【单元测试 全程方略 教科版】2013年高中物理选修3-4：第二章 机械波 阶段质量检测（含详解）

温馨提示：
此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。
阶段质量检测(二)
第二章
(90分钟 100分)
一、选择题(本大题共12小题，每小题4分，共48分.每小题至少一个选项符合题意)
1.关于机械波，下列说法正确的是( )
A.在传播过程中能传递能量
B.频率由波源决定
C.能产生干涉、衍射现象
D.能在真空中传播
2.下列关于简谐运动和简谐波的说法，正确的是( )
A.介质中质点振动的周期一定和相应的波的周期相等
B.介质中质点振动的速度一定和相应的波的波速相等
C.波的传播方向一定和介质中质点振动的方向一致
D.横波的波峰与波谷在振动方向上的距离一定是质点振幅的两倍
3.如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是( )
A.女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高
B.女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高
C.女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变
D.女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低
4.一列横波在x轴上传播，在x＝0与x＝1 cm的两点的振动图线分别如图中实线与虚线所示，由此可以得出( )
A.波长一定是4 cm
B.波的周期一定是4 s
C.波的振幅一定是2 cm
D.波的传播速度一定是1 cm/s
5.(2012·淄博高二检测)如图所示，沿x轴正方向传播的一列简谐横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200 m/s，下列说法中正确的是( )
A.从图示时刻开始，质点a的加速度将减小
B.从图示时刻开始，经过0.01 s，质点a通过的路程为0.4 m
C.若此波遇到另一列波并发生稳定的干涉现象，则另一列波的频率为50 Hz
D.若该波传播过程中遇到宽约4 m的障碍物，则会发生明显的衍射现象
6.(2012·吕梁高二检测)如图所示，甲、乙两平面波是振幅相同的相干波，甲波沿x轴正方向传播，乙波沿y轴正方向传播，图中实线表示某一时刻的波峰位置，虚线表示波谷位置，对图中正方形中央的a、b、c、d四点的振动情况，正确的判断是 ( )
A.a、b点振动加强，c、d点振动减弱
B.a、c点振动加强，b、d点振动减弱
C.a、d点振动加强，b、c点振动减弱
D.a、b、c、d点的振动都加强
7.(2012·南昌高二检测)在一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0.1 m，如图甲所示，一列横波沿该直线向右传播，t＝0时到达质点1，质点1开始向下运动，振幅为0.2 m ，经过时间0.3 s第一次出现如图乙所示的波形.则( )
A.第9个质点的起振方向向上
B.该波的周期为0.2 s
C.该波的波速为4 m/s
D.在介质中还有一质点P，距质点1的距离为10 m，则再经2.35 s P点处于波峰
8.(2011·四川高考)如图为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t=0时的波形图，当Q点在t=0时的振动状态传到P点时，则( )
A.1 cm ＜ x ＜3 cm范围内的质点正在向y轴的负方向运动
B.Q处的质点此时的加速度沿y轴的正方向
C.Q处的质点此时正在波峰位置
D.Q处的质点此时运动到P处
9.(2012·合肥高二检测)一简谐横波沿x轴方向传播，已知t＝0.1 s时的波形如图甲所示，图乙是x＝4 m处的质点的振动图像，则下列说法不正确的是( )
A.简谐横波沿x轴负方向传播
B.简谐横波的波速为10 m/s
C.在t＝0.5 s时，x＝2 m处的质点到达平衡位置，沿y轴负方向运动
D.经过0.4 s，x＝2 m处的质点经过的路程为20 m
10.一列简谐横波在x轴上传播，某时刻的波形图如图所示，a、b、c为三个质点，a正向上运动.由此可知( )
A.该波沿x轴负方向传播
B.该时刻，c的加速度正在减小
C.该时刻以后，b比c先到达平衡位置
D.该时刻，b的速率比c的速率大
11.一列简谐横波沿直线由A向B传播，A、B相距0.45 m，如图是A处质点的振动图像.当A处质点运动到波峰位置时，B处质点刚好到达平衡位置且向y轴正方向运动，这列波的波速可能是( )
A.4.5 m/s B.3.0 m/s
C.1.5 m/s D.0.7 m/s
12.一列简谐横波正沿着x轴正方向传播，波在某一时刻的波形如图所示，则此时刻( )
A.x=3 m处质点正沿y轴正方向运动
B.x=6 m处质点的速度为零
C.x=7 m处质点的加速度方向沿y轴负方向
D.x=8 m处质点的合外力为零
二、计算题(本大题共4小题，共52分.要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)
13.(2012·威海高二检测)(10分)P、Q是一列简谐横波中的两点，相距9 m，它们各自的振动图线如图所示，如果Q比P离波源近，那么这列波的波长为多少？波速的最大值是多少？
14.(2012·石家庄高二检测)(14分)一列简谐横波的波速v=40 cm/s，在某一时刻的波形如图所示，在这一时刻质点A振动的速度方向沿y轴正方向.求：
(1)这列波的频率、周期和传播方向；
(2)从这一时刻起在0.5 s内质点B运动的位移和路程；
(3)画出再经过Δt=0.75 s 时的波形图.
15.(2012·成都高二检测)(14分)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.其中质点O的平衡位置在坐标原点,质点B的平衡位置在距坐标原点1 m处,质点P的平衡位置在距坐标原点7 m处,
(1)若波向右传播,零时刻刚好传到B点,且再经过0.6 s,P点也开始振动,试求:
①P点开始振动的方向.
②该列波的波速.
③从t=0时刻起到P点第一次到达波峰时止,质点O所经过的路程sO为多少?
(2)若该列波的传播速度大小为20 m/s,且波形中由实线变成虚线需要经历0.525 s时间,则该列波的传播方向如何?
16.(14分)一列简谐横波沿x轴传播，在t1=0和t2=0.005 s时的波形曲线如图所示：
(1)横波的波长是多大？振幅A是多大？
(2)设周期大于(t2-t1)，如果波向左传播，波速为多大？
(3)设周期小于(t2-t1)，且波速为6 800 m/s，求波的传播方向.
答案解析
1.【解析】选A、B、C.机械波的频率就是质点振动的频率，而各介质质点都是在波源驱动力作用下做受迫振动，故波的频率由波源决定，因而B选项正确.波的传播过程传播的不仅是波源的振动形式，也传播能量，将波源的能量沿波的传播方向传递出去，因而A选项正确.干涉和衍射现象是一切波都具有的性质，因而C选项正确.由机械波的形成条件可知，要有机械波必须具有介质，因而D选项错误.
2.【解析】选A、D.波传播过程中每一个质点都在前面质点的驱动力作用下做受迫振动，介质中质点振动周期和相应波的周期相等，A正确.波速是波在介质中传播的速度，在同种均匀介质中波速是个常量；质点振动速度随质点振动所处位置不断变化，对横波介质中质点振动方向和波传播方向垂直，B、C错误；波峰、波谷分别是平衡位置上方、下方最大位移处，而振幅是振动中偏离平衡位置的最大距离，D正确.
3.【解析】选A、D.女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她都有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都感到哨声音调变高；女同学向左运动时，她都感到哨声音调变低.选项A、D正确，B、C错误.
4.【解析】选B、C.由振动图线可知T＝4 s，B对；振幅A＝2 cm，C对；由振动周期性可知，x＝0和x＝1 cm的质点，当波沿x轴正向传播时：= 1 cm， cm(n＝0,1,2…)，当波沿x轴负向传播时：＝1 cm(n＝0,1,2…)，故A错；由波速公式v＝知，D错.
5.【解析】选A、B、C、D. a点在最大位移处，下个时刻向平衡位置运动，位移减小，所以加速度将减小，A正确；由波的图像可知波长λ＝4 m，
＝ s＝0.02 s,0.01 s为半个周期，所以经过0.01 s，a点经过的路程为2A＝0.4 m，B正确；发生稳定干涉，所以另一列波的频率与该波频率相同，为50 Hz，C正确；障碍物的尺寸与该波波长相同，能发生明显衍射，D正确.
6.【解析】选B.当两列波出现干涉现象时，要产生干涉图样，形成加强线、减弱线彼此相间的稳定的干涉图样，在图中设定A、B、C、D四点，为实线相交点，即波峰与波峰相遇，都是振动加强点，可知B、D决定的直线为加强线，分别过A、C的平行于BD直线的两条直线也应是加强线.a、c两点在BD直线上，故a、c点是振动加强点.分别过b、d点且平行于BD直线的两条直线均在两加强线之间，应为减弱线，故b、d两点的振动是减弱的.
【变式备选】如图所示表示两列同频率相干水波在t＝0时刻的叠加情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为2 cm，波速为2 m/s，波长为0.4 m，E点是BD连线和AC连线的交点，下列说法正确的是( )
A.A、C两点是振动减弱点
B.E点是振动加强点
C.B、D两点在该时刻的竖直高度差为4 cm
D.t＝0.05 s时，E点离开平衡位置2 cm
【解析】选A、B.由题图可知A、C两点在该时刻是波峰和波谷相遇，所以是减弱的，A选项正确.同理可知，B、D两点是振动加强点，且高度差为4A＝8 cm，C选项错误.T＝＝ s＝0.2 s，当t＝0.05 s＝T时，两波的波峰传到E点，E处于波峰，x＝2A＝4 cm，所以E是加强点，B选项正确，D选项错误.
7.【解析】选B、C、D.由于质点1起振方向向下，故最前面质点的起振方向也向下.根据t＝0.3 s时的波形图可知，0.3 s内传播了Δx＝1.5 λ＝1.2 m，故波速m/s＝4 m/s.
质点的振动周期等于波传播的周期，T＝ s=0.2 s.
t＝0.3 s时，最前面的波峰在质点7处，故波峰传到P点的时间Δt＝ s
＝2.35 s.
【变式备选】在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点，相邻两质点的距离均为L，如图甲所示.一列横波沿该直线向右传播，t＝0时到达质点1，质点1开始向下运动，经过时间Δt第一次出现如图乙所示的波形，则该波的
( )
A.周期为Δt，波长为8L
B.周期为Δt，波长为8L
C.周期为Δt，波速为
D.周期为Δt，波速为
【解析】选B、C.因质点开始振动方向向下，故经Δt时间第一次出现图示波形时，质点1和质点9之间恰好是一个波长，说明波由质点1传播到质点9需要一个周期的时间，但质点9刚开始振动的方向是向下的，而波形图中质点9是向上振动的，说明波传播到质点9后又振动了半个周期，故有T＝Δt，T＝
Δt.由题图知，λ＝8L，由得，v＝.故B、C正确.
8.【解析】选B.将图中的波形图往左平移λ，可知A、C错，B正确；再由于机械波传播的是振动的形式和能量，质点不随波迁移，则D错.
9.【解析】选D.t＝0.1 s时x＝4 m处的质点的振动方向沿y轴正方向，所以简谐横波沿x轴负方向传播，A项正确；根据图像可知波长λ＝4 m，周期T＝0.4 s，所以波速为10 m/s，B项正确；在t＝0.1 s时，x＝2 m处的质点在平衡位置，沿y轴负方向运动，所以再过一个周期又回到原位置，C项正确；经过0.4 s，x＝2 m处的质点经过的路程为4A＝20 cm，D项错误.
10.【解析】选C.由a向上振动可确定波沿x轴正方向传播，A错.从而可以确定b向上、c向下振动，所以c的加速度正在增大，B错.b比c先回到平衡位置，C对.图像所示时刻b距离平衡位置较远，在该时刻b比c的速率要小，D错.
11.【解析】选A.波是由A向B传播的，而且在A到达波峰的时刻，B处于平衡位置向上运动，则A、B相距，所以λ=， .当n=0时，v=4.5 m/s；当n=1时，v=0.9 m/s；当n=2时，v=0.5 m/s.故正确答案为A.
【总结提升】波动图像问题中速度的多解性讨论
由于波动图像问题会涉及波的空间周期性、波的时间周期性、波的双向性，这几个方面就是造成波在传播过程中速度具有多解性的原因.所以，要解决波速的多解性问题就要从这三个方面去着手分析，找到波速的通式，结合题目中的条件，确定波速的可能性.例如，本题中，根据题意，波长具有多种可能，得到波速通式v=，n取不同的值，波速就对应不同的值，符合题意的解只有一个，即当n=0时，v=4.5 m/s.
12.【解析】选A、C.由波沿x轴正方向传播可判定x=3 m处质点沿y轴正方向运动，故A对.x=6 m处质点在平衡位置，速度最大，B错.x=7 m处的质点正沿y轴负方向运动，加速度方向也沿y轴负方向，C对.x=8 m处质点有最大位移，合外力最大，故D错.
13.【解析】由图像可得周期T=4 s (2分)
由题意可知，P、Q两点距离L满足L=9 m=kλ+ (3分)
则m(k=0、1、2…) (1分)
由公式v= (1分)
则v= m/s(k=0、1、2…) (2分)
当k=0时，波速最大，最大波速为vm=9 m/s (1分)
答案： m(k=0、1、2…) 9 m/s
14.【解析】(1)从题图中可看出，波长λ=8 cm，由f=v/λ得：这列波的频率f=5 Hz (2分)
又因为周期与频率互为倒数，所以周期T=1/f=0.2 s (2分)
A点此刻振动的速度方向向上，由“质点带动法”可知，A点右侧附近的质点是它起振前已经振动了的质点，所以波源在右边，波沿x轴负方向传播 (2分)
(2)由于质点B位于平衡位置，且速度方向沿y轴负方向，故经0.5 s即2.5个周期后质点又回到平衡位置，此刻的速度方向变为沿y轴正方向，所以B点在0.5 s内的位移等于零. (2分)
通过的路程s=2.5×4A=10A=1 m (2分)
(3)经过Δt=0.75 s，波沿x轴负方向传播的距离
Δx=vΔt=40×0.75 cm=30 cm=λ (2分)
由波形的平移规律可得，再经过0.75 s的波形会向左平移λ，如图中虚线所示 (2分)
答案：(1)5 Hz 0.2 s 波沿x轴负方向传播
(2)0 1 m (3)见解析
15.【解析】(1)①P点开始振动的方向向下. (2分)
②波速 (2分)
③由t=0到P点第一次到达波峰为止,经历的时间
波的周期
所以Δt2=T
经过的路程sO=×4A=0.3 m (4分)
(2)当波速v=20 m/s时,经历0.525 s时间,波沿x轴传播的距离为
x=vt=10.5 m,即 (4分)
所以波沿x轴负方向传播. (2分)
答案：(1)①向下 ②10 m/s ③0.3 m
(2)沿x轴负方向
16.【解析】(1)由题图可知A=0.1 cm,λ=8 m (2分)
(2)若波向左传播：
Δt=(n+)T，其中n=0,1,2，3… (2分)
T= s (1分)
当n=0时，T= s>0.005 s (1分)
当n=1时，T= s<0.005 s(舍去) (1分)
所以 =1 200 m/s (2分)
(3) (2分)
(1分)
即波传播了个波长，结合波形曲线可知波传播方向向右. (2分)
答案：(1)8 m 0.1 cm (2)1 200 m/s
(3)波传播方向向右