阶段质量检测(三)　机械波（含解析）高中物理 鲁科版（2019）选择性必修 第一册

阶段质量检测(三)　机械波
(满分:100分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.发波水槽中产生一列水波,用一支圆珠笔的笔尖插入水中,如图所示,笔尖对波的传播 (　　)
A.有影响,水波发生明显衍射现象
B.有影响,水波不发生明显衍射现象
C.无影响,水波发生明显衍射现象
D.无影响,水波不发生明显衍射现象
2.将长绳一端固定在墙上,另一端用手捏住以恒定振幅上下持续振动,产生的绳波沿绳自左向右传播,图示时刻,波形刚好传播到A点。下列判断正确的是 (　　)
A.手的起振方向向下
B.此后A点会向右匀速运动
C.若增大手的振动频率,绳波的波长将增大
D.若减小手的振动频率,绳波的传播速度不发生变化
3.如图所示,S1、S2是软绳两端的波源,同时做半个周期的简谐运动形成两列简谐波,已知波源S1、S2的振幅分别为A1、A2,周期分别为T1、T2,P为软绳的中点,下列说法正确的是 (　　)
A.两列波都是纵波
B.波源S1起振方向向下
C.波源S2形成的波峰先到达P点
D.P点的最大位移等于A1+A2
4.青岛濒临黄海,是国内著名的滨海旅游城市,长达800多公里的海岸线,拥有众多优良海水浴场。在石老人海水浴场,某同学漂浮在海面上,水波以3 m/s的速率向着海滩传播,该同学记录了第1个波峰到第
10个波峰通过身下的时间为18 s。下列说法正确的是 (　　)
A.该同学很快就会漂流到沙滩上
B.该水波的周期为1.8 s
C.该水波的波长为6 m
D.该水波可以绕过石老人继续传播属于波的干涉现象
5.手机上一般会有两个麦克风,一个位于手机下方,另一个位于手机顶部。位于手机顶部的麦克风为降噪麦克风。降噪麦克风通过降噪系统产生与外界噪声等幅、等频的声波,与噪声叠加从而实现降噪的效果,理想降噪过程如图所示,实线对应环境噪声,虚线对应降噪系统产生的声波。下列说法正确的是 (　　)
A.图示两列波叠加会产生振动加强点与振动减弱点相间的稳定干涉波形
B.图中P点为振动减弱点,Q点为振动加强点
C.图中P点为振动加强点,Q点为振动减弱点
D.噪声声波与降噪系统产生的声波相位相反
6.纵波也可以发生干涉现象,其原理与横波干涉相同。图甲是可以使轻质泡沫颗粒悬浮的声悬浮仪,上、下两圆柱体间有两列振幅相同的同频超声波相遇发生干涉现象,泡沫颗粒能在振幅为零的点附近保持悬浮状态。以上、下两波源的连线为x轴,轴上两列超声波的叠加情况可简化为图乙所示,实线表示振动加强点的位置,虚线表示振动减弱点的位置。已知这两列超声波传播的速度均为340 m/s。则下列说法正确的是 (　　)
A.振动加强点的质点,始终处于位移最大状态
B.泡沫颗粒能悬浮在x=0.50 cm的M点附近
C.该声悬浮仪发出的超声波波长为0.25 cm
D.增大该声悬浮仪所发出的超声波频率,振动减弱点的个数增加
7.图甲为一列简谐横波在t=0时刻的波形图,图乙为质点P的振动图像,Q是平衡位置在x=4.0 m 处的质点,下列说法正确的是 (　　)
A.t=0时刻,质点Q沿y轴负方向振动
B.这列波的波速为0.8 m/s
C.质点Q的振动方程为y=20sincm
D.从t=0到t=11 s,质点Q通过的路程为60 cm
8.如图甲所示,S为与波源处于同一均匀介质中的点,其与两波源P1、P2的距离分别是SP1=7 m,SP2=9 m,波源P1的振动图像如图乙所示;波源P2振动频率f=5 Hz,其产生的简谐横波在t=0.25 s时刻的图像如图丙所示。已知P1、P2均在t=0时刻开始振动,则 (　　)
A.波源P2的起振方向沿y轴正方向
B.t=0.85 s时刻质点P1处于波谷
C.t=0到t=0.95 s时间内,质点S通过的路程为9 cm
D.t=0到t=0.95 s时间内,质点S通过的路程为13 cm
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图为波源O传出的一列水波,相邻实线间的距离等于一个波长,下列说法正确的是 (　　)
A.波通过孔A,会发生明显的衍射现象
B.波通过孔B,不会发生衍射现象
C.波遇到障碍物C,会发生衍射现象
D.波遇到障碍物D,不会发生衍射现象
10.如图所示,有两列频率相同、振动方向相同、振幅均为A、传播方向互相垂直的平面波相遇并发生干涉,两列波的传播方向如图中箭头所示。图中实线表示波峰,虚线表示波谷,a为波谷与波谷相遇点,b、c为波峰与波谷相遇点,d为波峰与波峰相遇点,e是a、d连线的中点,则下列说法正确的是 (　　)
A.a、d处的质点振动加强,b、c处的质点振动减弱
B.图示时刻,e正处于波峰位置
C.从图示时刻经过半个周期,e处质点将处于平衡位置
D.e处的质点振幅为A
11.一列简谐横波沿x轴传播,已知x轴上x1=1 m 和x2=7 m处质点的振动图像分别如图甲、乙所示,则此列波的波速可能是 (　　)
A.7 m/s B.2 m/s
C.1.2 m/s D.1 m/s
12.“甩绳”运动可以提升健身者的爆发力、心肺耐力等。某根绳子上一列简谐横波沿x轴传播,图甲为t=4 s时的波形图,P、Q是绳子上的两个质点。图乙为质点P的振动图像,下列说法正确的是 (　　)
A.该简谐横波沿x轴正方向传播
B.该列波的波速为2.5 m/s
C.质点Q的平衡位置坐标为xQ= m
D.当t= s时,P、Q两质点速度相同
三、非选择题(本题共4小题,共60分)
13.(12分)一列声波在空气中的波长为0.2 m。当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时,波长变为0.6 m。已知空气中的声速是340 m/s。
(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率;(4分)
(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度;(4分)
(3)若声波垂直进入介质Ⅱ,经0.4 s返回空气,则介质Ⅱ的深度为多少 (4分)
14.(14分)设B、C为两列机械波的波源,它们在同种介质中传播,其振动表达式分别为yB=0.1cos(2πt)cm和yC=0.1cos(2πt+π)cm,发出的波的传播方向如图中的虚线所示,它们传到P点时相遇,2 s末P点开始起振。PB=40 cm,PC=50 cm。试求:
(1)这两列波的波长;(6分)
(2)P点形成合振动的振幅。(8分)
15.(16分)两列简谐横波P、Q沿x轴相向传播,波速大小均为v=0.4 m/s,两波源分别位于A、B处,t=0时的波形如图所示。求:
(1)两列波P、Q的周期;(6分)
(2)t=1.5 s时,M、N两点处质点的位移大小。(10分)
16.(18分)一列简谐横波沿水平方向传播,在t1=0时和t2=0.5 s 时的波形图线分别如图中实线和虚线所示。
(1)这列波的传播速度为多大 (7分)
(2)若波速v=60 m/s,则波向哪个方向传播 (5分)
(3)若波向右传播,且2T<(t2-t1)<3T,则这列波的传播速度为多大 (6分)
阶段质量检测(三)
1.选C　由波的衍射现象可知,当圆珠笔的笔尖插入水中,笔尖的线度远小于水波的波长,水波会发生明显的衍射现象,即笔尖对波的传播没有影响,故C正确,A、B、D错误。
2.选D　根据波形平移法可知,A点的起振方向向上,则手的起振方向向上,故A错误;A点只会上下振动,不会随波向右运动,故B错误;波的传播速度只与介质有关,故减小手的振动频率,绳波的传播速度不发生变化,根据λ=,若增大手的振动频率,由于绳波的传播速度不变,可知绳波的波长将减小,故C错误,D正确。
3.选C　软绳中质点振动方向与简谐波传播方向垂直,所以两列波都是横波,A错误;根据同侧法可知,波源S1起振方向向上,B错误;两列波在同一根绳上传播,则它们的波速相等,由于P为两个波源连线的中点,所以两列波会同时到达P点,由题图可知波源S2形成的波的波长短,波峰距离P点更近,故波源S2形成的波峰先到达P点,C正确;虽然两波源到P点的距离相等,但它们的波峰不能同时到达P点,所以P点的位移最大不能达到A1+A2,D错误。
4.选C　该同学只会在平衡位置附近振动,不会随波迁移,A错误;该水波的周期为T==2 s,B错误;根据波长公式得λ=vT=6 m,C正确;该水波可以绕过石老人继续传播属于波的衍射现象,D错误。
5.选D　由于降噪麦克风降噪系统产生与外界噪声等幅、等频的声波,与外界噪声叠加后各点均为振动减弱点,从而实现降噪的效果,故A、B、C错误;噪声声波与降噪系统产生的声波能够实现干涉相消,需要二者的振幅、频率相同,相位相反,叠加后相互抵消,因此D正确。
6.选D　振动加强点的质点,其振幅最大,但仍做周期性的振动,因此位移不是始终最大,A错误;x=0.50 cm的M点是振动加强点,泡沫颗粒在该点附近振动剧烈,不能悬浮在M点附近,B错误;由题图乙可知,相邻两振动加强点(或相邻两振动减弱点)之间的距离为0.50 cm,因此该声悬浮仪发出的超声波波长为λ=2×0.50 cm =1.0 cm,C错误;增大该声悬浮仪所发出的超声波频率,则超声波的波长减小,则在相同的距离内振动减弱点的个数增加,D正确。
7.选A　根据题图乙可知,t=0时刻,质点P沿y轴正方向振动,根据同侧法,结合题图甲可知,波沿x轴负方向传播,可知t=0时刻,质点Q沿y轴负方向振动,故A正确;一个完整的简谐振动的方程为y=Asin t,若位移为振幅的一半,则该方程对应的最短时间为,根据题图乙有-=5 s,解得T=12 s,则波速为v== m/s= m/s,故B错误;根据上述分析,t=0时刻,质点Q位于平衡位置且沿y轴负方向振动,则质点Q的振动方程为y=-Asint=-20sint(cm)=20sincm,故C错误;由于t=11 s=T+T,可知,从t=0到t=11 s,质点Q通过的路程满足60 cm=3A8.选C　波源P1的振动频率f1= Hz=5 Hz=f,在同一介质中,频率相同的两列机械波的波长相等,波速v== m/s=10 m/s,波源P2产生的波在t=0.25 s时间内传播的距离s=vt=10×0.25 m=2.5 m,由题图丙可知,波源P2产生的波在t=0.25 s 时刚好传播到x=2.5 m处,根据“同侧法”可知x=2.5 m处的起振方向沿y轴负方向,因此波源P2的起振方向沿y轴负方向,故A错误;t=0.85 s=4T+0.05 s,由题图乙可知当t'=0.05 s 时,质点P1处于波峰,故B错误;根据波源P1的振动图像可知,波源P1的起振方向沿y轴正方向,又因为S点到两波源的波程差为Δx=|P1S-P2S|=|7 m-9 m|=2 m,由于波程差满足Δx=nλ(n=1),S点到两波源的波程差为波长的整数倍,且两波源的起振方向相反,所以质点S为振动减弱点,其振幅为A=A2-A1=1 cm,波源P1产生的波传播到S点所需时间为t1==0.7 s,波源P2产生的波传播到S点所需时间为t2==0.9 s,Δt=0.9 s-0.7 s=0.2 s=T,t=0到t=0.95 s时间内,质点S通过的路程为s=4×2 cm+×4×1 cm=9 cm,故C正确,D错误。
9.选AC　 观察图,孔B和障碍物C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,故B错误,C正确;孔A和障碍物D尺寸分别小于和接近波长,会发生明显衍射现象,故A正确,D错误。
10.选AC　a为波谷与波谷相遇点,b、c为波谷与波峰相遇点,d为波峰与波峰相遇点,故a、d处的质点振动加强,b、c处的质点振动减弱,A正确;题图示时刻,e为两列波的平衡位置相遇点,处于平衡位置,从题图示时刻经过半个周期,e仍为两列波的平衡位置相遇点处,仍处于平衡位置,B错误,C正确;根据几何关系可知,两列波的波谷同时传到e点,故e为振动加强点,振幅为2A,D错误。
11.选BC　由两质点的振动图像可知,t=0时刻,x1=1 m处的质点位于平衡位置向下运动,x2=7 m处的质点位于波峰处,该波的周期为T=4 s。若该简谐横波沿x轴正方向传播,则两质点间的距离为λ=6 m(n=0,1,2,…),则λ= m,由波速公式得v== m/s(n=0,1,2,…),n=0时,v=6 m/s;n=1时,v=1.2 m/s;n=2时,v= m/s,C正确。若该简谐横波沿x轴负方向传播,则两质点间的距离为λ=6 m(n=0,1,2,…),则λ= m,由波速公式得v== m/s(n=0,1,2,…),n=0时,v=2 m/s;n=1时,v= m/s,B正确,A、D错误。
12.选BD　由题图乙可知t=4 s时,P向下振动,根据同侧法可知波沿x轴负方向传播,故A错误;由题图可知波长为λ=20 m,周期T=8 s,则波速为v==2.5 m/s,故B正确;对质点Q,有sin θ==,解得θ=,xQ=λ+15 m= m,故C错误;P、Q两质点的平衡位置的中点R的坐标为xR= m= m,当质点R的位移为0时,质点P、Q的速度相等,由于波沿x轴负方向传播,质点R运动到平衡位置所用时间为t= s+k·=s(k=0,1,2,…),当k=1时,解得t= s,故D正确。
13.解析:(1)声波在空气中传播时,有v1=λ1f,解得f== Hz=1 700 Hz
由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波在介质Ⅱ中传播时,频率为1 700 Hz。
(2)声波在介质Ⅱ中传播的速度v2=λ2f=0.6×1 700 m/s=1 020 m/s。
(3)声波经=0.2 s传至介质Ⅱ底部,故介质Ⅱ的深度h=v2·=1 020×0.2 m=204 m。
答案:(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s　(3)204 m
14.解析:(1)由题知T= s=1 s,又v= m/s=0.2 m/s
则λ=vT=0.2 m,
则这两列波的波长均为0.2 m。
(2)两列波到P点的波程差为半个波长,又波源振动反向,故P点为振动加强点,则振幅A=2×0.1 cm=0.2 cm。
答案:(1)0.2 m　0.2 m　(2)0.2 cm
15.解析:(1)由题图可知,P波的波长为0.2 m,Q波的波长为0.4 m。根据周期T=可得P波的周期TP==0.5 s,
Q波的周期TQ==1 s。
(2)t=0到t=1.5 s这段时间内,P波向右传播的距离为Δx1=vΔt=0.4×1.5 m=0.6 m
Q波向左传播的距离为Δx2=vΔt=0.4×1.5 m=0.6 m
据此画出在t=1.5 s时M、N两点附近的P、Q的波形,如图所示,根据波的叠加原理可得
M点处质点的位移大小为yM=0+2.0 cm=2.0 cm
N点处质点的位移大小为yN=0+0=0。
答案:(1)0.5 s　1 s　(2)2.0 cm　0
16.解析:(1)由题图可知,波长λ=8 m
若波向右传播,由于波的周期性,波向右传播的距离Δx=nλ+λ(n=0,1,2,…)
波的传播速度v右== m/s=4(4n+1) m/s(n=0,1,2,…)
若波向左传播,由于波的周期性,波向左传播的距离Δx=nλ+λ(n=0,1,2,…)
波的传播速度v左== m/s=4(4n+3)m/s(n=0,1,2,…)。
(2)若波速v=60 m/s,则波在t1~t2时间内传播的距离Δx=60×0.5 m=30 m=3λ+λ,故波向左传播。
(3)若波向右传播,且2T<(t2-t1)<3T,则在(t2-t1)时间内波传播的距离满足2λ<Δx<3λ,故n=2,则这列波的传播速度为v右=4(4n+1)m/s=36 m/s。
答案:(1)4(4n+1)m/s(n=0,1,2,…)或4(4n+3)m/s(n=0,1,2,…)　(2)向左　(3)36 m/s
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