第三章机械波综合训练-2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册（word版含答案）

第三章机械波
一、选择题（共15题）
1．以下对机械波的认识正确的是( )
A．形成机械波一定要有振源和介质
B．振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同
C．横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移
D．机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动
2．如图，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在空间共形成了5个振动加强的区域，如图中实线所示．P是振动加强区域中的一点，从图中可看出（）
A．P点到两波源的距离差等于
B．S1的传播速度大于S2的传播速度
C．P点此时刻振动最强，过半个周期后，振动变为最弱
D．当一列波的波峰传到P点时，另一列波的波峰不一定传到P点
3．如图所示，在平静水面上，为波源，M、为两块挡板，其中M板固定，N板可上下移动，两板中间有一狭缝，此时观察不到A点的振动，为了能观察到A点的振动，可采用的办法是（　　）
A．增大波源的频率 B．将波源S向左移动一些
C．将N板向上移动一些 D．将N板向下移动一些
4．下列关于振动和波的说法，正确的是（　　）
A．声波在空气中传播时，空气中各点有不相同的振动频率
B．声波容易绕过障碍物传播是因为声波波长较长，容易发生衍射
C．水波在水面上传播时，水面上各点沿波传播方向移动
D．当两列波发生干涉时，如果两列波波峰在某质点相遇，则该质点位移始终最大
5．如图，一列简谐横波沿轴正方向传播，实线为时的波形图，虚线为时的波形图。已知该简谐波的周期大于。下列说法正确的是（　　）
A．该简谐波质点运动的周期为
B．时，质点处于平衡状态
C．时，质点动能为零
D．从到的时间内，质点经过的路程为
6．关于多普勒效应，下列说法中正确的是（　　）
A．当波源与观察者都运动时，才会发生多普勒效应
B．当波源与观察者运动的速度相同时，不会发生多普勒效应
C．只有机械波才能发生多普勒效应
D．只要波源运动，就一定会发生多普勒效应
7．如图所示，让小球P一边贴水面每秒振动5次，一边沿x轴正方向匀速移动，O点是它的初始位置．图示为观察到的某一时刻的水面波，图中的实线表示水面波的波峰位置，此时小球P处于波峰位置，激起的第一个波峰刚好传到40 cm处，那么水面波的传播速度及小球P匀速移动的速度分别是(　　)
A．0.05 m/s；0.025 m/s
B．0.1 m/s；0.1 m/s
C．0.15 m/s；0.125 m/s
D．0.2 m/s；0.1 m/s
8．沿x轴正方向传播的一列横波t=0时刻的波形如图所示，其波速为200 m/s，下列说法正确的是（　　）
A．从t=0时刻开始，质点b比质点a先到达平衡位置
B．从t=0时刻开始，经0.01 s质点a通过的路程为0.2 m
C．从t=0时刻开始，经0.01 s质点a沿x轴正方向传播了2 m
D．若该波传播过程中遇到宽约3 m的障碍物，能发生明显的衍射现象
9．两波源、的振动频率均为，在同一均匀介质中的传播速度。下列说法正确的是
A．介质中一点P到波源的距离为，到波源的距离为，两列波在P点引起的振动总是加强的
B．介质中一点P到波源的距离为，到波源的距离为，两列波在P点引起的振动总是减弱的
C．若两波源振动情况始终相反，相遇时不能形成进干涉图样
D．若两波源振动情况始终相同，相遇时能形成进干涉图样
10．如图所示，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K是弹性介质中一些质点的平衡位置，相邻两质点的平衡位置间的距离都是0.1m。质点A从t=0时刻开始沿y轴正方向（竖直向上）做简谐运动，振幅为5cm，经过0.1s，质点A第一次到达最大位移处，此时波恰好传到质点C，则下列说法正确的是（　　）
A．t=0.4s时刻，质点E已经运动的路程为10cm
B．t=0.4s时刻的波形图如图所示
C．t=0.45s时刻质点E正好处在其平衡位置的正上方
D．若质点A起振的同时，质点K也以相同的频率向y轴正方向开始做简谐运动，则振动稳定后，质点E为振动加强点
11．将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳，它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端，同时用相同频率和振幅上下持续振动，产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同，分别得到了如图甲和乙所示的波形。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中两手开始振动时的方向并不相同
B．甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置
C．乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形
D．乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形
12．如图为一列沿轴正方向传播的简谐横波在时刻的波形图（振动刚传到处），已知该波的周期为，、、为沿波传播方向上的质点，则下列说法中正确的是（　　）
A．质点比质点先回到平衡位置
B．在时，质点的速度方向为轴负方向
C．在时，质点的速度达到最大值
D．在时，质点d的加速度达到轴负向最大值
13．如图所示，甲是一列横波在某一时刻的波动图象，乙是在x=6m处的质点从该时刻开始计时的振动图象，a、b是介质中两个质点，下列说法正确的是（　　）
A．这列波沿x轴的正方向传播
B．这列波的波速是2m/s
C．这列波的频率是0.25Hz
D．b比a先回到平衡位置
E．a、b两质点的振幅都是10cm
14．一列简谐横波沿轴方向传播，在t=0.25s时的波形如图甲所示，图乙为x=1.5m处质点b的振动图像，下列说法正确的是____。
A．该波的波速为2m/s
B．该波沿x轴正方向传播
C．质点b与质点e（x=4m）的运动方向可以相同
D．质点d（x=3m）在t=0.75s时处于平衡位置，并沿y轴负方向运动
E．质点a（x=1m）在t=0.25s到t=1.25s的时间内沿x轴正方向运动了2m
15．一列简谐横波在某时刻的波形如图所示，此时刻质点P的速度为v，经过0.2s它的速度大小、方向第一次与v相同，再经过1.0s的速度大小、方向第二次与v相同，则下列判断正确的有（　　）
A．波沿x轴正方向传播，波速为5cm/s
B．质点M与Q点的位移大小总是相等、方向总是相反
C．若某时刻质点M到达波谷处，则质点P一定到达波峰处
D．从图示位置开始计时，在2.2s时刻，质点P的位移为0
二、综合题
16．一列简谐横波沿x轴方向传播，在t =0时刻的波形如图所示，t=0．1s时，波形上P点的速度恰好第一次达到与t =0时刻的速度等值反向．若波沿x轴正方向传播，则波速v =_____m/s；若波沿x轴负方向传播，则波速v =____m/s．
17．P、Q是一列简谐横波中的两个质点，它们的平衡位置相距30 m，各自的振动图象如图中的实线和虚线所示，且P、Q之间的距离小于一个波长，求：
①若P比Q离波源近，该波的波长；
②若Q比P离波源近，该波的速度．
18．如图所示是一列简谐横波在某时刻的波动图象，从该时刻开始，此波中d质点第一次到达波谷的时间比e质点第一次到达波谷的时间早0.10s．若b质点的平衡位置为知，求至少经过多长时间b质点经过平衡位置且向下运动以及b质点在这段时间内经过的路程。
19．在某介质中形成一列简谐波，t=0时刻的波形如图中的实线所示．
（1）若波沿x轴正方向传播，零时刻刚好传到B点，且再经过t1=0．6s，P点也开始起振，求该列波的波速v与周期T；
（2）若该列波的传播速度大小为v="20" m/s，且波形中由实线变成虚线需要经历t2=0．525 s时间，则该列波的传播方向如何？
20．长L=12m的弹性轻绳水平绷直，0时刻，让绳的A、B两端同时在竖直方向做简谐运动；t1=0.6s末时刻，运动同时终止，此刻绳上的波形如图所示，O是AB的中点。已知t2=3s末时刻，两列波恰好相遇，波传播过程中能量损失不计且到达另一端后不返回。求：
（i）两列波的波长；
（ii）两列波相遇后，绳上出现振动位移最大的位置到A端的距离。
21．均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在水平面内传播，波面为圆。时刻，所有波峰、波谷的波面分布如图甲所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷，坐标处的质点P处于波峰。质点P的振动图像如图乙所示，z轴正方向竖直向上。求：
（1）该波的传播速度大小；
（2）坐标处的质点第一次处于波谷的时刻。（结果保留3位有效数字）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
根据机械波的产生条件知产生机械波一定要有振源和介质，A正确，机械波后面的质点重复前面质点的运动，因此各质点在各自平衡位置上做简谐振动，振动情况不一定相同，B错误应，机械波传播过程中各质点并不随波迁移，C错误，机械波向右传播时，应是右方的质点比左方的质点振动滞后些，选项D错．
2．A
【详解】
A.由题意知：S1、S2在空间共形成了5个振动加强的区域，图中直线上各点到两波源的距离相等，则P到两波源的距离差等于，A正确
B.两列波在同一介质中传播，所以传播速度相等，B错误
C.P点的振动始终加强，所以P点此刻振动最强，则过半个周期后，振动仍为最强，C错误
D.由于P点的振动加强，当一列波的波峰传到P点时，另一列波的波峰也一定传到P点，D错误
3．C
【详解】
当缝的尺寸跟波长相差不多，或比波长更小时，会发生明显的衍射，所以为了使A点能发生振动，一个方法是增大波长，即减小波源的频率（因为波速不变，频率减小，波长变大）。一个方法是减小狭缝的宽度，即将N板向上移动一些。
故选C。
4．B
【详解】
A. 声波在空气中传播时，空气中各点在波源带动下做受迫振动，则各点有相同的振动频率，选项A错误；
B. 声波容易绕过障碍物传播是因为声波波长较长，容易发生衍射，选项B正确；
C. 水波在水面上传播时，水面上各点只在自己平衡位置上下振动，而不沿波传播方向移动，选项C错误；
D. 当两列波发生干涉时，如果两列波波峰在某质点相遇，则该质点振动加强，振幅变大，但是位移不是始终最大，选项D错误。
故选B。
5．C
【详解】
A． 由题意知
得周期为
（n=0、1、2、3……）
因为该简谐波的周期大于0.5s，则n取0
选项A错误；
B． 时，质点处于波峰位置，加速度向下最大，不是平衡状态，选项B错误；
C． 时，质点处于波谷位置，速度为零，则动能为零，选项C正确；
D．因为0.5s=T，则从到的时间内，A质点经过的路程为，选项D错误。
故选C。
6．B
【详解】
A．当波源与观察者有相对运动时，会发生多普勒效应，可以是波源运动，观察者静止，也可以是波源静止，观察者运动，也可以是同时运动，但速度不能相等，故A错误；
BD．当波源与观察者运动的速度相同时，无相对运动，相当于二者相对静止的情况，不会发生多普勒效应，故B正确，D错误；
C．多普勒效应是波动过程共同有的特征，这里的波动包括一切波的传播过程，故C错误。
故选B。
7．D
【详解】
小球P一边贴水面每秒振动5次，则小球P振动的周期T=0.2s，小球P振动10个周期所用时间t=10T=2s，则小球P的速度
水面波的传播速波速为
故选D。
8．D
【详解】
A．由题图可知，t=0时刻质点b正向下运动，故a比b先到达平衡位置，A错误；
B．根据题图像知波长λ=4 m，则波的周期为
T==0.02 s
经过0.01 s恰好为半个周期，质点a运动的路程为振幅的2倍，即路程为0.4 m，B错误；
C．波在传播过程中质点不随波迁移，C错误；
D．发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸接近或小于波长，D正确；
故选D。
9．D
【详解】
A．两波源、频率相同的波相互叠加就能发生干涉，且振动方向相同，则某点到两个振源的波程差为波长的奇数倍则为减弱点，波程差为波长的偶数倍则为振动加强点。由得，介质中一点P到波源的距离为，到波源的距离为，波程差为，并不满足总是加强或减弱的特点，故A错误；
B．同理，介质中一点P到波源的距离为，到波源的距离为，波程差为，振动方向相同，则为加强点，振动方向相反则为减弱点，故B错误；
CD．不论两波源振动方向相同或者相反，只要频率相同就可以发生干涉现象，形成干涉图样，故D正确，C错误。
故选D。
10．A
【详解】
A．质点A第一次到达最大位移处，该的周期是T=0.4s。波形传到E的时间为0.2s，在t=0.4s时刻，质点E已振动0.2s=0.5T，可知E点运动的路程是两个振幅，即为10cm，A正确；
B．由图知，波长为λ=0.8m，介质中各质点的起振方向均竖直向上，由波向右传播可知，t=0.4s时刻波传到质点I处，但I质点的起振方向应竖直向上，而图示时刻质点I的振动方向向下，可知图示时刻不是0.4s时刻的波形，B错误；
C．E质点的起振方向应竖直向上，t=0.45s时刻质点E正好处在其平衡位置的正下方且向波谷运动，C错误；
D．由于E点到A、K的路程差是0.2m，等于半个波长，所以E点是振动减弱点，D错误。
故选A。
11．C
【详解】
AB．甲图中两手开始振动时的方向相同，则甲图中分叉点是振动加强的位置，所以AB错误；
CD．乙图中两手开始振动时的方向恰好相反，则乙图中分叉点是振动减弱的位置，则在分叉点的右侧终见不到明显的波形，所以C正确；D错误；
故选C。
12．D
【详解】
A．波沿轴正方向传播，则质点ab均向y轴正向运动，则质点b比质点a先回到平衡位置，选项A错误；
B．在时，质点回到原来的位置，即的速度方向为轴正方向，选项B错误；
C．在时，质点到达最高点，速度为零，选项C错误；
D．在时，在t=0时刻的x=0.05m处的波峰恰传到d点，此时质点d在波峰位置，此时它的加速度达到轴负向最大值，选项D正确。
故选D。
13．BCD
【详解】
A．由乙图读出，时刻处质点的速度向上，在甲图上，由波形的平移法可知，这列波沿轴负方向传播,故A错误；
BC．由图知波长为
周期为
则波速为
波的频率为
故B、C正确；
D．波沿轴负方向传播，甲图中此刻a质点向下运动，b质点向上运动，故b比a先回到平衡位置，故D正确；
E．简谐波传播过程中，各振动质点的振幅都相同，振幅都为5cm，故E错误；
故选BCD。
14．ABC
【详解】
A．根据题图可知，周期，波长，波速
选项A正确；
B．根据题图乙可知，t=0.25s时刻，b点正向上运动，再结合题图甲可知，该波沿x轴正方向传播，B正确；
C．质点b与质点e相距大于半个波长，它们的运动方向可以相同也可以相反，C正确；
D．t=0.25s时，质点d从波谷位置向上运动，再经过，即在t=0.75s时，质点d处于平衡位置，并正在向y轴正方向运动，D错误；
E．各质点只在平衡位置上下做简谐运动，并不随波迁移，E错误。
故选ABC。
15．AC
【详解】
A．由图读出波长λ=6cm，根据已知条件分析得到周期T=1.2s，由公式
而且图示时刻P点运动方向沿y轴正方向，则沿波+x方向传播，故A正确；
B．图示时刻，质点M与质点Q的位移大小相等、方向相反，但它们平衡位置之间的距离不是半个波长的奇数倍，位移不是总是相反，故B错误；
C．质点M与P平衡位置间相距半个波长，振动情况总是相反，M质点到达波谷处，P质点一定到达波峰处，故C正确；
D．波的周期T=1.2s，从图示位置开始计时，在2.2s时刻质点P的位置与1.0s时刻的位置相同，到达波谷，位移为-20cm，故D错误。
故选AC。
16． 20 m/s 30 m/s
【详解】
试题分析：（1）t=0时刻，x=0处的质点位于平衡位置，若波沿x轴正方向传播，则x=0处质点正在向下运动，设该波的周期为T，则波动方程为：由波的平移法可知，t=0时刻P点运动的方向向上，所以：，将P点纵坐标的位置代入可得：又：λ=vT，所以：；同理可知，与P位移相等的点的平衡位置：，所以，若波沿x轴正方向传播，则经过0．1s的时间，x′处质点的振动传播到x=2．5m处的P点，高波传播的距离是：△x1=x-x′=2．5-0．5=2．0m
所以该波的传播速度：
（2）t=0时刻，x=0处的质点位于平衡位置，若波沿x轴负方向传播，则x=0处质点正在向上运动，设该波的周期为T，则波动方程为：，由波的平移法可知，t=0时刻P点运动的方向向下，所以：，若t=0．1s时，波形上P点的速度恰好第一次达到与t=0时刻的速度等值反向，则由波形图可知，一定是x=4．5m-x=6m处某一点的振动传播到P点，将波动方程：
又：yx″=-0．01m
联立解得：，所以，若波沿x轴负方向传播，则经过0．1s的时间，x″处质点的振动传播到x=2．5m处的P点，高波传播的距离是：△x2=x″-x=5．5-2．5=3．0m；所以该波的传播速度：
17．（1）40m （2）30m/s
【详解】
①若点P离波源较近，波由P传到Q，则PQ间的距离有：
因P、Q之间的距离小于一个波长
则n取0，则得：λ=40m
②若Q点离波源近，则有
因P、Q之间的距离小于一个波长 则n取0，则得
18．；12.5cm
【详解】
根据波的传播方向与质点振动方向的关系，可知此波沿x轴正方向传播．
依题意知λ＝4m，T＝0.4s，可得
所求时间等于－1m处的质点振动状态传播到b质点所用的时间，则
b质点的纵坐标
则这段时间通过的路程
s＝2A＋cm＝12.5cm
19．（1）v=10m/s，T=0．2s（2）沿x轴负方向传播
【详解】
试题分析：（1）经过时间的波传播的位移为，故波速为，从图中可知波长为，所以周期为
（2）若则
设波向左传播，则 t=nT+T/4T=4 t/4n+1当n=5时，T=0．1s成立，波沿x轴负方向传播
20．（i），；（ii）5.65m，6.05m，6.15m
【详解】
（ⅰ）同种介质中两列波的波速大小v相同，故末，两列波在O点相遇
波速为
0～时刻，波传播的距离为
结合题图可知，向右传播的A波波长为：
向左传播的B波波长为
（ⅱ）波具有独立传播性，且在叠加区域的位移等于两列波分别引起的位移的矢量和由题图可知，第1次出现振动位移最大是两波的波谷相遇
此过程A波波谷向右的位移为
故该位置到A端的距离为
第2、3次出现振动位移最大是两波波峰相遇
两过程A波波峰向右的位移分别为
故两位置到A端的距离分别为
，
所以，绳上出现振动位移最大的位置到A端的距离依次为：5.65m，6.05m，6.15m。
21．（1）5m/s；（2）10.3s
【详解】
（1）由题知图甲中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷，则有
图乙为质点P的振动图像，则
根据波速计算公式有
（2）由图甲可知当距离Q点最近的波谷传到Q点时，波形移动的距离为
则需要的时间为
坐标为处的质点第一次处于波谷的时刻
答案第1页，共2页