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第三章 机械波--重难点突破卷
(考试时间:75分钟 满分:100分)
注意事项:
1.答卷前,考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2.回答选择题时,选出每小题答案后,用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案标号。回答非选择题时,将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后,将本试卷和答题卡一并交回
第Ⅰ卷 选择题
一.选择题(本题共10小题,共46分,在每小题给出的四个选项中,1~7题只有一项符合题目要求,每小题4分,8~10题有多项符合题目要求,全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错或不答得0分。)
1.(23-24高二下·江西·阶段练习)在赣江某流域载有航标灯相距为75m的甲乙两船静止在平静的江面上,当一艘大货船驶过时产生一列周期为4s的水波在江面上经过甲传向乙。如图,某时刻甲位于波峰时,乙恰位于波谷,且峰、谷间的高度差为0.5m,则( )
A.该简谐水波的波长为20m
B.该简谐水波的波速为5m/s
C.该简谐水波从甲传到乙的时间为12s
D.8s内甲运动的路程为2m
2.(23-24高二下·广东清远·阶段练习)2023年艺术体操亚锦赛,中国选手赵雅婷以31.450分摘得带操金牌。带操选手伴随着欢快的音乐,完成了各项专业动作,产生各种优美的波形。如图为带操某时刻的简谐波形图,此时波刚传到M点,则( )
A.带上Q质点的起振方向向上
B.图中带上P质点周期前向下运动
C.图示时刻质点P的速度大于质点Q的速度
D.波沿带从波源传到M质点需1.5个周期
3.(23-24高二下·北京通州·期中)如图所示是利用发波水槽观察到的水波衍射图样。下列说法正确的是( )
A.B侧波是衍射波
B.B侧相邻波纹间距大于A侧相邻波纹间距
C.增大挡板之间的间隙,衍射现象将更明显
D.如果孔的大小不变,减小水波波源的频率,衍射现象将更明显
4.(24-25高二上·上海·随堂练习)将上下振动的振针水平移动,移动过程中在水面上形成了如图所示的水波图形,下列说法正确的是( )
A.振针向右移动
B.振针向左移动
C.在A处的观察者,接收到的水波频率等于振针的振动频率
D.在A处的观察者,接收到的水波频率比振针的振动频率大
5.(24-25高二上·江苏宿迁·期中)如图为一只小蜜蜂掉入水中同时挥动双翅留下的水面波纹简化图(振动频率固定),图中实线表示波峰,虚线表示波谷,c和f分别为ae和bd的中点,则在a、b、c、d、e、f六点中,下面的判断正确的是( )
A.振动加强的点是a、e、c
B.此时刻位移为零的点是a、b、d
C.图示时刻e位置为两列波相遇的加强点,再经过半个周期该位置将变为减弱点
D.f点位置与两列波波源的距离之差为波长λ的整数倍
6.(23-24高二下·安徽亳州·期末)某健身者挥舞健身绳锻炼臂力,图甲为挥舞后绳中一列沿x轴传播的简谐横波在时的波形图,图乙为绳上质点M的振动图像。下列说法正确的是( )
A.波沿x轴负方向传播 B.波的传播速度大小为2m/s
C.再经过质点P、Q振动方向相反 D.P点的振动方程为
7.(24-25高二上·全国·单元测试)一列简谐波在时的波形如图甲所示,平衡位置为的质点振动图像如图乙所示,且该质点时刚开始振动,则( )
A.该简谐波传播方向为轴正方向
B.平衡位置为的质点向轴负方向运动,速度为
C.平衡位置为的质点振动方程为
D.从到的时间内平衡位置为的质点运动的路程为
8.(23-24高二下·安徽淮南·期中)如图所示为一列沿x轴传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图中实线所示,经0.2s时间波形第一次变为图中虚线。已知a为平衡位置在x=1.0m处的质点,b为平衡位置在处的质点,则下列说法正确的是( )
A.波长可能为3.4m
B.波的周期可能为2.4s
C.波速可能为11m/s
D.从0时刻开始计时,经0.2s时间,a的路程为一定为0.1m
9.(23-24高二下·河北张家口·期中)如图,光滑水平面上放有一根劲度系数较小的软弹簧,沿弹簧径向和垂直弹簧建立平面直角坐标系xOy,P为x轴正半轴上距离O点0.4m处的一个质点,Q为x轴负半轴上距离O点0.2m处的一个质点。现用一周期性的外力拍打弹簧的左端,弹簧形成一列纵波,时刻,Q沿x轴正方向回到平衡位置,P点恰沿x轴负向运动到最大位移处。时,P点沿x轴正向回到平衡位置,已知波的周期,则该波的波速可能为( )
A.4.8m/s B.2.4m/s C.0.96m/s D.0.48m/s
10.(23-24高二下·安徽黄山·期末)均匀介质中,波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播,波面为圆。t=0时刻,波面分布如图(a)所示,此时波刚刚传到y轴上的点,图中M点未标出。图中实线表示波峰。已知该波的波速为2.5m/s。A处质点的振动图像如图(b)所示,z轴正方向竖直向上。下列说法正确的是( )
A.图中虚线表示相邻的波谷
B.t=6s时,B处质点已走过的路程为7.5m
C.当波刚传到C处时,C处质点的起振方向向上
D.t=10s时,D处质点所受回复力方向竖直向下
第Ⅱ卷 非选择题
二、非选择题
11.(6分)(23-24高二下·福建莆田·期末)海洋浮标是一个无人的自动海洋观测站。浮标上下振动可简化成简谐运动,海水波可看成简谐横波。图甲为一列沿x轴方向传播的海水波在时的波形图,图乙为该波上A质点的振动图像,则这列波沿x轴 (填“正”或“负”)方向传播,其波速为 m/s。
12.(9分)(23-24高二下·上海黄浦·期末)如图为两列简谐横波在同一绳上传播时某时刻的波形图,质点M位于x=0.2m处,则M点的振动总是 (选填“加强”或“减弱”或“无法确定”);由图示时刻开始,再经过甲波周期,M将位于 (选填“波峰”或“波谷”或“无法确定”)。
13.(8分)(24-25高二上·重庆渝中·期中)近年来我国航天事业取得了举世瞩目的成就,2024年10月30日神州十九号飞船成功发射,蔡旭哲、宋令东、王浩泽三名宇航员进入空间站工作。如图(a)所示,太空舱中一弹簧振子沿轴线AB自由振动,一垂直于AB的长绳与振子相连,沿绳方向为x轴,沿弹簧轴线方向为y轴,弹簧振子振动后,某时刻记为时刻,振子的位移y随时间t变化的关系式为,绳上产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波。如图(b)所示,实线为时刻绳子的波形,虚线为时刻绳子的波形,P为处的质点。
14.(13分)(23-24高二下·江西赣州·期中)“波”字最早用于描述水纹起伏之状,唐代诗人有“微风动柳生水波”的描述,水波可看成简谐横波。一列沿x轴负方向传播的水波在时刻的波形如图所示,此时波刚好传播到平衡位置为的P点,Q点是波上平衡位置为的质点,在时刻,Q点(在时刻后)首次位于波峰位置。
求:
(1)该列波的传播速度v;
(2)质点Q的振动方程;
(3)时刻后,质点P和质点Q第三次位移相同的时刻。
15.(18分)(23-24高二下·河北张家口·期中)如图所示,间距为x=8m的M、N两波源在某时刻同时开始振动,两波源在不同介质中形成两列相向传播的简谐横波,在介质ON中波的传播速度为v1=2m/s,在介质OM中波的传播速度为v2=4m/s。已知两列波的频率均为f=2Hz,波源M的振幅为A1=5cm,波源N的振幅为A2=10cm,图中O点是两波源连线上的某一点,ON=2m。求:
(1)两列波在ON和OM传播的波长大小:
(2)振源M的振动形式传播到N处所需的时间;
(3)经过足够长的时间,MN间振幅为15cm的点的个数(不包括MN两点)。
答案和解析
参考答案:
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 D B D A A D C BC BD ACD
1.D
【详解】A.根据图像可知甲乙之间的距离
解得
故A错误;
B.该简谐水波的波速
故B错误;
C.简谐水波从甲传到乙的时间
故C错误;
D.8s内即2个周期内,甲运动的路程
故D正确。
故选D。
2.B
【详解】A.带上Q质点的起振方向与M点起振方向相同,为向下的方向,选项A错误;
B.图中带上P质点周期前在平衡位置向下运动,选项B正确;
C.图示时刻质点P的速度为零,质点Q的速度最大,则质点P的速度小于质点Q的速度,选项C错误;
D.由图可知,波沿带从波源传到M质点需2个周期,选项D错误。
故选B。
3.D
【详解】A.由图可知,A侧波是衍射波,故A错误;
B.两侧的波的频率和波速相同,波长相同,即A侧相邻波纹间距等于B侧相邻波纹间距,故B错误;
C.当孔的尺寸与波长差不多或者小于波长时会产生明显的衍射现象,增大挡板之间的间隙,衍射现象将变得不明显,故C错误;
D.当孔的尺寸与波长差不多或者小于波长时会产生明显的衍射现象,则如果孔的大小不变,减小水波波源的频率,则波长变大,衍射现象将更明显,故D正确。
故选D。
4.A
【详解】AB.由图可知振针(波源)前进方向上的水波变得密集,在其反方向的水波变得稀疏,因此振针向右移动,故A正确,B错误;
CD.由于波源远离观察者,观察者接收到的水波频率比振针的振动频率小,故CD错误。
故选A。
5.A
【详解】A.、、位于两波源连线的中垂线上,且为两波的波谷叠加;为两波的波峰叠加,所以、、均为振动加强点,故A正确;
B.此时刻,为两波的波谷叠加,位移为最大;、均为波峰和波谷叠加,位移最小,为两波振幅之差,故B错误;
C.图示时刻位置为两列波相遇的加强点,始终为振动加强点,故C错误;
D.若f点位置与两列波波源的距离之差为波长λ的整数倍,则由题意可知,点为振动加强点;又因为f为bd的中点,、均为振动减弱点,则,点不可能为振动加强点,故D错误。
故选A。
6.D
【详解】A.时的质点M振动方向向上,故简谐波沿x轴正方向传播,故A错误;
B.由图甲和图乙可知
,
则波的传播速度大小为
故B错误;
C.再经过质点P由平衡位置向下振动,质点Q由正的最大处向平衡位置振动,故振动方向相同,故C错误;
D.质点Q的振动方程为
质点P的相位超前质点M的相位,故质点P的振动方程为
故D正确。
故选D。
7.C
【详解】A.根据题图乙可知,时处质点由平衡位置向下振动,根据同侧法可知,该简谐波传播方向为轴负方向,故A错误;
B.在波的传播过程中质点只在平衡位置附近振动,并不随波迁移,故B错误;
C.由题图甲可知,波长
由题图乙可知,周期
波速
时处的质点开始振动,由题图乙可知,质点开始振动时由平衡位置向上振动,波由处传播到处需要的时间
由题图乙可知处的质点振动方程为
处的质点比处的质点提前,则处的质点的振动方程为
故C正确;
D.波从处传播到处需要的时间
从到时间内处的质点的振动时间
则运动的路程
故D错误。
故选C。
8.BC
【详解】A.由图可知波长,故A错误;
BC.若波向左传播,则波速
n=0,1,2,3…
周期
n=0,1,2,3…
若波向右传播,则波速
n=0,1,2,3…
周期
n=0,1,2,3…
故BC正确;
D.由于质点a振动的方向和振动的周期次数均不确定,所以路程也不确定。故D错误。
故选BC。
9.BD
【详解】以向右为正方向,Q点向右回到平衡位置时,在波的图像上正处于平衡位置向正方向运动,P点正处于负向位移最大处,PQ之间小于一个波长的图像如图所示
所以有
(、1、2……)
解得
(、1、2……)
由0.25s后P点向右回到平衡位置,有
(、1、2……)
由于周期,所以,解得周期,波速
(、1、2……^
易知时,,时,。
故选BD。
10.ACD
【详解】A.已知该波的波速为2.5m/s,从振动图像中可知周期为4s,根据
可得,波的波长为
图中实线表示波峰,虚线到实线的距离
则图中虚线表示相邻的波谷,故A正确;
B.波从M传到B的时间为
t=6s时,B处质点已振动了
则B处质点已走过的路程为
故B错误;
C.波源从O点向第一象限传播时,先经历波谷,再经历波峰,根据“下坡上”,很显然波源是向上振动,故当波刚传到C处时,与波源振动一致,故C正确;
D.波从AE波面传播到D的距离为
则时间为
则时,C处质点动了8.3s,则此时质点位于z轴上方,回复力方向向下,D正确;
故选ACD。
11. 正 7.5
【详解】[1]由图乙可知在时A质点向y轴正方向运动,结合图甲可知这列波沿x轴正方向传播。
[2]由图甲可知,波长
由图乙可知,周期
则波速
12. 加强 波谷
【详解】[1]由图可知,两列波周期相同,同时两列波在M点的振动方向都是向下,所以该点总是加强。
[2]初始M点由平衡位置向下振动,再经过周期,M点刚好到达波谷。
13.(1)
(2)
(3)
【详解】(1)波沿x轴正方向传播,因此时的波形图如图所示。
(2)振源在坐标原点,绳子上产生的波向右传播,由到波传播的距离
则波速
解得
(3)由题意得
解得
则
以时刻为计时起点,质点位移随时间变化的关系式
可得在时刻,质点位移
质点P的路程
解得
14.(1);(2);(3)
【详解】(1)时刻,质点Q右端最近的波峰的平衡位置
时间内,处的振动形式传播至Q点,则
解得
(或)
(2)质点Q的振幅
(或)
设简谐横波的周期为T,则
质点Q的圆频率
设质点Q的初相位为,根据题意有
则质点Q的振动方程为
(3)根据题意可知,质点P的振动方程为
质点P、质点Q第三次位移相同时
解得
15.(1)1m,2m;(2)2.5s;(3)8个
【详解】(1)在ON的波长
在OM的波长
(2)波在OM传播的时间
波在ON传播的时间
传播时间
(3)从图中可知,两列波的波源起振方向向上,故振动情况完全相同,A=15cm为振动加强点。t=1.5s时两列波传至O点时振动方向均向上,O点为振动加强点。ON间的振动加强点在ON的波长,半波长为。两列波在ON间的波程差为2m至2m,半波长的偶数倍为(n=1,2,3…)。n可取1,0,1共3个。
在OM的波长,半波长为。两列波在OM间的波程差为6m至6m,半波长的偶数倍为(m=1,2,3…),m可取2,1,0,1,2共5个。综上所述,一共有9个振动加强点。
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