2019沪科版高中物理选修3-4第2章《机械波》测试题含答案

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2019沪科版高中物理选修3-4第2章《机械波》测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)


1.下列等于一个波长的是(　　)
A． 在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离
B． 波峰与波峰间的距离或波谷与波谷间的距离
C． 一个周期内振动传播的距离
D． 一个正弦波形的曲线长
【答案】C
【解析】在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离可能比一个波长长，也可能短，A错，相邻的两个波峰与波峰间的距离或波谷与波谷间的距离是一个波长，B错；波长指平衡位置间的距离，不是曲线的长度，D错．
2.甲、乙两图分别表示一简谐横波在传播方向上相距3.0 m的两质点的振动图像，如果波长大于1.5 m，则该波的波速大小可能是(　　)

A． 5 m/s
B． 10 m/s
C． 15 m/s
D． 20 m/s
【答案】B
【解析】两质点相距3 m，波长大于1.5 m，所以两质点间的距离小于两个波长．由图可知两质点的振动图像反相，所以两质点只能相差0.5λ、1.5λ，λ＝6 m、2 m，v＝30 m/s或者v＝10 m/s.
故B正确．
3.简谐横波某时刻的波形图如图所示，P为介质中的一个质点．以下说法正确的是(　　)

A． 若波沿x轴正方向传播，则P质点此时刻速度沿x轴正方向
B． 若波沿x轴正方向传播，则P质点此时刻加速度沿y轴正方向
C． 再过个周期，质点P的位移为负值
D． 经过一个周期，质点P通过的路程为4A
【答案】D
【解析】横波中，质点振动方向与波的传播方向应垂直，故A错；质点加速度的方向一定指向平衡位置，故B错；由于不知道波的传播方向，所以无法判断个周期后质点P的位置，故C错，故选D.
4.一列简谐横波在介质中沿x轴正方向传播，某时刻的图像如图所示，其传播速度v＝10 m/s，质点a位于x＝15 m处，则此时质点a(　　)

A． 沿y轴正方向运动，周期为1.5 s
B． 沿y轴正方向运动，周期为2.0 s
C． 沿y轴负方向运动，周期为1.5 s
D． 沿y轴负方向运动，周期为2.0 s
【答案】D
【解析】简谐横波沿x轴正方向传播，由“上下坡法”判断可知，质点a沿y轴负方向运动．
由图知，该波的波长λ＝20 m
由v＝得T＝＝＝2.0 s
5.在山中砍伐时发出的声音既含有频率较高的声波，也含有频率较低的声波，其中只有频率较低的“嘭”“嘭”声才能被远处的人听到．这是因为(　　)
A． 频率较低的“嘭”“嘭”声能量大，能传到很远
B． 频率较低的“嘭”“嘭”声速度快，最先到达
C． 频率较低的“嘭”“嘭”声波长较长，容易产生衍射
D． 以上说法均不对
【答案】C
【解析】机械波的能量是由振幅决定的，声波在空气中的传播速度都相同，故A、B项错；由v＝λf知，v一定，f小，λ大，则频率低的声音波长较长，易发生衍射，在山中较远处易听到，故C项正确．
6.声波在钢轨中传播的速度远大于在空气中的传播速度，则当声音由空气传到钢轨中时(　　)
A． 频率变小，波长变大
B． 波长变小，频率变大
C． 频率不变，波长变大
D． 频率不变，波长变小
【答案】C
【解析】频率由振源决定的，频率不变．声波在钢轨中传播的速度远大于在空气中的传播速度，由λ＝，则波长也是比空气中大，故A、B、D均错误，C正确．
7.下列选项为一列横波在某介质中传播时某一时刻的波形图，已知波的传播方向向右，能正确描述各质点继续振动时运动方向的是(　　)



A．B．C．D．
【答案】C
【解析】处在波峰或波谷处的质点一定向平衡位置处运动，因此，A、D错误，利用“上下坡法”可判C正确，D错误．
8.如图所示，是一列简谐波在某时刻沿x轴正方向传播的波形图，a在正向最大位移处，b恰好处于平衡位置，经过Δt＝的时间，关于a、b两个质点所通过的路程的关系下列说法正确的是(　　)

A．sa＝sb
B．saC．sa>sb
D． 以上三种情况都有可能
【答案】B
【解析】在简谐波传播过程中各质点在各自的平衡位置附近做简谐运动，所以质点做的是变速运动，由题图知，在图示时刻，质点a位于最大位移处，则其加速度最大，速度为零，而质点b位于平衡位置，则其加速度为零，速度最大，所以在Δt＝的时间内，a质点的平均速度小于b质点的平均速度，因此sa9.如图为一列横波的某时刻的图像a、b、c、d为介质的几个质点，则(　　)

A．a、c两质点有相同的振幅
B．a质点此时的加速度为正方向最大
C．b质点此时向正方向运动
D．b质点此时速度为零，b、d的距离为波长
【答案】A
【解析】简谐波传播过程中各个振动质点的振幅都相同，则知a、c两质点有相同的振幅，故A正确．加速度与位移方向总是相反的，此时a的位移为正方向最大，所以加速度为负方向最大，故B错误．由于波的传播方向未知，所以不能判断质点b的运动方向，故C错误．b质点正通过平衡位置，速度最大．b、d的距离为波长，故D错误．
10.对声波的各种现象，以下说法中正确的是(　　)
A． 在空房子里讲话，声音特别响，这是声音的共鸣现象
B． 绕正在发音的音叉为圆心走一圈，可以听到忽强忽弱的声音，这是多普勒效应现象
C． 古代某和尚房里挂着的磐常自鸣自响，属于声波的共鸣现象
D． 把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声，属于声波的衍射现象
【答案】C
【解析】在空房子里讲话，声音特别响，是声波的反射，A错误；绕正在发音的音叉为圆心走一圈，可以听到忽强忽弱的声音，是干涉现象，B错误；把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声，是声波在固体中传播比气体中快，D错误；古代某和尚房里挂着的磐常自鸣自响，属于声波的共鸣现象，C选项正确．
11.下列关于波的应用正确的是(　　)
A． 要将放在河中的纸船逐渐靠近河岸，可向比纸船更远处投掷石子形成水波
B． 两个在水中潜泳并且靠得较近的运动员能听到对方发出的声音，是声波在液体中传播的应用
C． 光缆是利用机械波传递信息
D． 宇航员在宇宙飞船里，击打船壁只能引起机械振动，不能形成声波
【答案】B
【解析】机械波传播过程中，各点都在其平衡位置附近做简谐运动，不随波迁移，故A选项错误；光缆传递信息是利用激光，不是机械波，故C选项错误；宇航员在宇宙飞船里击打船壁会引起机械振动，在船壁会形成机械波，再有宇宙飞船内也不是真空，所以，也可以在飞船内形成声波，故D选项错误.
12.下列现象或事实属于衍射现象的是(　　)
A． 风从窗户吹进来
B． 雪堆积在背风的屋后
C． 水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石头，小石头对波的传播没有影响
D． 晚上看到水中月亮的倒影
【答案】C
【解析】波在传播过程中偏离直线传播绕过障碍物的现象称为波的衍射，C与衍射现象相符．
13.关于振动和波的关系，下列说法中正确的是(　　)
A． 如果波源停止振动，在介质中传播的波动也立即停止
B． 物体作机械振动，一定产生机械波
C． 波的传播速度即波源的振动速度
D． 波动的频率，与介质性质无关，仅由波源的振动频率决定
【答案】D
【解析】振源停止振动时，由于惯性，其他振动质点并不立即停止振动，所以在介质中传播的波动并不立即停止，故A错误．
物体作机械振动，不一定产生机械波，还需要传播振动的介质，故B错误．
波在均匀介质中匀速传播，速度不变，而质点的振动速度随时间是周期性变化的，所以波的速度与振源的振动速度不同．波的传播速度与波源的振动速度无关，故C错误．
波在介质中传播的频率等于振源的振动频率，与介质性质无关，仅由振源决定，故D正确．
14.关于多普勒效应，以下说法正确的有(　　)
A． 只有机械波才能产生多普勒效应
B． 当波源和观测者都运动时就产生多普勒效应
C． 产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化
D． 产生多普勒效应的原因是观测者接收到的频率发生了变化
【答案】D
【解析】多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波、电磁波还是光波都会发生多普勒效应．产生多普勒效应的原因是波源和观测者有相对运动，导致观测者接收到波的频率发生了变化，而波源的频率不变，故选项D正确，A、B、C错误．
15.一列简谐横波以1 m/s的速度沿绳子由A向B传播，质点A、B间的水平距离x＝3 m，如图甲所示．若t＝0时质点A刚从平衡位置开始向上振动，其振动图像如图乙所示，则B点的振动图像为(　　)




A．B．C．D．
【答案】B
【解析】由质点A的振动图像得到T＝4 s，则波长λ＝vT＝4 m，A点开始振动方向向上．而AB间距离x＝3 m＝λ，波从A传到B时间为T＝3 s，即B在A振动3 s后开始振动，故A、C错误．B点的起振动方向与A点相同，均向上，故B正确，D错误．
16.如图所示，在水波槽里放两块挡板，当中留一窄缝，已知窄缝的宽度为0.5 cm，所用水波的波长为5 cm ，则下列衍射图样中正确的是(　　)
A．B．C．D．
【答案】C
【解析】因为d＝0.5 cm＜λ＝5 cm，会发生明显衍射．
17.下列关于机械振动和机械波说法正确的是(　　)
A． 简谐波一定是横波，波上的质点均做简谐运动
B． 两个完全相同的振源产生的波相遇时，振幅最大的质点是发生了共振
C． 可闻声波比超声波更容易发生明显的衍射，是因为可闻声波的波长比超声波的波长更长
D． 在平直公路上一辆警车鸣着笛匀速驶过一站在路边的观察者，警车发出的笛声频率恒定，观察者听到的笛声频率先逐渐变小，后逐渐变大
【答案】C
【解析】简谐波可以是横波，也可以是纵波；波上的质点均做简谐运动，故A错误；两列波相遇时，是发生了振动的叠加，并不是共振，故B错误；波的波长越大越容易发生衍射；而可闻声波的波长一定大于超声波的波长；故可闻声波比超声波更容易发生明显的衍射，故C正确；当观察者与声源距离靠近时频率增大，而当距离远离时，频率减小；由题意可知，警车先靠近观察者，再远离观察者，故频率先变大，后变小，故D错误．
18.一列简谐横波沿直线传播，某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距6 m，且这两质点之间的波峰只有一个，则该简谐波可能的波长为(　　)
A． 4 m、6 m和8 m
B． 6 m、8 m和12 m
C． 4 m、6 m和12 m
D． 4 m、8 m和12 m
【答案】C
【解析】由于该波上两质点处于平衡位置且相距6 m，且两质点间波峰只有一个

6 m与波长λ的关系有三种可能：两点位于1、3位置时6 m＝λ，两点位于1、2位置时，6 m＝，两点位于2、5位置时6 m＝λ，故波长的可能值为6 m、12 m和4 m，C正确．
19.简谐横波a沿x轴正方向传播，简谐横波b沿x轴负方向传播，波速都是10 m/s，振动方向都平行于y轴，t＝0时刻，这两列波的波形如图所示．选项中的图是平衡位置在x＝2 m处的质点从t＝0开始在一个周期内的振动图像，其中正确的是(　　)

A．B．C．D．
【答案】B
【解析】两列波的波速相等，波长相等，则频率相等，能发生干涉．过周期后，两列波的波峰同时到达x＝2 m处的质点，所以x＝2 m处的质点是振动加强点，振幅为两列波振幅之和，即为3 cm.t＝0时刻，x＝2 m处的质点从平衡位置沿y轴正方向开始振动，所以图像B正确．
20.如图所示是一列简谐横波在某时刻的波形图，已知图中质点a的起振时刻比质点c延迟了3 s，b和c之间的距离是2.5 m，以下说法正确的是(　　)

A． 此列波的波长为5 m
B． 此列波的频率为2 Hz
C． 此列波的波速为2.5 m/s
D． 此列波的传播方向为沿x轴负方向传播
【答案】D
【解析】由图知，b和c之间的距离等于波长，则λ＝2.5 m，故A错误；由题，3 s＝(1＋)T，T＝2 s，频率f＝0.5 Hz，故B错误；波速为v＝λf＝1.25 m/s.故C错误；质点a的起振时刻比质点c延迟了3 s，说明波沿x轴负方向传播，故D正确．


第II卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.如图所示是一列横波上A、B两质点的振动图像，该波由A传向B，两质点沿波的传播方向上的距离Δx＝4.0 m，波长大于3.0 m，求这列波的波速．

【答案】40 m/s或8 m/s
【解析】由振动图像可知，质点振动周期T＝0.4 s
取t＝0时刻分析，质点A经平衡位置向上振动，质点B处于波谷，设波长为λ
则Δx＝nλ＋　 (n＝0、1、2、3、4…………)
所以该波波长为λ＝＝m
因为有λ>3.0 m的条件，所以取n＝0,1
当n＝0时，λ1＝16 m，波速v1＝＝40 m/s
当n＝1时，λ2＝3.2 m，波速v2＝＝8.0 m/s.
22.一列简谐横波在x轴上传播，如图所示，实线为t＝0时刻的波形图，虚线为Δt＝0.2 s后的波形图，求：

(1)此波的波速为多少？
(2)若Δt>T且波速为165 m/s，试通过计算确定此波沿何方向传播？
【答案】(1)v右＝20n＋5(m/s)(n＝0,1,2,3，…)　v左＝20n＋15(m/s)(n＝0,1,2,3，…)　(2)沿x正方向传播
【解析】(1)若波向右传播，则
Δt＝nT＋①
λ＝4 m ②
λ＝v右·T③
由①②③解得v右＝20n＋5(m/s)(n＝0,1,2,3，…) ④
若波向左传播
Δt＝nT＋T⑤
λ＝v左·T⑥
联立①②并代入数据得v左＝20n＋15(m/s)(n＝0,1,2,3，…) ⑦
(2)若Δt>T，则
Δx＝v·Δt＝165×0.2 m＝33m＝8λ＋λ⑧
故可知此波沿x正方向传播 .
23.如图所示，甲为某一波在t＝1.0 s时的图像，乙为对应该波动的P质点的振动图像．

(1)写出两图中AA′的意义；
(2)求该波的波速v；
(3)在甲图中画出再经3.5 s时的波形图；
(4)求再经过3.5 s时P质点的路程s和位移x.
【答案】(1)甲图中AA′表示A质点的振幅或1.0 s时A质点的位移大小为0.2 m，方向为负，乙图中AA′表示P质点的振幅，也是P质点在0.25 s的位移大小为0.2 m，方向为负．
(2)v＝4 m/s
(3)

(4)路程2.8 m 位移为0
【解析】(1)甲图中AA′表示A质点的振幅或1.0 s时A质点的位移大小为0.2 m，方向为负，乙图中AA′表示P质点的振幅，也是P质点在0.25 s的位移大小为0.2 m，方向为负．
(2)由甲图得波长λ＝4 m，乙图得周期T＝1 s，所以波速v＝＝4 m/s
(3)波向左传播，传播距离Δx＝vΔt＝14 m＝(3＋)λ，所以只需将波形向x轴负向平移λ＝2 m即可，如下图所示：

(4)求路程：因为经历的时间3.5 s，是3.5个周期，所以路程s＝4An＝4×0.2×3.5 m＝2.8 m
求位移：由于波动的重复性，经历时间为周期的3.5倍，P质点又回到图示位置，其位移为0.
24.一列简谐横波沿x轴传播，P为x＝1 m处的质点，振动传到P点开始计时，P点的振动图像如图甲所示．图乙为t＝0.6 s时的波动图像，求：


(1)该简谐横波的传播方向及波源的初始振动方向；
(2)波的传播速度．
【答案】(1)波沿x轴正向传播　 波源的初始振动方向为y轴负方向　(2)10 m/s
【解析】(1)根据甲图判断t＝0.6 s时质点P从平衡位置向上振动，结合乙图，根据振动方向和传播方向在波形图同一侧，判断波沿x轴正向传播，每个质点都在重复波源的振动，根据t＝0 s即P开始振动时从平衡位置沿y轴负方向振动判断波源的初始振动方向为y轴负方向．
(2)由波动图像乙知λ＝4 m
由振动图像甲知周期T＝0.4 s
v＝＝10 m/s