2022-2023学年高二物理粤教版（2019）选择性必修一 第三章 机械波 单元检测（A卷）（含解析）

第三章 机械波 单元检测（A卷）
一、单选题
1．一列简谐横波沿直线传播，以波源O为平衡位置开始振动为计时零点，质点A的振动图象如图所示，已知O与A的平衡位置相距1.2 m，以下判断正确的是（　　）
A．波长为1.2 m
B．波源起振方向沿y轴正方向
C．波速大小为0.3 m/s
D．质点A的动能在t=4 s时最大
2．关于振动和波的关系，下面说法中正确的是（　　）
A．波源的振动速度与波的传播速度大小相等
B．机械波在传播过程中频率会逐渐减小
C．机械波传播过程中传递了能量和运动形式
D．波动过程是质点由近向远传递的过程
3．一列简谐横波某时刻的波形如图所示，比较介质中的三个质点a、b、c，则（　　）
A．此刻a的加速度最小
B．此刻b的速度最小
C．若波沿x轴负方向传播，此刻b向y轴正方向运动
D．若波沿x轴正方向传播，a比c先回到平衡位置
4．关于机械振动与机械波说法不正确的是（　　）
A．机械波的频率等于振源的振动频率
B．质点振动的方向总是垂直于波传播的方向
C．在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离
D．机械波在介质中传播的速度由介质本身决定
5．关于机械波，下列说法不正确的是（ ）
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
6．一列简谐横波在x轴上传播，某时刻波形如图所示，关于波的传播方向与质点a、b、c、d、e的运动情况，下列叙述正确的是(　　)
A．若波沿x轴正方向传播，a运动的速度将减小
B．若波沿x轴负方向传播，c将向下运动
C．若e比d先回到平衡位置，则波沿x轴正方向传播
D．若波沿x轴正方向传播，再经过半个周期b将移到d现在的位置
7．一列简谐波沿轴传播，时刻的波形图如图中实线所示，时的波形如图中虚线所示，则下列判断正确的是（　　）
A．该列波的起振方向向上
B．该列波一定沿轴向右传播
C．此列波的最小波速可能为
D．处的质点经通过的路程可能为
8．下图中给出某一时刻t的平面简谐波的图像和x=1.0m处的质元的振动图像，关于这列波的波速v、传播方向和时刻t可能是（　　）
A．v=1m/s，t=0s B．v=1m/s，t=6s
C．t=1s，波向x轴负方向传播 D．t=5s，波向x负方向传播
二、多选题
9．如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，从波传到x=5m的M点时开始计时，已知P点相继出现两个波峰的时间间隔为0.4s，下面说法中正确的是（　　）
A．波长是4m
B．传播速度是10m/s
C．质点Q（x=9m）经过0.5s才第一次到达波峰
D．各质点开始振动时都是先向下运动
10．如图是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4…为绳上的一系列等间距的质点，相邻两质点间距为0.4m，质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端，时刻质点1开始竖直向上运动，经过0.5s质点1第一次到达最高点，质点6开始运动，此时质点1发生的位移为10cm。下列判断正确的是（　　）
A．这列波的波长为8m
B．t=1s时质点6的加速度方向向上
C．从计时开始到t=1.5s时质点6运动的路程为20cm
D．t=2s时质点21正处于平衡位置且运动方向向上
11．一列横波沿弹性绳传播，某时刻绳上质点A向上运动到振幅位置时，在其右方相距0.3m的质点刚好向下运动到最大位移处，已知此波长大于0.15m，则该波的波长可能是（ ）
A．0.6m B．0.1m C．0.2m D．0.3m
12．如图为一列沿x轴正方向传播的简谐横波的部分波形图，若该波波速为v =40m/s， 在=0时刻波刚好传播到x=13m处，下列关于波在t=0．45s时的运动情况分析．其中正确的是( )
A．该波x =9m处的质点的位移为- 5cm
B．该波x =llrri处的质点的位移为Scm
C．该波x =llm处的质点速度方向沿y轴负方向
D．该波刚好传播到x =31m处
E．该波刚好传播到x =18m处
三、实验题
13．在日常生活中经常需要精确测量密闭容器内液体的体积，某研究小组做了如下研究：如图所示，实验使用的长方体容器内部的底面积为，高为。在容器顶部镶嵌一个利用超声波测距离的传感器，该传感器测量时，默认超声波在空气中的传播速度为。
(1)若传感器竖直向下发出超声波与接收到反射波的时间间隔为，可知容器内液面到顶部的距离为________，容器内液体的体积为_________；
(2)研究小组在实验中发现，传感器测量液面距顶部的高度与实际高度存在偏差，通过查资料发现超声波在空气中的传播速度与温度有关，并获得下表中的数据。
温度 5 20 35 50
超声波速度 324 333 342 351 360
根据表中的数据可以判断，在环境温度为时超声波速度_________，若传感器测得液面距顶部的高度为，则实际液面距顶部的高度为_________。（结果保留三位有效数字）
14．在时刻，质点A开始做简谐运动，其振动图象如图所示．质点A振动的周期是________s；时，质点A的运动沿轴的_________方向（填“正”或“负”）；质点B在波动的传播方向上与A相距16m，已知波的传播速度为2m/s，在时，质点B偏离平衡位置的位移是_____cm
四、解答题
15．一列简谐横波沿轴正方向传播，时刻的波形如图所示，介质中质点、分别位于、处．从时刻开始计时，当时质点Q刚好第4次到达波峰．
①求波速．
②写出质点做简谐运动的表达式（不要求推导过程）
16．如图所示，A，B，C，D，…，L，M，N等为介质中的各质点，设A点做简谐振动，开始振动方向向上，其振幅为2cm，周期为0.2s，在波的传播方向上后一质点的振动比前一质点落后0.05s，画出经过0.4s的波形图。
17．如下图所示是一列沿轴正方向传播的简谐横波在时刻的波形图，已知波的传播速度，试回答下列问题：
（1）求出处的质点在内通过的路程及时该质点的位移；
（2）写出处的质点的振动函数表达式．
18．如图甲所示，在某种介质中A、B、C是三角形的三个顶点，其中AC长x1=3.25m，BC长x2=1m。两个波源分别位于A、B两点，且同时从t=0时刻开始振动，它们的振动图像如图乙所示，已知位于A点的波源产生波的波长λA=2m。求：
（1）位于B点的波源产生波的波长及波速；
（2）从t=0时刻开始，C点的位移为﹣7cm的时刻。
参考答案：
1．B
【详解】AC．由图象可知，A质点比波源晚振动3s，其周期为4s，所以波速
又根据波速公式得：
故AC错误；
B．根据波传播的特点，各质点的起振的方向和波源的起振方向相同，由振动图象可知，A质点的起振方向沿y轴正方向，故该波源的起振方向沿y轴正方向，B正确；
D．根据图象，在t=4s时，质点A正处于正的最大位移处，其动能为零，D错误．
故本题选B
【点睛】首先明确其图象是振动图象，根据位移除以时间得到波速，根据求解波长；质点起振方向和振源相同；根据t=4s时质点A所处的位置，可判断动能大小．
2．C
【详解】A．波源的振动速度指的是波源做机械振动的速度，是在不断变化的，而波的传播速度指的是整列波在介质中传播的快慢程度，在均匀介质中波速是恒定的，A错误；
B．频率由波源决定，故机械波在传播过程中频率保持不变，B错误；
C．机械波传播过程中传递了能量和运动形式，C正确；
D．波传播过程，质点不随波迁移，D错误。
故选C。
3．D
【详解】A．此刻a距离平衡位置的位移最大，则回复力最大，其加速度最大，选项A错误；
B．此刻b在平衡位置，速度最大，选项B错误；
C．若波沿x轴负方向传播，根据“同侧法”可知，此刻b向y轴负方向运动，选项C错误；
D．若波沿x轴正方向传播，根据“同侧法”可知，c向下振动，则a比c先回到平衡位置，选项D正确。
故选D。
4．B
【详解】A．振源的振动会带动周围质点的振动，从而形成机械波，故机械波的频率等于振源的振动频率，选项A正确，不符合题意；
B．纵波的传播方向与质点振动方向在同一直线上，选项B错误，符合题意；
C．由可知，在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离，选项C正确，不符合题意；
D．机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，D正确，不符合题意。
故选B。
5．D
【详解】A．波传播振动这种运动形式的同时传递能量，故A正确，不符合题意；
B．波的频率是由波源决定的，故B正确，不符合题意；
C．干涉、衍射是波的特有现象，机械波在一定条件下也能发生干涉和衍射现象，故C正确，不符合题意；
D．机械波传播要借助于介质，真空中不能传播，故D错误，符合题意。
故选D。
6．B
【详解】A．若波沿x轴正方向传播，各个点应与其相邻左边点的位移相同，a点向下运动，速度增大，A选项错误
B．波向负方向传播，由波的平移法可知c点向下运动，B选项正确;
C．e点向上运动时将会比d点先回到平衡位置，此时波向x轴负方向传播，C选项错误；
D．波沿x轴方向传播，但各个质点振动方向仅上下运动，不会移动到其他点，D选项错误。
故选B。
7．C
【详解】A．由题中的波形图，无法判断该列波的起振方向，A错误；
B．由题中的波形图，无法判断该列波传播的方向，B错误；
C．由公式
根据波形图可知，该列波的波长为
可知周期越大，波速越小；当该列波向右传播时，可得其最大周期满足
解得
对应最小波速为
当该列波向左传播时，可得其最大周期满足
解得
对应最小波速为
C正确；
D．当该列波向右传播时，可得其周期满足
解得
（，，）
当时，，则处的质点经通过的路程为
当时，，则处的质点经通过的路程为
当该列波向左传播时，可得其周期满足
解得
（，，）
当时，，则处的质点经通过的路程为
综上分析可知，处的质点经通过的路程不可能为，D错误。
故选C。
8．C
【详解】由波的图像知λ=12m，由振动图像得T=12s，则波的速度
由波的图像知x=1.0m处的质元在y=+2cm处，但无法确定速度方向，再结合振动图像得：若此时质元速度方向向上，则可能t=1s，且波向x轴负方向传播；若此时质元速度方向向下，则波向x正方向传播，此时刻可能为t=5s。
故选C。
9．ABD
【详解】A．读出相邻两个波谷间的距离为4m，所以波长，故A正确；
B．已知P点相继出现两个波峰的时间间隔为0.4s，则波的周期T=0.4s。由
故B正确；
C．质点Q（x=9m）经过0.5s才第一次到达波峰，由于x=2m位置的振动传递到Q点时，Q点才第一次到达波峰，所以
故C错误；
D．简谐横波沿x轴正方向传播，所以各质点开始振动的方向应与M点振动方向相同，都是向下。故D正确。
故选ABD。
10．ACD
【详解】A．时刻质点1开始竖直向上运动，经过0.5s质点1第一次到达最高点，质点6开始运动，说明质点振动的周期，绳波的波长为，A正确；
B．介质中的各点起振方向与波源相同，经过0.5s质点1第一次到达最高点，质点6开始运动，再经过0.5s质点6到达最高点，此时质点6的加速度方向向下，B错误；
C．由题可知，绳波的振幅，故从计时开始到t=1.5s时质点6（实际运动了1.0s）运动的路程为
C正确；
D．由题可知，绳波的周期，故时，绳波向右传播一个周期到达质点21位置，介质中的各点起振方向与波源相同，故此时质点21正处于平衡位置且运动方向向上，D正确。
故选ACD。
11．AC
【详解】ABCD．设A与右侧质点之间的平衡位置间距离为，由题给条件，得到

则得

当时，；当时，。
因n是整数，不可能等于和，故AC正确，BD错误。
故选AC。
12．ACD
【详解】由图可知，波长为8m，波速为v=40m/s，由，因在t=0时刻刚好传播到x=13m处，则t=0.45s时，波向前传播了2波形，所以x=9m处的质点此时处于波谷，则质点的位移为-5cm，x=11m处的质点处于平衡位置沿y轴负方向运动，则的位移0，故AC正确，B错误；经过t=0.45s时，波向前传播了x=vt=18m，因此该波刚好传播到x=31m处，故D正确；故选ACD.
点睛：根据质点的振动方向，由“逆向描波法----逆着波的传播方向，用笔描绘波形，若笔的走向向下则质点的振动方向向下；若笔的走向向上则质点的振动方向向上．”来确定波的传播方向．同时质点的运动方向不随波迁移．
13． 0.255 0.745 354 0.501
【详解】(1)[1]超声波传到液面时的时间
则距离
[2]容器内液体的体积
．
(2)[3]由题表中数据可知，温度每增加15℃，速度增加，则可知，温度每增加1℃，速度增加量
所以，当温度为40℃时，速度
[4]根据测量原理可知
而实际液面距顶部的高度
联立解得
14． 4 正 10
【详解】[1]图为波的振动图象，由图象可知质点A振动的周期为
T=4s
[2]波源的起振方向与波头的振动方向相同且向上，t=6s时质点在平衡位置向下振动，故8s时质点在平衡位置向上振动即沿轴的正方向；
[3]波传播到B点，需要时间
s=8s
故t=9s时，质点又振动了1s(个周期)，处于正向最大位移处，位移为10cm。
15．（1）；（2）
【详解】(1)根据波形图得到波长；时刻，质点Q正向下运动；从时刻开始计时，当时质点Q刚好第4次到达波峰，故有
，
解得
故波速为
．
(2)时刻，质点P正在向上运动，振幅为：，
角速度为：
故质点P做简谐运动的表达式为：
．
16．见解析
【详解】振幅为2cm，周期为0.2s，在波的传播方向上后一质点的振动比前一质点落后0.05s，故波长为4个间距，经过0.4s，传播8个间距，此时I点的振动方向向上，如图
17．（1）路程为50cm；位移，（2）或
【详解】（1）由图可知波长λ=2m
可得
有
故0~1.25s内的路程为
1.25s时x=1.5m处的质点处于波峰位置，位移x=5cm；
（2）振幅A=5cm，周期T=0.5s，则
ω==4πrad/s
则处的质点的振动函数表达式
或
18．（1）3m；5m/s；（2）
【详解】（1）横波在同种介质中的传播速度相同，从图像可知，A点的波源周期为0.4s，波长λA=2m，则波速
则B点的波源的波速也为5m/s；从图像可知，B点波源的周期为0.6s，则波长
（2）根据波的叠加结合图像可知，要让C点的位移为﹣7cm，则必须是两个波的波谷同时传到了C点的位置，对于A波源而言，A波的波谷传到C点位置需要的时间为
代入数据得
同理可得，B波的波谷传到C点位置需要的时间为
代入数据得
当t1=t2时，解得
考虑m、n最终只能取整数，则有