高中物理教科版选修3-4 能力提升训练：第二章 机械波训练A Word版含解析

第二章检测(A)
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中有一个或多个选项正确.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的或不答的得0分)
/1.关于机械波的下列说法正确的是(　　)
A.干涉是波所特有的性质,因此任意两列机械波叠加都能发生稳定的干涉
B.同一列机械波在不同介质中传播速度不同
C.在简谐波中,质点的振动速度等于波的传播速度
D.只有机械波才能发生多普勒效应
解析:一切波都存在干涉、多普勒效应的现象,但要发生稳定的干涉,两列波必须频率相同,故选项A、D错误;质点振动速度与波的传播速度是两个不同的概念,机械波在不同介质中传播速度是不同的,故选项B正确,选项C错误.
答案:B
/2.分析下列物理现象:
(1)夏天里在一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝;
(2)闻其声而不见其人;
(3)学生围绕振动的音叉转圈会听到忽强忽弱的声音;
(4)当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高.
这些物理现象分别属于波的(　　)
A.反射、衍射、干涉、多普勒效应
B.折射、衍射、多普勒效应、干涉
C.反射、折射、干涉、多普勒效应
D.衍射、折射、干涉、多普勒效应
解析:(1)属于反射现象;(2)是衍射现象;(3)是干涉现象;(4)属于多普勒效应.故选项A正确.
答案:A
/3.(2018·北京理综)如图所示,一列简谐横波向右传播,P、Q两质点平衡位置相距0.15 m.当P运动到上方最大位移处时,Q刚好运动到下方最大位移处,则这列波的波长可能是(　　)
/
A.0.60 m B.0.30 m C.0.20 m D.0.15 m
解析:依题意可画出波形图:
/
P、Q两质点平衡位置与波长间的关系为(2n-1)
??
2
=0.15 m(n=1,2,3,…).当n=1时λ=0.30 m,当n=2时λ=0.1 m,n增大时,λ减小,故A、B、C、D四项中只有B正确.
答案:B
/4.一列简谐横波沿x轴传播,t=0时刻的波形如图甲所示,此时质点P正沿y轴负方向运动,其振动图像如图乙所示,则该波的传播方向和波速分别是(　　)
/
A.沿x轴负方向,60 m/s 　 B.沿x轴正方向,60 m/s
C.沿x轴负方向,30 m/s D.沿x轴正方向,30 m/s
解析:根据波的形成和传播规律可知,波沿x轴负方向传播,选项B、D错误;根据题图甲可知波长λ=24 m,根据题图乙可知周期T=(0.55-0.15) s=0.40 s,则波速v=
??
??
=
24
0.40
m/s=60 m/s,选项A正确,选项C错误.
答案:A
/5.水池分深水区和浅水区,一列在深水区以34 cm/s的速度传播的波以60°的入射角进入浅水区,在浅水区折射角为r,波长为λ,则关于折射角r及波长λ,下列判断正确的是(　　)
A.λ变大,r<60°　　　　 B.λ变小,r<60°
C.λ变大,r>60° D.λ变小,r>60°
解析:波在浅水区传播比在深水区传播的速度小,而频率不变,所以波长变小.
而折射率n=
sin60°
sin??
=
??
深
??
浅
>1,所以r<60°,选项B正确.
答案:B
/6.在某一均匀介质中由波源O发出的简谐横波在x轴上传播,某时刻的波形如图所示,其波速为 5 m/s,则下列说法正确的是(　　)
/
A.此时P(-2 m,0 cm)、Q(2 m,0 cm)两点运动方向相反
B.再经过0.5 s质点N刚好在(-5 m,20 cm)位置
C.能与该波发生干涉的横波的频率一定为3 Hz
D.该波的频率由传播介质决定,与波源的振动频率无关
解析:P、Q两点关于波源对称,由波的图像可知P、Q振动方向相同,选项A错误;因为λ=2 m,再经一个周期波传播到N点,由T=
??
??
知,T=0.4 s,t=0.5 s时,N点处于正向最大位移处,选项B正确;由f=
1
??
知f=2.5 Hz,根据干涉条件,选项C错误;波的频率等于波源的振动频率,选项D错误.
答案:B
/7.下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是(　　)
A.相遇后,振幅小的一列波将减弱,振幅大的一列波将加强
B.相遇后,两列波的振动情况与相遇前完全相同
C.在相遇区域,任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和
D.几个人在同一房间说话,相互间听得清楚,这说明声波在相遇时互不干扰
解析:两列波相遇时,每一列波引起的振动情况都保持不变,而质点的振动则是两列波共同作用的结果,故选项A错误,选项B、C正确;几个人在同一房间说话,声带振动发出的声波在空间中相互叠加后,不改变每列波的振幅、频率,所以声波传到人的耳朵后,仍能分辨出不同的人所说的话,故选项D正确.
答案:BCD
/8.一列横波沿水平方向传播,某时刻的波形图如图所示,则图中a、b、c、d四点在此时刻运动方向相同的是(　　)
/
A.a和b　　　　　　　　 B.a和d
C.b和d D.c和d
解析:由“同侧法”可判定,a和d两点运动方向相同,b和c两点运动方向相同.故选项B正确.
答案:B
/9.如图所示为两列频率相同的水波在某时刻的干涉图样,图中实线表示波峰,虚线表示波谷.则(　　)
/
A.a、b、c三点都是振动加强点
B.a、b、c三点都是振动减弱点
C.a、b是振动加强点,c是振动减弱点
D.a是振动加强点,b、c是振动减弱点
解析:由题图可知,a点是波峰与波峰相遇,b点是波谷与波谷相遇,它们均属于振动加强点;而c点是波峰与波谷相遇,所以是振动减弱点.故C正确,A、B、D错误.
答案:C
/10.一列简谐横波在t=0时的波形图如图所示.介质中x=2 m 处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y=10sin(5πt) cm.关于这列简谐波,下列说法正确的是(　　)
/
A.周期为4.0 s B.振幅为20 cm
C.传播方向沿x轴正向 D.传播速度为10 m/s
解析:ω=
2π
??
,周期为T=
2π
??
=0.4 s,由波的图像得,振幅A=10 cm、波长λ=4 m,故波速为v=
??
??
=10 m/s,P点在t=0时振动方向为正y方向,波向x轴正方向传播.
答案:CD
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
/11.(10分)一简谐横波沿x轴正向传播,t=0时刻的波形如图甲所示,x=0.30 m处的质点的振动图线如图乙所示,该质点在t=0时刻的运动方向沿y轴　　　(选填“正向”或“负向”).已知该波的波长大于0.30 m,则该波的波长为　　　 m.?
/
答案:正向　0.8
/12.(10分)如图所示,简谐横波在t时刻的波形如实线所示,经过Δt=3 s,其波形如虚线所示.已知图中x1与x2相距1 m,波的周期为T,且2T<Δt<4T.则可能的最小波速为　　　　m/s,最小周期为　　　　s.
/
解析:本题考查波的图像和多解问题,由题图可知波长为λ=7 m.若波向右传播,则Δt=
1
7
??+????(??=0,1,2,…),故T=
Δ??
??+
1
7
(??=0,1,2,…),结合题目可知n=2,3;若波向左传播,则Δt=
6
7
??+????(??=0,1,2,…),故T=
Δ??
??+
6
7
(??=0,1,2,…),结合题目可知m=2,3.当波向右传播,且n=2时,周期T最大,T=
7
5
s,波速最小,最小波速为v=
??
??
=
7
7
5
m/s=5 m/s.当波向左传播,且m=3时,周期最小,最小周期为T=
7
9
s.
答案:5　
7
9
三、计算题(本题包含4小题,共40分.计算题必须要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
/13.(8分)如图所示为t=0时刻的一列简谐横波的部分波形图像,波的传播速度是4.0 m/s,在该时刻质点a的速度方向是向下的.求:
/
(1)质点a的振动周期;
(2)质点a再一次回到t=0时刻所处位置所需的时间.
解析:(1)质点振动的周期和波的传播周期相等,
T=
??
??
=
1.6
4.0
s=0.4 s.
(2)将波的平移和质点的振动相联系,可求出质点a再一次回到t=0时刻所处位置所需的时间
t=
??
2
+2×
Δ??
??
=0.2 s+2×
0.8-0.6
4
s=0.3 s.
答案:(1)0.4 s　(2)0.3 s
/14.(10分)一列简谐横波在t1=0时刻的波形如图所示,已知该波沿x轴正方向传播,在t2=0.7 s末时,质点P刚好出现第二次波峰,试求:
/
(1)波速v;
(2)x坐标为6 m的Q点第一次出现波谷的时刻t3.
解析:(1)设该波周期为T,即T+
3
4
??=0.7,??=0.4 s
故v=
??
??
=
2
0.4
m/s=5 m/s.
(2)当t=0时刻,x坐标为2 m处在波谷平移到Q点时,Q点第一次出现波谷.t=
Δ??
??
=
4
5
s=0.8 s.
答案:(1)5 m/s　(2)0.8 s
/15.(10分)如图所示,一根柔软的弹性绳子右端固定,左端自由,A、B、C、D……为绳上等间隔的点,点间间隔为50 cm.现用手拉着绳子的端点A使其上下振动,若A点开始向上振动,经0.1 s第一次达到最大位移,C点恰好开始振动,则:(1)绳子形成的向右传播的横波速度多大?(2)从A开始振动,经多长时间J点第一次向下达到最大位移?(3)画出当J点第一次向下达到最大位移时的波形图像.
/
解析:(1)v=
??
??
=
1m
0.1s
=10 m/s.
(2)波由波源传到J需时间t1,由t1=
????
??
=
4.5
10
s=0.45 s
波刚传到J时,J也向上起振,到负最大位移再需t2时间,则t2=
3
4
??=0.3 s
所以对应总时间t=t1+t2=0.75 s.
(3)如图
/
答案:(1)10 m/s　(2)0.75 s　(3)见解析
/16.(12分)如图所示,实线是一列简谐横波在t1=0时刻的波形,虚线是这列波在t2=0.5 s时刻的波形.问:
/
(1)这列波的周期T符合3T(2)这列波的周期T符合3T(3)若波速大小为74 m/s,波的方向如何?
解析:由题图知λ=8 m,已知3T(1)当波向右传播时,波传播距离
s=(3λ+3) m=(3×8+3) m=27 m
v=
??
??
=
27
0.5
m/s=54 m/s.
(2)当波向左传播时,波传播距离
s=(3λ+5) m=(3×8+5) m=29 m
v=
??
??
=
29
0.5
m/s=58 m/s.
(3)s=vt=74×0.5 m=37 m.因为s=37 m=(4λ+5) m,所以波向左传播.
答案:(1)54 m/s　(2)58 m/s　(3)向左