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第三章机械波重难点检测卷-高中物理选择性必修第一册
一、单选题
1.宇宙中的星球都在不停地运动。测量某星球上某些元素发出的光波的频率,然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照,就可以算出该星球靠近或远离我们的速度。其运用的原理是( )
A.多普勒效应 B.波的叠加 C.波的衍射 D.波的干涉
2.在同一水平面、同一种介质中有两个波源O1和O2,振动频率均为f,振动振幅均为A。现两波源同时开始沿垂直纸面方向振动,且起振方向相反。经半个周期后停止振动,波形如图所示,其中实线表示波峰,虚线表示波谷。已知,P为bc的中点,下列说法正确的是( )
A.两列波的波长均为2L
B.两列波的波速均为
C.质点c为振动的加强点
D.质点P振动经过的总路程为4A
3.向水面上扔一个石块,形成如图所示的波形,已知相邻实线间的距离等于一个波长,不考虑水波的反射,大致画出了a、b、c、d四幅图代表水波通过图甲的孔A和B以及遇到乙中障碍物C和D之后的传播情况。则下列选项最符合实际的是( )
A.a和d B.a和c C.b和c D.b和d
4.一列简谐横波某时刻波形如图甲所示。由该时刻开始计时,质点的振动情况如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.该横波沿轴负方向传播
B.质点该时刻向轴负方向运动
C.质点经半个周期将沿轴正方向移动
D.该时刻质点与的速度、加速度都相同
5.2023年9月23日杭州亚运会的开幕式惊艳全世界,其中大莲花“复现钱塘江”,地屏上交叉潮、一线潮、回头潮、鱼鳞潮……如图,用两个绳波来模拟潮水相遇,一水平长绳上系着一个弹簧和小球组成的振动系统,振动的固有频率为2Hz,现在长绳两端分别有一振源P、Q同时开始以相同振幅上下振动了一段时间,某时刻两个振源在长绳上形成波形如图所示,两列波先后间隔一段时间经过弹簧振子所在位置,观察到小球先后出现了两次振动,小球第一次振动时起振方向向上, 且振动并不显著,而小球第二次的振幅明显较大,则( )
A.由Q振源产生的波先到达弹簧振子处
B.两列绳波可在绳上形成稳定的干涉图样
C.由Q振源产生的波的波速较接近4m/s
D.钱江潮潮水交叉分开后,其振动周期发生改变
6.2023年2月,土耳其、叙利亚两国发生了大地震,造成了重大破坏与人员伤亡,我国及时派遣了多支专业搜救队并援助了大量急需物资。地震波既有横波,也有纵波,若一列沿x轴正方向传播的地震横波,在t(图中实线)与(图中虚线)两个时刻x轴上-3~3km区间内的波形图如图所示,则下列说法正确的是( )
A.该地震波的波长为3km
B.质点振动的周期最大为1s
C.该地震波波速一定为4km/s
D.从t时刻开始计时,处的质点比处的质点先回到平衡位置
二、多选题
7.在O点有一波源,时刻开始向上振动,形成向右传播的一列横波。时,距离O点为3m的A点第一次达到波峰;时,距离O点为4m的B点第一次达到波谷.则以下说法正确的是( )
A.该横波的波长为2m
B.该横波的周期为4s
C.该横波的波速为1m/s
D.距离O点为7m的质点第一次开始向上振动的时刻为5s末
8.停在湖中的甲、乙两条船相距,某时刻波源开始上下振动,形成的水波可视为简谐横波,波源和甲、乙两船的相对位置如图所示,通过观察发现当甲船位于波峰时,乙船位于波谷,且两船之间还有两个波峰,波源每分钟完成30次全振动。下列说法正确的是( )
A.这列波的周期为 B.这列波的波长为
C.这列波的速度为 D.甲、乙两船的振动情况总是相反的
9.某均匀介质中的O处有一波源做简谐运动,所激发的波沿水平方向向四周传播。波源在0~0.5s内以9Hz的频率振动,0.5s后的振动图像如图乙所示且频率不再发生变化。图甲为波源频率稳定较长时间后某时刻的俯视图,实线表示波峰,虚线表示波谷。下列说法正确的是( )
A.该波波源起振方向向下,波速为4m/s
B.从图示时刻开始,质点A经s后运动的路程为
C.在时,距离波源5.0m处的质点向上振动
D.距离波源1.0m与2.0m处的质点的振动情况始终相反
10.一列简谐横波沿x轴传播,A、B分别是平衡位置坐标为1m、4m处的两个质点,时刻开始计时,时这列波的波形如图1所示。图2为B点的振动图像,下列说法正确的是( )
A.这列波的传播速度为
B.这列波沿x轴负方向传播
C.在时,质点A的加速度方向为y轴负方向
D.从到,质点B运动的路程为
三、实验题
11.用单摆测定重力加速度的实验装置如图所示。
(1)组装单摆时,应在下列器材中选用 (选填选项前的字母)。
A.长度为1m左右的细线
B.长度为30cm左右的细线
C.直径为1.8cm的塑料球
D.直径为1.8cm的铁球
(2)测出悬点O到小球球心的距离(摆长)L及单摆完成n次全振动所用的时间t,则重力加速度g= (用L、n、t表示)。
(3)下表是某同学记录的3组实验数据,并做了部分计算处理。
组次 1 2 3
摆长L/cm 80.00 90.00 100.00
50次全振动时间t/s 90.0 95.5 100.5
振动周期T/s 1.80 1.91
重力加速度g/(m·s-2) 9.74 9.73
请计算出第3组实验中的T= s,g= m/s2
(4)用多组实验数据作出T2 L图像,也可以求出重力加速度g。已知三位同学作出的T2 -L图线的示意图如图2中的a、b、c所示,其中a和b平行,b和c都过原点,图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值。则相对于图线b,下列分析正确的是 (选填选项前的字母)。
A.出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L
B.出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次
C.图线c对应的g值小于图线b对应的g值
四、解答题
12.如图所示,实线为时刻的图像,虚线为时刻的波形,求:
(1)波长和振幅;
(2)若波速为250m/s,求波的频率;
(3)波速。
13.如图所示,相距2.5m的和是两个完全相同波源,两波源振动方程均为,波速。以两波源连线中点O为坐标原点过两个波源建立x轴,求:
(1)该波的波长。
(2)在、连线中间因干涉而静止的各点位置。
14.如图所示,一列简谐横波沿x轴传播,波速为4m/s,振幅为5cm,P、Q是平衡位置相距为1m的两个质点,在t=0时,P通过平衡位置沿y轴正方向运动,Q位于其平衡位置下方最大位移处,求:
(1)该波的周期;
(2)若波沿x轴负方向传播,且波长大于1m,质点P经过3s通过的路程;
(3)若波沿x轴正方向传播,且波长大于1m,则从t=0时刻开始计时,质点Q至少经多长时间偏离平衡位置的位移为2.5cm,且速度沿y轴正方向?
15.一列简谐横波沿着x的正方向传播,时刻波源从坐标原点处开始振动。如图甲所示是波在时的部分波动图像,如图乙所示是这列波上处的质点的振动图像(开始振动),求:
(1)波的振动周期以及波源的振动方程;
(2)时间内,处的质点的路程。
参考答案:
1.A
【详解】星球靠近或远离我们时,会产生多普勒效应,当地球上测量者接收到的频率小于发出频率时,星球离我们而去;若接收到的频率大于发出频率时,则星球向我们靠近,并能算出星球靠近或远离我们的速度,故A正确,BCD错误。
故选A。
2.D
【详解】AB.根据题意可知波的周期
由于波源只振动了半个周期,可以判断得出波源O1开始起振方向垂直纸面向外,首先波源用到达最大位移处,然后再用将波峰状态传播到a点,因此
故AB错误;
C.因为质点c到两波源的路程相等,且两波源起振方向相反,则c为振动的减弱点,故C错误;
D.因为质点P到两波源的路程差为L,当左侧波峰到达P点时右侧波还未传到P点,P会到达+A位置,当右侧波谷传播到达P点时左侧波已完全通过P点,则P会到达-A位置,随后两波均通过P点,P会到达平衡位置,因此P振动经过的总路程为4A,故D正确。
故选D。
3.A
【详解】孔、缝、障碍物的宽度与波长差不多或者比波长还小时,就能够发生明显的衍射现象;观察图可得,孔A的尺寸小于波长,会发生明显衍射现象;孔B和障碍物C的尺寸明显大于波长,不会发生明显衍射现象,但仍然有衍射现象,只是不明显,不易观察;障碍物D的尺寸接近波长,会发生明显衍射现象,如图
故选A。
4.A
【详解】AB.由图可知乙质点L的振动情况,该时刻质点L向y轴负方向振动。根据上下坡法或者平移法可知,该横波沿x轴负方向传播,质点N该时刻向y轴正方向运动,故A正确,故B错误;
C.质点L只在平衡位置附近y轴方向上下振动,波传播时,质点不会沿x轴正方向移动,故C错误;
D.该时刻质点K与M的速度为零,质点K加速度为-y方向,质点M加速度为+y方向,故D错误。
故选A。
5.C
【详解】A.由P、Q激发的机械波的波形图及传播方向可知,P波源产生的波起振方向向上,Q波源产生的波起振方向向下,所以先到达弹簧振子处的是由P波源产生的波,故A错误;
B.同种介质中的波速是相等的,图中两列波的波长不同,由可知两列波频率不同,所以不会形成干涉,故B错误;
C.波源Q激发的机械波使小球产生了较强的振动,即共振,说明Q的振动频率接近2Hz,即周期接近0.5s,所以波速接近于
故C正确;
D.机械波的叠加其实就是运动的合成,各个分运动是独立的、互不影响的,所以钱江潮潮水交叉分开后,其振动周期不变,故D错误。
故选C。
6.B
【详解】A.相邻两波峰之间的距离是一个波长,所以波长为
故A错误;
B.由图可知,图中由实线变成虚线的时间为
故
当时,得质点振动的周期最大为1s,故B正确;
C.由
该地震波最小波速为
故C错误;
D.在t时刻,x=0.5km处的质点和x=1.5km处的质点都在向负方向振动,所以x=1.5km处的质点先回到平衡位置,故D错误。
故选B。
7.BC
【详解】ABC.根据题意可知
,
联立得
,,
故A错误,BC正确;
D.距离O点7m的质点第一次向上振动需要
s=7s
故D错误;
故选BC。
8.BD
【详解】A.波源每分钟完成30次全振动,所以这列波的周期为
A错误;
B.当甲船位于波谷时,乙船位于波峰,且两船之间还有两个波峰,即两船之间的距离等于个波长,得
求得
B正确;
C.根据波速与周期和波长的关系,可得这列波的速度为
C错误;
D.甲、乙两船的相位相反,甲、乙两船的振动情况总是相反的,D正确。
故选BD。
9.BC
【详解】
A.波源在0~0.5s内,振动周期为s,则波源在0~0.5s内振动了个周期,由乙图可得,当时,波源在向下振动,即起振方向向上;0.5s后波源的振动周期为
由甲图可知,机械波的波长为
则机械波的波速为
故A错误;
B.质点A的振动时间为
图示时质点A在波峰处,则在时间内通过的路程为
在时间内通过的路程为
则,质点A经后运动的路程为
故B正确;
C.因为
故波源在时的振动与波源在时的振动相同,由图乙可知,此时波源在向下振动,距离波源5.0m处的质点与波源的距离为
则该质点的振动始终与波源的振动相反,即在t=1.9s时,距离波源5.0m处的质点向上振动,故C正确;
D.距离波源1.0m与2.0m处的质点的距离差为
则距离波源1.0m与2.0m处的质点的振动相同,故D错误。
故选BC。
10.BD
【详解】A.从两图中可以得到波长为8m,周期为4s,则波的传播速度为
故A错误;
B.时B点振动方向向下,根据图1,结合“同侧法”,可知这列波沿x轴负方向传播,故B正确;
C.在时,质点A的位移为负值,则回复力方向为y轴正方向,加速度方向为y轴正方向,故C错误;
D.B点振动方程为
从到,质点B运动的路程为
再经0.5s运动路程
所以从到,质点B运动的路程为
故D正确。
故选BD。
11. AD; ; 2.01; 9.76; B
【详解】(1)[1]为了减小实验误差,应选择1m左右的摆线,为了减小空气阻力的影响,摆球应选择质量大而体积小的金属球,因此需要的实验器材选择AD。
(2)[2]由题意可知,单摆的周期
由单摆的周期公式可知
联立可求
(3)[3][4]由表格中的实验数据可知,第三组实验数据中,周期
代入公式中
(4)[5]由公式
可知
结合T2 -L图像可知,图像的斜率为
A.由图所示的图线a可知,当L为零时,T不为零,说明所测量的摆长偏小,即把悬点到摆球上端的距离作为摆长,故A错误;
B.实验中误将49次全振动记为50次,则周期的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏大,图像的斜率偏小,故B正确;
C.由图可知,图线c对应的斜率小于图线b对应的斜率,所以图线c对应的g值大于图线b对应的g值,故C错误。
故选B。
12.(1),;(2);(3)见解析
【详解】(1)由图像可知,波长
振幅
(2)由
得
(3)若波的传播方向为方向,可知传播的距离
由
得
若波的传播方向为方向,可知传播的距离
同理可得
13.(1);(2)m和m
【详解】(1)由两声源振动方程得
根据公式得
又因为得
(2)设、连线上A点为振动减弱点,则
()
由几何关系得
即时,有2个振动减弱点,坐标分别为m和m,因干涉而保持静止。
14.(1)见解析;(2)1.8m;(3)
【详解】(1)若波沿x轴正方向传播,则有
(n=0,1,2……)
所以
(n=0,1,2……)
(n=0,1,2……)
若沿x轴负方向传播,则有
(n=0,1,2……)
所以
(n=0,1,2……)
(n=0,1,2……)
(2)已知沿x轴负方向传播,且波长大于1m,则取n=0,此时
,
所以
所以
(3)已知沿x轴正方向传播,且波长大于1m,则取n=0,此时
,
由于质点速度沿y轴正方向,则
解得
,(舍)
所以时间至少为
15.(1)0.4s, ;(2)360cm
【详解】(1)处的质点开始振动,可知波速为
由图甲可得
得
所以波的振动周期为
由图乙可知波源起振方向向下,振幅为30cm,所以波源振动方程为
(2)波传到处质点所需时间
所以振动时间为
所以质点的路程为
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