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高,B正确,不符合题意;
弹簧振子做简谐运动时,若某两个时刻位移相同,则这两个时刻的速度大小相等,方向可能相同,也可能相反,C错误,符合题意;
当水波通过障碍物时,若障碍物的尺寸与波长差不多,或比波长小得多,将发生明显的衍射现象,D正确,不符合题意。
3. B
【解析】波发生明显的衍射现象的条件为波的波长大于障碍物尺寸或与障碍物尺寸相差不多。机械波在介质中的传播速度 不变,增大波源的振动频率,由公式 可知,波长减小,则波不能发生明显的衍射现象,故A错误;机械波在介质中的传播速度 不变,减小波源的振动频率,由公式 可知,波长增大,则波可能发生明显的衍射现象,故B正确;增大障碍物的长度,则波不能发生明显的衍射现象,故C错误;波能否发生明显的衍射现象与波源和障碍物的相对运动无关,故D错误。
4. B
【解析】频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波相遇叠加时,才会发生稳定的干涉现象,故A错误;发生明显的衍射现象的条件是缝、孔或障碍物的尺寸跟波长差不多,或者比波长更小,故B正确;只有二者间有相对距离的变化时,才会发生多普勒效应,若观察者以波源为中心转动,则不会发生多普勒效应,故C错误;机械波的传播速度由介质决定,与频率无关,故D错误。
5. C
【解析】从 处分成的上下两束波为相干波,从 点到 点,当这两束波的路程差的绝对值为半波长的奇数倍时,这两束波在 点引起的振动减弱,从而削弱噪声,故选项C正确。
6. C
【解析】由图可知,波长为 ,由公式 可得 ,故A错误;由同侧法可知, 时,质点 的速度沿 轴正方向,故B错误;经过 即半个周期,质点 经过的路程为 ,故C正确;经过 即半个周期,质点 运动到 轴下方,则此时 质点的加速度方向沿 轴正方向,故D错误。
7. B
【解析】根据波的干涉的加强点和减弱点的条件,可知当某点与两个波源距离差为波长的整数倍时,该点为振动加强点,即声音加强点,由题可知,,所以这位同学距离跑道两端相差 的整数倍,也就是说这位同学每向前运动 ,就为一个声音加强点, 内共有 个点,故选B。
8. B
【解析】题图是两列频率相同的相干水波于某时刻的叠加情况,实线和虚线分别表示波峰和波谷,则 点是波谷与波谷的相遇点, 点是波峰与波峰的相遇点, 、 两点是波峰与波谷的相遇点,则 、 两点是振动加强的,且 、 连线上的点也是振动加强的, 、 两点是振动减弱的,由于加强点的振动总是加强的,减弱点的振动总是减弱的,则再经过 周期, 、 两点振动仍加强, 、 两点振动仍减弱,故选项B正确,C 、D错误; 点处于波谷,瞬时速度为零, 点位于波峰,瞬时速度也为零, 、 连线中点振动加强,但速度不一定为零,选项A错误。
第二部分
9. B, D
【解析】由频闪照片知, 、 之间的距离为 ,则 ,故波长为 ,选项A错误;频闪照相机每隔 拍摄一次,波源处的质点由平衡位置运动到正的最大位移处历时 ,则 ,,波速 ,选项B正确;各质点的起振方向与波源起振方向相同,都是向上,选项C错误;从振源 起振开始经过 后 质点开始振动,再经过 , 质点运动了 ,此时 质点在平衡位置上方向正的最大位移处运动,从振源 起振经过 点开始振动,再经过 , 质点运动了 ,此时 质点在平衡位置下方向平衡位置运动,故从振源 起振开始,经过 时绳波上 、 两点都向上运动,选项D正确。
10. A, C
【解析】两列波在同一种均匀介质中沿纸面传播,故两列波的波速相等,根据质点 开始振动的时间可得
,A正确;
由振动方程可得,两列波的周期 相同,,
故两列波的波长均为 ,B错误;
两波源到 点的路程差 ,
则 点为振动减弱点,故两列波在 点相遇时振动总是减弱的,C正确;
以 波传播到 点时作为计时起点, 波在 点引起的振动的振动方程为 , 波在 点引起的振动的振动方程为 , 点的振动方程为 ,D错误。
11. A, B
【解析】由振动图象知, 时, 处于平衡位置向下振动,根据上下坡法知,波沿 轴负方向传播,当 ,即从 开始经过 时,质点 在平衡位置下方向上振动,即速度方向沿 轴正方向,故A正确,C错误;根据乙图可知,质点 做简谐运动的表达式为 ,质点 在 时位移为 ,故B正确;由于 时 质点不在波峰、波谷或平衡位置,则经过 ,即经过 ,质点 经历的路程不等于 ,即不等于 ,故D错误。
第三部分
12. A, B, D
【解析】质点的起振方向与波源的起振方向相同,由上下坡法可知健身者右手刚抖动时的方向向上,故A正确;由图象可知 、 两点间相差一个周期, 、 两点的振动步调相同,故B正确;机械波的传播速度由介质决定,介质不变,波速不变,绳子上的波形传播到 点的时间不变,故C错误,D正确。
第四部分
13. 如图所示
【解析】设细绳上两点之间的水平距离为 ,依题意, 时刻波传播了 , 时刻,波传播的距离 ,将 时刻的波形向右平移 并补齐其余波形就得到了 时刻的波形。
14. (1) ;
【解析】波的频率 ,
波的频率不变,在海水中的波速 。
(2) ;增加了
【解析】物体由海面向海底运动,每秒通过的路程 ,每秒通过的路程与该声波在海水中的波长之比 ;物体由海面向海底运动,接收到的回声的频率与波源的频率相比,增加了。
15. (1)
【解析】两船平衡位置之间的距离为 ,这列水波的波长
。
(2)
【解析】甲船总是在 内上下震荡 次,则甲船的振动周期为 ,这列水波的周期等于船的振动周期,也为 ,这列水波在湖面上传播的速度 。
16. (1)
【解析】由题意知, 、 两点间的距离与波长满足 ,
波速与波长的关系为:,
在 时间内波传播的路程为 ,由题意有:,
解得:。
(2)
【解析】从 开始到平衡位置在 处的质点第一次处于波峰位置时,波源运动时间为 ,
波源由平衡位置开始运动,每经过 ,波源运动的路程为 ,由题意可知:,
故 时间内,波源运动的路程为 。
17. (1) ;
【解析】根据图象可以看出,振幅 ,波长
(2) 、
【解析】若波沿 轴正方向传播,从 到 ,
因 ,则波传播了 ,
波速 ,
代入数值解得 ,
若波沿 轴负方向传播,从 到 ,
因 ,则波传播了 ,
波速 ,
代入数值解得 。
18. (1) 沿 轴负方向
【解析】波沿 轴正方向传播,根据上下坡法可以判断 时刻质点 沿 轴负方向运动。
(2)
【解析】根据波的平移法可知,质点 从 时刻向下运动到平衡位置所需的时间等于波沿 轴正方向传播 所用的时间,,,波的传播速度为 ,, 由平衡位置运动到最低点再由最低点回到平衡位置经历的时间为 ,再经 到达 时刻所处的位置,则质点 在 到 时间内通过的路程 。
(3) ()
【解析】由题意知 时刻质点 向下振动,第一次到达波峰的时刻为:
,
质点 出现在波峰的时刻是:()。
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