2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第一册第三章 机械波 单元测试（word版含答案）

第三章 机械波 单元测试
一、单项选择题（本题共13小题，每小题3分，共39分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）
1．某同学在研究机械波的形成与传播规律时，将一根粗细均匀的弹性绳右端固定在墙上。手握着绳子左端S点上下振动，产生向右传播的绳波，某时刻的波形如图所示。下列说法中正确的是（　　）
A．此时刻质点P向上运动
B．手的起振方向向上
C．手振动的频率逐渐增大
D．波的传播速度不变
2．关于简谐波，下面说法中错误的是（　　）
A．波动的产生需要两个条件，即波源和传播波的介质
B．波动过程是质点由近向远传递的过程
C．波动过程是能量传递的过程
D．波动过程中质点本身不随波发生迁移
3．一位游客在济南大明湖边欲乘坐游船，当日风浪较大，游船上下浮动。可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为，周期为，当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐。地面与甲板的高度差不超过时，游客能舒服地登船，则在一个周期内，游客能舒服登船的时间是（　　）
A． B． C． D．
4．关于机械波中的横波和纵波，下列说法正确的是（　　）
A．对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反
B．对于横波，质点的振动方向与波的传播方向有时会相同
C．形成纵波的质点随波一起迁移
D．空气介质只能传播横波
5．一列简谐横波沿x轴方向传播，某时刻的波形如图所示，关于波的传播方向与质点a、b的运动情况，下列叙述中正确的是（　　）
A．若波沿x轴正方向传播，a运动的速度将增大
B．若波沿x轴正方向传播，a运动的加速度与速度都将减小
C．若波沿x轴负方向传播，b将向方向运动
D．若波沿x轴负方向传播，b将向方向运动
6．手抓住绳的一端上下振动，产生沿绳传播的机械波，改变手的振动频率，某时刻的波形图如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．随着手的振动频率改变，绳波的波长逐渐增大
B．随着手的振动频率改变，绳波的波速逐渐增大
C．随着手的振动频率改变，绳波的波速逐渐减小
D．手的振动频率在逐渐增大
7．一振动周期为T，振幅为A，位于x=0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐振动，该波源产生的一维简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v，传播过程中无能量损失，一段时间后，该振动传播至某质点P，关于质点P振动的说法正确的是（　　）
A．速度的最大值一定为v
B．一个周期内运动的路程为4A
C．一个周期内沿x轴正方向运动的位移大小为vt
D．开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离
8．一列简谐横波沿直线AB传播，已知A、B两质点平衡位置间的距离是3m，且在某一时刻，A、B两质点的位移均为零，A、B之间只有一个波峰，则这列横波的波长不可能是（　　）
A．3m B．6m C．2m D．4m
9．下列关于机械波的说法中，正确的是（　　）
A．某一频率的声波，从空气进入水中时，波长和频率均增大
B．产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化
C．在四分之一周期内，介质的质点所通过的路程一定等于一个振幅
D．发生干涉现象时，介质中振动加强点，振动的振幅最大，减弱点振幅可能为零
10．两辆汽车甲与乙，在时刻，分别距十字路O处的距离为和。两车分别以速率和沿水平的、相互正交的公路匀速前进，如图所示。汽车甲持续地以固定的频率鸣笛，则在任意时刻t汽车乙的司机所检测到的笛声频率将如何变化（已知声速为u，且有、）（　　）
A．当两车均向O运动（在到达O之前）时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低
B．当两车均向O运动（在到达O之前）时，观察者接收到的频率可能等于波源发出的频率
C．当两车均向远离O的方向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低
D．当两车均向远离O的方向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高
11．如图所示，在水槽中放两块挡板，挡板中间留一个狭缝，观察水波经过狭缝后的传播情况。已知水波的波长不变，但狭缝的宽度不同，甲图狭缝较宽，乙图狭缝较窄。下列说法正确的是（　　）
A．机械波经过狭缝后均沿直线传播
B．甲图狭缝宽度比波长大得较多，衍射现象比较明显
C．乙图狭缝宽度跟波长相差不大，衍射现象比较明显
D．甲、乙两图中波的衍射现象均不明显
12．一列简谐横波在时刻的波形如图甲所示，位于平衡位置的质点A、B，介质中B质点的振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．该波沿x轴负向传播
B．A、B两点的速度和位移有可能在某个时刻均相同
C．再经过0.3s，B质点通过的总路程为0.1m
D．若此波遇到一个宽0.3m的障碍物，则能发生明显衍射
13．如图所示、S1和S2是两个振幅、振动频率、相位均相同的波源，分别位于一等腰直角三角形的两个顶点A、B，∠C=90°，波源振动方向垂直纸而在介质中传播的波长为，AB之间的距离为4，则下列说法正确的是（　　）
A．线段AC上有5个振动减弱点
B．A、B连线的垂直平分线上的点振幅均为0
C．两波源的周期均变为原来的6倍，则两波源在线段AC上不存在振动减弱点
D．减小波源的频率，线段AB上相邻加强点之间的距离增大
二、多项选择题（本题共3小题，每小题4分，12分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．）
14．如图所示是一列简谐横波在t = 0 s时的波形图，A、B、C为介质中的三个质点，此时质点B沿y轴正方向运动，且经过Δt = 0.05 s第一次到达波峰。下列说法正确的是（　　）
A．该波沿x轴负方向传播
B．该波的传播速度为10 m/s
C．A比C先回到平衡位置
D．在Δt =0.05s内，A的路程比C的小
E.以t = 0 s为计时起点，质点B的振动方程为
15．如图所示，S1、S2为两个振动情况完全一样的波源，两列波的波长都为λ，它们在介质中产生干涉现象，S1、S2在空间共形成6个振动减弱的区域（图中虚线处），P是振动减弱区域中的一点，从图中可看出（　　）
A．P点到两波源的距离差等于2λ
B．P点始终不振动
C．P点此时刻振动最弱，过半个周期后，振动变为最强
D．当一列波的波峰传到P点时，另一列波的波谷也一定传到P点
16．如图所示为一列沿x轴传播的简谐横波在某时刻的波形图，该时刻质点P和质点Q偏离平衡位置的位移均为1cm，从该时刻开始计时，质点P比质点Q提前=0.2s回到平衡位置，则下列说法正确的是（　　）
A．该波沿x轴负方向传播
B．该波的传播速度大小为2cm/s
C．质点P在波峰时，质点Q的位移一定为-1cm
D．质点P在平衡位置时，质点Q的位移一定为cm
E.质点P和质点Q在沿y轴方向上的最大距离为cm
三、填空题
17．（4分）一根均质绳，右端固定，一人拿着左端的S点上下振动，t＝0时刻起振，产生一列向右传播的机械波，某时刻该波的波形如图所示。已知波源的振动周期为T，分析可知波源已振动的时间为__________，波源的起振方向__________（选填“向上”或“向下”）
18．（4分）简谐横波某时刻的波形如图所示，P为介质中的一个质点，波沿x轴的正方向传播。质点P此时刻的速度沿y轴______________（选填“正方向”或“负方向”）再过半个周期时，质点P的位移为___________（选填“正值”或“负值”）。
19．（4分）如图所示，操场上的喇叭正在播放音乐，有高音也有低音。小红同学走到离操场不远的教学大楼后面，此时已经完全看不到操场上的喇叭了，但依然可以听到喇叭的声音，这是声波的____（选填“干涉”或“衍射”）现象；小红同时发现，喇叭播放的音乐声有所减弱，但____（选填“高音”或“低音”）部分减弱得较明显一些。
20．（6分）频率均为4Hz的两个波源S1和S2振动方向和初始相位均相同，分别置于均匀介质中x轴上的 O、D 两点处，O点为坐标轴原点，D点的位置坐标xD=1.20m，两波源产生的简谐横波沿直线x轴相向传播，波速为4m/s。已知质点A、B、C的位置坐标分别为xA=0.10m、xB=0.35m、xC=0.60m，如图所示。则这两列波在介质中____（选填“能”或“不能”）发生干涉现象；A、B、C三个质点中，质点____是振幅最大的点，质点____是振幅最小的点。
四、解答题
21．（8分）如图所示，实线是某时刻的波形图，虚线是0.3s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，求它可能的传播速度。
22．（11分）两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x轴0.2m和1.2m处，两列简谐横波的波源的振动频率均为0.5Hz，波源的振幅A均为4cm。如图为t=0时刻两列波的图像，此刻平衡位置在x轴0.2m和0.8m的P、Q两质点开始振动。质点M、N的平衡位置分别处于x轴0.5m和0.6m处。求：
（1）两列简谐横波的波长、周期及波速；
（2）向右传播的简谐横波从t=0时刻计时需多久传播到N点；
（3）0~3.5s内质点M运动的路程。
23．（12分）如图所示，在操场平面内建立平面直角坐标系，平面内有一半径为R=10m的圆形轨道，圆心在O处，A、B分别为圆上两点。现于A（-10m，0）、B（10m，0）两点分别安装了两个扬声器。两个扬声器连续振动发出简谐声波，其振动图像如下图所示。已知声波在空气中的传播速率为v=340m/s，两波频率均为f=85Hz，振幅相等。试求：
（1）一同学从B点沿直线运动到A点（不含A、B点），该同学有几次听不到声音；
（2）一同学从B点沿圆轨道逆时针运动半周到A点（不含A、B点），该同学听不见声音的点的位置坐标方程。
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．D
【详解】
A．波向右传播，则此时刻质点P向下运动，故A错误；
B．此时刻，刚开始运动的质点向下运动，则波源的起振方向向下，故B错误；
CD．由图可知，波长逐渐增大，而波速由介质决定是不变的，根据
则周期逐渐增大，则频率逐渐减小，故C错误，D正确。
故选D。
2．B
【详解】
A．波动的产生需要两个条件，即一个是要有波源，再一个是要有传播波的介质，A正确，不符合题意；
BD．波动过程是振动形式由近向远传递的过程，质点只在平衡位置附近振动，质点本身不随波向远处迁移，B错误，符合题意，D正确，不符合题意；
C．波动过程是能量传递的过程，C正确，不符合题意。
故选B。
3．C
【详解】
把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，从船上升到最高点时计时，其振动方程为
代入得
当y=7.5cm时，可解得
故在一个周期内，游客能舒服登船的时间是
故选C。
4．A
【详解】
A．波的传播方向和质点的振动方向在一条直线上的为纵波，有时相同，有时相反，A项正确；
B．波的传播方向和质点的振动方向垂直的为横波，B项错误；
C．质点不会随着的波的传播而发生迁移，C项错误；
D．空气介质只能传播纵波，D项错误。
故选A。
5．C
【详解】
AB．根据同侧法可知，若波沿x轴正方向传播，质点a向-y方向运动，远离平衡位置，则速度将变小，回复力增大，则加速度增大，故AB错误；
CD．根据同侧法可知，若波沿x轴负方向传播，质点b向+y方向运动，故C正确，D错误。
故选C。
6．D
【详解】
由图可知随着手的振动频率改变，绳波的波长逐渐减小，但由于传播介质不变，所以波速不变，根据
可知手的振动频率逐渐增大，故ABC错误，D正确。
故选D。
7．B
【详解】
A．质点P振动的速度最大值与波速之间并没有必然联系，所以速度的最大值不一定为v，故A错误；
B．质点P在一个周期内运动的路程为4A，故B正确；
C．质点只在平衡位置附近振动，不会沿波的传播方向移动，故C错误；
D．质点P开始振动的方向一定与波源的起振方向相同，与它离波源的距离无关，故D错误。
故选B。
8．D
【详解】
因为AB之间只有一个波峰，所以可能AB相距二分之一个波长距离，即
还可能AB相距正好一个波长距离，即
可能AB相距个波长距离，即
结合选项可知这列横波的波长不可能是4m，故选D。
9．D
【详解】
A．某一频率的声波，从空气进入水中时，频率不变，波速变大，则波长增大，选项A错误；
B．产生多普勒效应的原因是当波源与观察者的位置发生变化时，观察者接收到的波的频率发生了变化，选项B错误；
C．只有当质点从平衡位置，或者从波峰波谷位置开始振动时，在四分之一周期内，介质的质点所通过的路程才等于一个振幅，选项C错误；
D．发生干涉现象时，介质中振动加强点，振动的振幅最大，减弱点振幅可能为零，选项D正确。
故选D。
10．C
【详解】
根据多普勒效应可知，当两车均向O运动（在到达O之前）时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高；当两车均向远离O的方向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低，故ABD错误，C正确。
故选C。
11．C
【详解】
A．机械波在传播过程中遇到狭缝后都会发生衍射现象，当发生衍射时，机械波就会传播到本该是“阴影”的区域，不再沿直线传播，A项错误；
BCD．观察两幅图可以发现，题图乙中机械波的波长跟狭缝的宽度相差不大，此时衍射现象明显，C项正确，B、D项错误。
故选C。
12．D
【详解】
A．由乙图可知，B质点在时刻向上振动，据“同侧法”可知，该波沿x轴正向传播，A错误；
B．A、B两点的平衡位置相距半个波长，振动情况总是相反，B错误；
C．由乙图可知，振动周期为0.4s，再经过0.3s，即，B质点通过的总路程为3A，即0.3m，C错误；
D．当障碍物跟波长相差不多或比波长小时会发生明显的衍射现象，由甲图可知，波长为0.4m，若此波遇到一个宽0.3m的障碍物，则能发生明显衍射，D正确。
故选D。
13．D
【详解】
A．和是两个振幅相同、振动频率相同、相位相同的波源，所以到波源的波程差为半波长偶数倍的点为加强点，半波长奇数倍的点为减弱点，点波程差为0
则
n=0
则可得为加强点，A点波程差为，则
解得
可得A为加强点，相邻加强点之间有一个减弱点，当n等于1,3,5,7,时，为减弱点，所以线段之间有4个减弱点，故A错误；
B．A、连线的中垂线上的点到波源波程差为0，均为加强点，振幅并不是均为0，故B错误；
C．机械振动在介质中传播的速度仅由介质决定，两波源的周期均变为原来的6倍，则波长变为越来的6倍，线段之间波程差最大为，最小为0，存在点的波程差为，为一倍的半波长，此点为振动减弱点，故C错误；
D．减小波源的频率，即增大周期，波长增大，线段上相邻加强点之间的距离变大，故D正确。
故选D。
14．BDE
【详解】
A．t=0时刻，B质点沿y轴正方向运动，根据波的平移可知，波沿x轴正方向传播。故A错误；
B．由题可知
波速
故B正确；
C．此时A沿y轴正方向运动，C沿y轴负方向运动，所以C比A先回到平衡位置。故C错误；
D．在Δt=0.05s内，A先沿y轴正方向减速运动，再沿y轴负方向加速运动，C先沿y轴负方向加速运动，再沿y轴负方向减速运动，定性分析可知，A在位移最大值附近运动速度比较小，C在平衡位置附近运动速度比较大，A的路程比C的路程小。故D正确；
E．以t =0为计时起点，B的振动方程
故E正确。
故选BDE。
15．BD
【详解】
A．振动减弱点到两波源的距离差等于半波长的奇数倍，A错误；
B．两波源振动情况相同，故P点振幅为零，B正确；
C．振动减弱，始终减弱，C错误；
D．在P点合位移为零，故其中一列波的波峰传播到P点时，另一列波的波谷也传播到P点，D正确。
故选BD。
16．BCE
【详解】
A．质点P比质点Q提前回到平衡位置，说明图示时刻P质点的运动方向向下，则知波的传播方向沿x轴正方向，选项A错误；
B．设质点P的平衡位置为x，质点P偏离平衡位置的位移为1cm，则有
即
所以
解得
所以质点P和质点Q之间的距离为0.4cm，平衡位置的状态从P传播到Q用时0.2s，所以该波的波速大小为
选项B正确；
C．作出质点P在波峰时的波形如图：
根据图形和图像关系可知质点Q在y=-1cm处，选项C正确；
D．质点P在平衡位置且沿y轴正方向运动时，波形如图：
对质点P有
对质点Q有
联立解得
y＝－cm
即质点Q在y＝－cm处，选项D错误；
E．如图，根据图形和图像关系可知当x＝0.3cm处的质点位于平衡位置时，P、Q沿y方向的距离最大为2cm，选项E正确。
故选BCE。
17．1.5T 向上
【详解】
由波形图可知，波向前传播了1.5个波长，则可知波源已振动的时间为1.5T；
根据“同侧法”可知，波源的起振方向上。
18．正方向 负值
【详解】
波沿x轴正方向传播，波形向右平移，可知P点正沿y轴正方向运动；
再过半个周期时，P点运动到关于x轴对称的位置，位移为负值。
19．衍射 高音
【详解】
小红位居教学大楼的后面，完全看不到播放音乐的喇叭，但依然可以听到喇叭的声音，这是声波的衍射现象；声波在空气中传播的速度一定，低频部分的波长较长，高频部分的波的波长较短，在绕过教学大楼时，高频部分的波发生衍射的衍射现象现象不如低频部分的波发生的衍射现象明显，故高音部分减弱得较为明显。
20．能 A和C B
【详解】
波源产生的两列波频率和初始相位相同，故在介质中相遇时能发生干涉现象。
[2]根据
v=λf
可得
λ=1m
质点C和质点A到两个波源的波程差均等于半波长的偶数倍，故均为振动加强点，
质点B到两个波源的波程差等于0.5 m，即，等于半波长的奇数倍，故B质点为振动减弱点。
21．（1），0.4s；（2）
【详解】
（1）波向左传播，传播的时间为
所以
最大周期为
（2）波向右传播
而，所以
22．（1），，；（2）；（3）
【详解】
（1）由图易知波长
则波速为
（2）由时间与传播距离和波速的关系为
（3）两列波同时传到M点，传播到M点所需的时间为
两列波在M点的振动步调一致，故振动过程的位移为两者的矢量和，M点的振幅为两者振幅之和，即
剩余的时间2s为一个周期，一个周期内走过4A总的路程为
23．（1）9次；（2）；且（n=0，±1，±2，±3…）
【详解】
(1)波长为
因为振源反向振动，故当波程差
时，听不到声音，设该同学到O点的距离为x，则
（n=0，±1，±2，±3…）
即
（n=0，±1，±2，±3…）
满足上式时，听不到声音，当n=0时，x=0；当n=±1时，x=±2m；当n=±2时，x=±4m；当n=±3时，x=±6m；当n=±4时，x=±8m；共9次听不到声音；
(2)设听不到声音的坐标为（x，y），则有
即
且
（n=0，±1，±2，±3…）答案第1页，共2页
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