人教版(2019)选择性必修一 第三章 机械波 章末综合练
一、单选题
1.下列关于横波、纵波的说法中,正确的是 ( )
A.横波中,质点的振动方向一定与波的传播方向垂直
B.横波中,质点的振动方向也可能与波的传播方向平行
C.纵波中,波水平向右传播,各个质点一定上下振动
D.横波中振动质点不随波迁移,纵波中振动质点随波迁移
2.两个振动情况完全一样的波源S1和S2相距6 m,它们发出的两列波在空间相遇时产生干涉,图中实线表示振动加强的区域,虚线表示振动减弱的区域。已知S1、S2间的距离等于两列波波长的整数倍,则下列说法正确的是 ( )
A.两波源的振动频率一定相同 B.虚线一定是波谷与波谷相遇处
C.两列波的波长都是3 m D.两列波的波长都是1 m
3.根据高中物理所学知识,分析下列生活中的物理现象:①闻其声而不见其人;②钢琴声震碎玻璃酒杯;③当正在鸣笛的火车向着我们疾驰而来时,我们听到汽笛声的音调变高;④两列水波相遇产生稳定花纹。这些物理现象分别属于( )
A.干涉、衍射、多普勒效应、共振
B.折射、多普勒效应、共振、干涉
C.衍射、共振、多普勒效应、干涉
D.衍射、共振、折射、多普勒效应
4.下列关于波的说法正确的是( )
A.波在任何情况下都能发生明显的衍射现象
B.波在任何情况下都能发生明显的干涉现象
C.频率相同的两列波,一定不能形成稳定的干涉图样
D.机械波的传播必须依赖介质
5.下列选项与多普勒效应有关的是( )
A.科学家用激光测量月球与地球间的距离
B.教室内部的声音可以在教室外面听到
C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡
D.交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度
6.一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12m,B、C两质点平衡位置的间距为4.5m,当t=1s时,质点C恰好通过平衡位置,该波的波速可能为( )
A.0.5m/s B.5m/s
C.7.5m/s D.12.5m/s
7.一列简谐横波在均匀介质中沿x轴正方向传播,波源位于坐标原点,时刻波源开始振动,在时刻的波形如图所示,此时,处的质点刚开始振动。振幅为A,波长为λ,质点振动周期为T,则下列说法正确的是( )
A.时刻、处质点的振动方向沿y轴正方向
B.波源处质点的振动方程为
C.经过一个周期T,质点通过的路程为λ
D.波源起振方向沿y轴负方向
8.如图甲所示,时,一小船停在海面上的点,一块浮木漂在纵坐标的点,其后小船的振动图像如图乙所示,可知( )
A.浮木比小船早振动0.7s
B.水波波速为
C.末,浮木向下运动
D.若该水波传播过程遇到宽度为0.4m的障碍物,不会观察到明显的衍射现象
9.如图所示,从入口S处送入某一频率的声音,通过左右两条管道路径SAT和SBT,声音传到了出口T处,可以从T处监听声音。右侧的B管可以拉出或推入以改变B管的长度,开始时左右两侧管道关于S、T连线对称,从S处送入某一频率的声音后,将B管逐渐拉出,当拉出的长度为l时,第一次听到最弱的声音。设声速为v,则该声音的频率为 ( )
A. B. C. D.
10.男女二重唱中,女高音和男中音的频率、波长和波速分别为、、和、、,它们之间的关系是 ( )
A.,, B. ,,
C.,, D.以上说法都不正确
11.如图甲为一波源的共振曲线,图乙表示该波源在共振状态下的振动形式沿x轴正方向传播过程中形成的机械波在时刻的波形曲线,P是平衡位置在处的质点,Q是平衡位置在处的质点,则下列说法正确的是( )
A.图甲中,若驱动力周期变大,共振曲线的峰将向频率f小的方向移动
B.在时,质点P的加速度方向与y轴正方向相同
C.质点Q的振动方程为
D.从到,质点P通过的路程为
12.如图所示,、是两个相干光源,由它们发出的光在图中平面内产生干涉。下列表示相干结果相同点的轨迹的图线正确的是( )
A. B.
C. D.
二、填空题
13.如图所示,一列简谐波沿x轴正方向传播,实线为t=0时刻的波形,虚线为经过t=0.25s后的波形,已知T14.如图所示为两列相干水波的叠加情况,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,两列波的振幅均为5cm,波速和波长分别为1m/s和0.5m,则图示时刻A、B两质点的竖直高度差为_______cm,从图示时刻起经0.5s,E质点通过的路程为_______cm 。
15.如图所示为两个相干波源发出的水波,波峰如图中实线所示,波谷如图中虚线所示。已知两列波的振幅分别为5cm、10cm,AB连线的中点为C点。在图中A、B、C、D、E五个点中,振动加强的点是___________,从图示时刻起经过半个周期后,A点的位移为___________cm。(规定竖直向上为位移的正方向)
16.如图甲所示为一简谐横波在时的波形图,P是平衡位置在处的质点,Q是平衡位置在处的质点。如图乙所示为质点Q的振动图像。则这列波沿x轴______(选填“正”或“负”)方向传播;从到,P质点通过的路程为______m。
17.如图,有一列简谐横波沿轴正方向传播,振幅为,波速为1m/s。、是平衡位置相距2m的两个质点,在时,通过其平衡位置沿轴正方向运动,位于其平衡位置上方最大位移处。已知该波的周期大于2s。则该波的波长为___________m,经过,走过的路程为___________(用含有的式子表示),在到,点正在___________(填“靠近”或“远离”)平衡位置。
三、解答题
18.图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线,经过0.3s后,其波形曲线如图中虚线所示。已知该波的周期T大于0.3s。
①若波是沿x轴正方向传播的,求该波的速度大小?
②若波是沿x轴负方向传播的,求该波的速度大小?
19.如图所示,实线是某机械波在t=0时刻的波形图,虚线是该机械波在t=0.4s时刻的波形图,已知该机械波的振幅A=10cm,求:
(1)该机械波可能的波速;
(2)当机械波的速度最小时,x=0处的质点振动的位移与时间的关系。
20.如图所示,以原点0为界在x轴上有两段不同材料的绳子,波源S1和S2分别置于和处,产生两列简谐横波甲和乙,分别沿x轴正方向和x轴负方向传播。t=0时刻和处的质点刚好开始振动,某时刻二列波恰好同时到达原点0,若从开始到时间内P点经过的路程为6cm,求:
(1)甲乙两波的频率之比;
(2)甲波在左侧绳子中的传播速度大小。
21.如图所示,为一列沿-x方向传播的简谐横波在时刻的波形图,其中处于波谷的P点坐标为(2m,-5m),M、N两点的坐标分别为(-2m,0)和(-7m,0)。已知时,M点第二次出现波峰。求
(1)这列波的传播速度;
(2)从时刻起,经过多长时间N点第一次出现波峰;
(3)当N点第一次出现波峰时,M点通过的路程。
22.已知在x=0处的质点O在沿y轴方向上做简谐运动,形成沿x轴正方向传播的简谐波。t=0s时质点O开始振动,当t1=1s时波刚好传到质点A处,形成了如图所示的波形,此时质点P的位移为2.5cm。求:
(1)再经过多长时间x=20m处的质点振动后第一次回到平衡位置;
(2)从质点A开始振动到x=5m处的质点开始振动过程中质点P通过的路程。
试卷第1页,共3页
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参考答案:
1.A
【详解】
ABC.横波的传播方向与质点的振动方向垂直,纵波的传播方向与质点的振动方向在一条直线上,A正确,BC错误;
D.横波和纵波中振动质点都不随波迁移,D错误。
故选A。
2.A
【详解】
A.波发生干涉的条件之一是频率相同,故A正确;
B.虚线是振动减弱的区域,则一定是波峰与波谷相遇处,故B错误;
CD.由题图可知波源S1和S2之间的距离为3个波长,所以两列波的波长都是2 m,故CD错误。
故选A。
3.C
【详解】
①闻其声而不见其人是波的衍射现象;
②钢琴声震碎玻璃酒杯是由于共振产生的;
③当正在鸣笛的火车向着我们疾驰而来时,我们听到汽笛声的音调变高是多普勒效应;
④两列水波相遇产生稳定花纹是水波的干涉现象。
故选C。
4.D
【详解】
A.只有在障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多才会发生明显的衍射现象,故A错误;
B.发生明显干涉要满足一定条件,比如要求频率相同,故B错误;
C.频率相同的两列波相遇,能形成稳定的干涉图样,故C错误;
D.机械波的传播必须依赖介质,故D正确。
故选D。
5.D
【详解】
A.科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用光速快,A错误;
B.教室内部的声音可以在教室外面听到是因为声波的波长较长,容易发生明显的衍射,B错误;
C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡是利用穿透能力强,C错误;
D.交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度是利用超声波的多普勒效应,D正确。
故选D。
6.C
【详解】
由波形图可知波长,波向右传播,质点C恰好通过平衡位置时,波传播的最短距离为,根据波形平移法可得
(,,……)
或
(,,……)
解得
(,,……)
或
(,,……)
由波速
解得
(,,……)
或
(,,……)
当时,或
当时,或
……
可知选项C可能,ABD不可能。
故选C。
7.A
【详解】
D.波源的起振方向与处的质点刚开始振动的方向相同,沿y轴正方向,D错误;
A.时刻、处质点刚开始振动,振动方向与波源的起振方向相同,沿y轴正方向,A正确;
B.由A选项可知,波源处质点的振动方程为
B错误;
D.经过一个周期T,质点通过的路程为,C错误。
故选A。
8.C
【详解】
A.由上下坡法,可以判断波向x轴正方向传播,所以浮木比小船晚振动,故A错误;
B.由题意波速为
故B错误;
C.因为时浮木漂在纵坐标的点,即此时已经从平衡位置振动了,又因为
所以末,浮木向下运动,故C正确;
D.因为波长为1.2m,所以该水波传播过程遇到宽度为0.4m的障碍物时,即障碍物的尺寸小于波长,则会观察到明显的衍射现象,故D错误。
故选C。
9.C
【详解】
当第1次听到最小的声音时,说明SBT和SAT的路程差是这一频率声波的半个波长,振动方向相反,从而相互消弱,则有
而
故
故选C。
10.C
【详解】
由于女高音和男中音在同一介质中传播,因而波速相同;音调高即频率高,故;再由,因相同,所以。即
,,
故选C。
11.B
【详解】
A.当驱动力频率等于物体的固有频率时产生共振,振幅最大,驱动力周期变大时,物体的固有频率不变,则振动曲线的峰不变,A错误;
B.由图乙可得波长λ=8m,由图甲可得周期T=2s故波速
根据波沿x轴正方向传播可得t=0s时,质点P的位移为正,正沿y轴负方向运动,故经过且t=2.5s时,质点P的位移为负,远离平衡位置沿y轴负方向运动,故加速度方向与y轴正方向相同,B正确;
C.设Q质点的振动方程为
t=0s时Q位于平衡位置并沿y轴正方向运动,故φ0=0
分别代入数据可得
C错误;
D.从t=1s到t=2.5s,即时质点P通过的路程大于3A=30cm,D错误。
故选B。
12.B
【详解】
相干结果相同点振动步调一致,与波源的路程差为0或半波长的偶数倍,P、Q连线的中垂线到P、Q的路程差为0,为振动加强点,与波源的路程差为半波长的偶数倍点的轨迹是中垂线上下两条曲线,根据该规律,知B正确,ACD错误。
故选B。
13. 20 5
【详解】
[1][2]由题意可知
解得
这列波的频率为
该波的波长为λ=4m,所以传播速度大小为
14. 20 40
【详解】
[1]因A点为峰峰相遇点,则振动加强,此时的位移为2A=10cm;B点为谷谷相遇点,则振动加强,此时的位移为-2A=-10cm;则图示时刻A、B两质点的竖直高度差为20cm;
[2]周期为
因E点振动加强,则从图示时刻起经0.5s=T,E质点通过的路程为4×2A=8A=40cm。
15. A、B、C -30
【详解】
[1]振动加强的点为波峰和波峰相遇或者波谷与波谷相遇,A、B两点均是振动加强的点,A、B连线上的点都是振动加强的点,C点也是振动加强点。
[2]A点是波峰和波峰相遇,经过半个周期后是波谷和波谷相遇,所以位移为-30cm。
16. 正
【详解】
[1]由题图乙可知,在时,质点Q沿着y轴负方向运动,因此波沿x轴正方向传播;
[2]由题图乙可知,质点做简谐运动的表达式为
则时P点离平衡位置的距离
时,波向右传播了1.5m,P点恰好运动到负的最大位移处,因此P质点通过的路程
17. 2.5A 远离
【详解】
[1]由题意得
可知
[2][3]周期为
质点N的振动方程为
时,N位于正向最大位移处,时,N位于处,N走过的路程为2.5A,可以判断出到,N点正在远离平衡位置。
18.①;②
【详解】
① 若波是沿x轴正方向传播,由于周期T大于,根据波形图可知内,波传播的距离为,故该波的速度大小为
② 若波是沿x轴负方向传播,由于周期T大于,根据波形图可知内,波传播的距离为,故该波的速度大小为
19.(1)向右传播时,(n=0,1,2,);向左传播时,(n=0,1,2,);(2)
【详解】
(1)由题图可知该机械波的波长,设该机械波的周期为T,若该机械波向右传播,则有
(n=0,1,2,)
解得
(n=0,1,2,)
若该机械波向左传播,则有
(n=0,1,2,)
解得
(n=0,1,2,)
(2)由(1)可知当并且该机械波向左传播时才是最小速度,其周期
波速
时刻该质点向上振动,设该质点振动的角速度为,则有
解得
20.(1);(2)4m/s
【详解】
(1)两列波同时传到0点,由
得出
由
又
联立得
(2)经时P质点在平衡位置,由图象可知时P质点的x位置坐标为,在内甲波传播
由
解得
21.(1);(2);(3)
【详解】
(1)已知时,M点第二次出现波峰,即第二个波峰传到M点,第二个波峰到M点的距离为
这列波的传播速度为
(2)第一个波峰到N点的距离为
从时刻起,N点第一次出现波峰的时间为
(3)波的周期为
波传到M点的时间为
M点的振动时间为
当N点第一次出现波峰的时,M点通过的路程为
22.(1)t=10s;(2)
【详解】
(1)当t1=1s时波刚好传到质点A处,根据波速的计算公式有
x=20m处的质点振动后第一次回到平衡位置相当于x=0处振动传到x=20m处所用时间,有
解得
t=10s
(2)当t1=1s时波刚好传到质点A处,传播了半个波长,则质点O振动了半个周期,所以
T=2s
从A刚开始振动计时,质点P的振动方程为
当t=0时
y0=2.5cm
x=5m的质点开始振动时经过的时间
代入质点P的振动方程得
可见P点运动路程为
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页