选择性必修一第三章机械波 练习（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修一 第三章 机械波
一、单选题
1．一列简谐横波向轴负方向传播，在时的波形如图所示，两质点的平衡位置的坐标分别为、。已知时，质点第1次位于波峰，下列说法正确的是（ ）
A．振源的起振方向为轴负方向
B．当质点位于波峰时，质点也位于波峰
C．该波的波速为
D．时，质点第2次位于波峰
2．一列沿x轴负方向传播的简谐横波，波速为4m/s。P、Q是介质中平衡位置分别处在m和m的两个质点，某时刻波形如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．这列波的振幅为4cm B．这列波的周期为8s
C．此时质点P的加速度为0 D．此时质点Q沿y轴正方向运动
3．一列简谐横波在轴上传播，某时刻波形图如图甲所示，图中是处的质点，是处的质点，从该时刻开始计时，质点的振动图象如图乙所示，则下列说法正确的是（　　）
A．该波一定沿轴正方向传播
B．该波一定沿轴负方向传播
C．该波可能沿轴正方向传播，也可能沿轴负方向传播
D．经过，质点通过的路程是
4．一列简谐横波沿x轴传播，t＝0.1s时的波形图如图甲所示，A、B为介质中的两质点。图乙为质点A的振动图像。以下判断正确的是（　　）
A．t＝0.15s时，A的加速度为零
B．t＝0.15s时，B的速度沿y轴正方向
C．从t＝0.1s到t＝0.25s，B的位移大小为10cm
D．从t＝0.1s到t＝0.25s，波沿x轴负方向传播了7.5m
5．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
6．警车向路上的车辆发射固定频率的超声波，同时探测反射波的频率．下列说法正确的是（　　）
A．当车辆匀速驶向停在路边的警车时，警车探测到的反射波频率增高
B．当车辆匀速驶离停在路边的警车时，警车探测到的反射波频率增高
C．当警车匀速驶向停在路边的汽车时，警车探测到的反射波频率降低
D．当警车匀速驶离停在路边的汽车时，警车探测到的反射波频率不变
7．图甲为某机械波t=0时刻的波形图，图乙为x=4 m处的质点P的振动图像，下列说法中正确的是（　　）
A．该机械波向右传播
B．该机械波的波速为4 m/s
C．t=0.5 s时，质点P将运动到B点
D．t=8.5 s时，质点P将处于平衡位置且向下运动
8．如图甲所示，是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图，P是离原点x1=2m的一个介质质点，Q是离原点x2=4m的一个介质质点，此时离原点x3=6m的介质质点刚刚要开始振动。图乙是该简谐波传播方向上的某一质点的振动图像（计时起点相同）。由此可知（　　）
A．这列波的波长为
B．这列波的波源起振方向为向下
C．这列波的传播速度为v=3m/s
D．乙图可能是图甲中质点P的振动图像
9．一条绳子左端固定在挡板上，如图为以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形，关于这列波的说法正确的是（　　）
A．这列波遇到障碍物不可能发生衍射现象
B．再经过一段时间，质点Q将运动到挡板处
C．质点P刚开始振动时，振动方向向下
D．波传播到挡板处会被反射回去，反射波与前进波会发生干涉现象
10．地震后同时产生地震波波和波，12月22日在江苏常州市发生4.2级地震，震源深度10千米。镇江等地通过手机或电视提前收到了地震预警信息，告知地震波波将在十几秒之内到达。地震波波到达后，感觉建筑物在水平晃动。地震预警是利用波的波速和波的波速不同来实现预警的。下列判断正确的是（　　）
A．波的波速大于波的波速
B．波是横波
C．若已知两波到达某地的时间差为，此地距离震源约为
D．波与波的频率不同
11．一列简谐横波在t=0时刻的波形图如图所示，P点的坐标为（-1，0），波沿x轴负方向传播，已知t=0.7s时，P点处第二次出现波峰，则该波传播的速度大小为（　　）
A．5m/s B．10m/s C．15m/s D．20m/s
12．波源位于坐标原点的简谐横波时刻开始沿x轴正方向传播，时的波形图如图所示，此时振动刚传到处。是介质中平衡位置分别为的四个质点。下列说法正确的是（　　）
A．时，质点a速度方向沿y轴正方向
B．时，质点b与质点a速度、加速度方向均相同
C．时，质点c速度达到最大值
D．时，质点d第一次到达波峰
13．一简谐波沿x轴传播，图（a）为时刻的波形图，P是平衡位置在处的质点，Q是平衡位置在处的质点，M是平衡位置在处的质点，图（b）为质点Q的振动图像，下列说法正确的说法是（　　）
A．该简谐横波沿着x轴负方向运动
B．在时，质点P的位移为5cm
C．在到，质点P通过的路程为
D．质点M简谐运动的表达式为
14．一列向右传播的横波在t=0时的波形如图所示，A、B两质点间距为8m，B、C两质点平衡位置的间距为3m，当t=1s时，质点C恰好通过平衡位置，该波的波速可能为（　　）
A．9m/s B．10m/s C．11m/s D．12m/s
15．下列关于横波与纵波的说法中，正确的是（　　）
A．振源上下振动形成的波是横波
B．振源振动方向与波的传播方向相互垂直，形成的是横波
C．振源左右振动形成的波是纵波
D．在固体中传播的波一定是横波
二、填空题
16．一简谐横波由P向Q传播，P、Q的振动图像分别如图甲、乙所示。已知波的传播速度为300m/s，则该波的波长为_____________m，P、Q两点间的最短距离为___________。
17．如图甲、乙、丙分别反映了飞机以三种速度在空中（不考虑空气的流动）水平飞行时，产生声波的情况。图中一系列圆表示声波的传播情况，A表示飞机的位置。请你利用给出的图，确定飞机飞行速度最大的是_____（选填“甲”“乙”或“丙”）。若观察者在飞机的右下方，观察到什么不同现象_____。
18．如图甲所示，战绳训练是当下一种火热的健身方式，运动员晃动战绳一端，使战绳上下振动，其运动状态可视为竖直方向的简谐运动.某同学通过观测运动员的手握住的绳端，根据绳波在时的状态绘制了如图乙所示的波形图，并测得该绳波能使固有频率为0.5 Hz的物体发生共振，由此可知绳端振动的周期为______，该绳波的波速为______，在一次训练周期20 s内，该绳波上的任意振动点运动的总路程为______.
三、解答题
19．一列简谐横波在轴上传播，在和时，其波形图分别如图中实线和虚线所示。求：
（1）这列波的波长是多少；
（2）若波沿轴正向传播，则这列波可能具有的波速；
（3）若波沿轴负向传播，则这列波可能具有的波速。
20．如图甲所示为一列沿x轴传播的简谐横波在t=0时刻的波形图，P、Q是简谐波中的两个质点，如图乙所示为质点P的振动图像，试求：
（1）简谐波的传播方向；
（2）简谐波波速的大小；
（3）求出图甲时刻之后所有P、Q两点速度大小相等的时刻。
21．水面上水波的速度跟水深度有关，其关系式为v=，式中h为水的深度，g为重力加速度。如图甲所示是某水域的剖面图，A、B两部分深度不同，图乙是从上往下俯视，O点处于两部分水面分界线上，M和N分别处在A和B两区域水面上的两点。t=0时刻O点从平衡位置向上振动，形成以O点为波源向左和向右传播的水波（可看作是简谐横波）。t=2.5s时O点第二次到达波峰，此时M点第一次到达波峰。已知B区域水波振幅为A=5cm，水深hB=0.90m，OM间距离为4.0m，ON间距离为3.0m，g=10m/s2。求：
（1）A区域的水深hA；
（2）N点在t=3s时的振动方向及它在t=0至t=3s时间内的位移。
22．在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点，相邻两质点间的距离均为0.1m，如图（a）所示。一列横波沿该直线向右传播，时到达质点1，质点1开始向下运动，振幅为0.2m，经过时间0.3s第一次出现如图（b）所示的波形．试写出质点1的振动方程。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
A．因t=0时刻，x=1m处的质点沿y轴正向振动，可知振源的起振方向为轴正方向，A错误；
B．波长为4m，因
PQ=1.5λ
则当质点位于波峰时，质点位于波谷，B错误；
C．已知时，质点Q第一次出现波峰，则
即
则该波的波速为
C错误；
D．波传到P点需要的时间为0.2s，由于波的起振方向是轴正方向，由于质点振动的周期为0.4s，故时，质点第2次位于波峰，D正确。
故选D。
2．D
【详解】
A．振幅等于y的最大值，故这列波的振幅
故A错误；
B．由图可知，波长
由波速公式
解得周期
故B错误；
C．此时质点P位于正向最大位移处，加速度最大，故C错误；
D．简谐机械横波沿x轴负方向传播，由波形平移法得知，此时质点Q沿y轴正方向运动，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】
ABC．质点处于平衡位置，向上振动，根据同侧法可知，该波一定沿轴负方向传播，故AC错误，B正确；
D．经过为一个周期，质点通过的路程为8m，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】
A．由题图乙可知，t＝0.15s时，质点A处于波谷位置，则此时A的加速度最大，故A错误；
B．由题图乙可知在t＝0.1s时质点A处于平衡位置且向下振动，由同侧法结合题图甲可知，波沿x轴负方向传播，由题图乙可知，波的周期为0.20s，则从题图甲所示t＝0.1s时开始经过0.05s即个周期质点B处于平衡位置，速度方向沿y轴负方向，故B错误；
C．从t＝0.1s到t＝0.25s经历了个周期，质点B处于平衡位置，则B的位移为0，故C错误；
D．由题图甲可知，波长λ＝10m，由题图乙可知，波的周期为0.20s，则波速为
v＝＝m/s＝50m/s
从t＝0.1s到t＝0.25s，波沿x轴负方向传播了
s＝50×0.15m＝7.5m
故D正确。
故选D。
5．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。
6．A
【详解】
A．当车辆匀速驶向停在路边的警车时，两车之间的距离减小，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率增高，故A正确；
B．当车辆匀速驶离停在路边的警车时，两车之间的距离增大，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低，故B错误；
C．当警车匀速驶向停在路边的汽车时，两车之间的距离减小，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率增高，故C错误；
D．当警车匀速驶离停在路边的汽车时，两车之间的距离增大，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低，故D错误。
故选A。
7．B
【详解】
A．由P点的振动图像可知，在t=0时刻，P点沿y轴负向振动，结合波形图可知，该机械波向左传播，选项A错误；
B．该机械波的波速为
选项B正确；
C．机械波传播过程中，质点只能在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，选项C错误；
D．t=8.5 s=8T时，质点P将处于平衡位置且向上运动，选项D错误。
故选B。
8．B
【详解】
A．由图甲可知波长为4m，A错误；
B．这列波的波源起振方向与x3=6m的质点在t=0时刻的起振方向相同，简谐波沿x轴正方向传播，则知x3=6m的质点在t=0时刻的振动方向向下，则波源的起振方向向下。B正确；
C．有图可知周期为2s，所以传播速度
C错误；
D．由图乙可以看出，t=0时刻，质点经过平衡位置向上，而图甲中，质点P经过平衡位置向下运动，故乙图不可能是图甲中质点P的振动图像。D错误。
故选B。
9．D
【详解】
A．衍射是波特有的现象，绳波也可以衍射，故A错误；
B．绳波是横波，波上的质点并不会沿波的传播方向发生位移，只能在与传播方向垂直的方向来回振动，故B错误；
C．质点P刚开始振动时振动方向即为此刻Q的振动方向，波向左传播，右边质点带动左边质点，Q此刻右边质点位置比它高，说明Q此刻振动方向向上，所以质点P刚开始振动时振动方向也是向上的，故C错误；
D．故选。波遇到障碍物，也会发生反射，反射波频率不变，与前进波相遇会发生干涉现象，故D正确。
故选D。
10．B
【详解】
AB．由题意可知，地震波波到达后，感觉建筑物在水平晃动，可知波是横波，波的波速小于波的波速，A错误，B正确；
C．设此地距离震源的距离为s，根据公式可得
解得
C错误；
D． 由于地震波波和波的波源相同，故可得波与波的频率相同，D错误。
故选B。
11．B
【详解】
ABCD．对于P点，利用平移法将x=6m处的波峰平移至P点，由此可得，故ACD错误，B正确。
故选B。
12．D
【详解】
A．根据波形图及题设信息可知，波长
周期
波速为
沿y轴负方向起振。由质点a的平衡位置可知其于时起振，故时其振动速度方向沿y轴负方向，故A错误；
B．到时刻，质点b振动时间为
即在之间，由于沿y轴负方向起振，故时刻，质点b处于正方向最大位移到平衡位置之间，且速度和加速度均沿y轴负方向。质点a振动时间为
即在之间，此时质点a速度沿y轴负方向，加速度沿y轴正方向，故B错误；
C．到时刻，质点c振动时间为
即，则质点c位于波峰，速度等于零，故C错误；
D．到时刻，质点c振动时间为
即，由于沿y轴负方向起振，则到时刻，质点d第一次到达波峰，故D正确。
故选D。
13．C
【详解】
A．图（b）为质点Q的振动图像，则知在时，质点Q正从平衡位置向波峰运动，所以时，质点Q向y轴正方向运动，由同侧法可知该波沿x轴正方向传播，故A错误；
BC．由图乙可得
波速
设P质点简谐振动的表达式为
波形向右平移1m时，质点到达平衡位置，所用时间最短为
可知
解得
则质点简谐振动的表达式为
代入解得
质点从到第一次到达平衡位置的时间为0.025s，此过程路程为
再经过1s即的路程为
由对称性可知再经过0.025s的路程为
在到，质点P通过的路程为
故C正确，B错误；
D．由波的周期性可知时刻质点M向下振动，质点M简谐运动的表达式为
代入数据得
解得
则质点M简谐运动的表达式为
故D错误。
故选C。
14．A
【详解】
由图可知，波长
波向右传播，质点C恰好通过平衡位置时，波传播的距离可能是或，则波速
或
当时
或
当时
或
故A可能，BCD不可能。
故选A。
15．B
【详解】
ABC．物理学中把质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫做横波，把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线的波叫做纵波，对于纵波质点的运动方向与波的传播方向可能相同，也可能相反，AC错误，B正确；
D．固体中不仅仅能传播纵波，横波也可以传播，D错误。
故选B。
16． 3 0.25m
【详解】
[1][2]周期，波速，则波长
P、Q两点传播的时间差最短为，两点之间的最短距离
17． 丙 见解析
【详解】
[1]由题图可知，在声波的一个周期内，丙图中的飞机飞行距离最大，故速度最大。
[2]甲图中，观察者接收的波的频率大于波源频率，属于多普勒效应。乙图中，飞机速度等于声速，观察者在一个时刻接收到飞机不同时刻发出的声波，声强很大，破坏性很大，称为声爆。丙图中飞机后发出的声波先被观察者接收到，先发出的声波后到，出现先后颠倒现象。
18． 2 s 2 m/s 12 m
【详解】
[1]该绳波能使固有频率为0.5 Hz的物体发生共振，波的频率等于物体的固有频率，又
则绳端振动的周期
[2]由题图可得，波长，故波速
[3]该波的振幅，20 s是10个周期，则任意振动点运动的总路程
19．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）由题图可知，波长为
（2）若波沿轴正向传播，则
波速为
（3）若波沿轴负向传播，则
，
波速为
20．（1）向x轴正方向传播；（2）；（3）（0，1，2…）
【详解】
（1）由于图甲为时的波形图，则在乙图中看质点P在时的振动情况，可知质点P向上振动；再回到甲图中结合波形可知该简谐波向x轴正方向传播。
（2）结合图甲的波形可知波长
乙图的波形可知周期
则由
解得波速为
（3）由图甲可知Q点的位移为1m，则其位置坐标为m，结合P点的位置坐标5m，可知P、Q中点R的位置坐标为m。
P和Q速度大小相同时，R不仅可以处在位移为0的位置，还可以在位移的大小最大的位置,因此相应的传播时间是
（0，1，2…）
21．（1）0.40m；（2）向上振动，0
【详解】
（1）对O点的振动分析，可得
则
T=2s
对M点的振动分析，知A区域水波波长
λA=OM=4m
则有
vA==2m/s
由v=，代入数据求得
hA=0.40m
（2）由v=，代入数据求得
vB=3m/s
则
λB=vBT=6m
波传到N点的时间
所以t=3s时，N点刚好完成一个全振动，可知其在平衡位置向上振动，位移为0。
22．
【详解】
解：由图（b），设波的周期为T，根据题意可知
解得
则
由图（b），根据题意，质点1的振动方程为
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页