人教版高考物理一轮复习第13章机械振动与机械波光电磁波与相对论第2讲机械波课时练含答案

这是一份人教版高考物理一轮复习第13章机械振动与机械波光电磁波与相对论第2讲机械波课时练含答案，共7页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1．(2021·河北衡水一中月考)如图所示，S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有明显振动，为使A处水面也能发生明显振动，可采用的方法是( B )
A．使波源的频率增大
B．使波源的频率减小
C．移动N使狭缝的间距增大
D．在不移动M板的情况下，不能使A处发生明显振动
[解析] 本题考查波的衍射现象。波发生明显衍射现象的条件为孔缝的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小，故移动N使狭缝的距离减小或使波源的频率减小都可以使衍射现象更加明显，选项A、C、D错误，B正确。
2．(2021·山西运城月考)如图所示，S1、S2是振幅均为A的两个水波波源，某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示。则( C )
A．两列波在相遇区域发生干涉
B．a处质点振动始终减弱，b、c处质点振动始终加强
C．此时a、b、c处各质点的位移是xa＝0，xb＝－2A，xc＝2A
D．a、b、c处各质点随着水波飘向远处
[解析] 本题考查波的干涉现象。由题图可知，两列波的波长不同，波速由介质决定，则两列波的波速相同，根据v＝λf可知，两列波的频率不同，故两列波不会发生干涉，只是叠加，选项A错误；两列波不会发生干涉，所以振动不是始终加强或减弱的，选项B错误；波叠加时，各个质点的位移等于各个波单独
传播时引起位移的矢量和，故xa＝A－A＝0，xb＝－A－A＝－2A，xC＝A＋A＝2A，选项C正确；波传播时，各个质点只是在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移，选项D错误。
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( B )
A．0.60 m B．0.30 m
C．0.20 m D．0.15 m
[解析] 本题考查机械波的相关知识。由题意知，P位于波峰时，Q位于波谷，故两点平衡位置间距0.15 m＝eq \f(λ,2)＋nλ(n＝0,1,2，…)，所以波长λ＝eq \f(0.30,1＋2n)m(n＝0,1,2，…)，当n＝0时，λ＝0.30 m，故选项B正确。
4．(2020·山东淄博一模)汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制系统，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。汽车使用的传感器主要是毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f′，则( C )
A．当f′＝f时，表明前车一定做匀速直线运动
B．当f′＝f时，表明前车一定处于静止状态
C．当f′>f时，表明前车正在减速行驶
D．当f′[解析] 本题由汽车自动驾驶技术考查多普勒效应。当波源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和无线电波发出的频率相等，故当f＝f′时，说明二者之间的距离不变，表明前车与无人车速度相同，但不一定做匀速直线运动，也不一定静止，故A、B错误；当f′>f，接收到的频率增大，说明两车距离减小，表明前车在减速行驶，故C正确；当f′5．(2021·天津红桥区模拟)一列简谐横波沿x轴正方向传播，传播速度为10 m/s。当波传到x＝5 m处的质点P时，波形如图所示。则以下判断正确的是( ACE )
A．这列波的周期为0.4 s
B．再经过0.4 s，质点P第一次回到平衡位置
C．再经过0.7 s，x＝9 m处的质点Q到达波峰处
D．质点Q到达波峰时，质点P恰好到达波谷处
E．波源开始振动的方向沿y轴的负方向
[解析] 本题考查波的周期、波速、波长之间的关系。由题图可知，这列波的波长λ＝4 m，则这列波的周期T＝eq \f(λ,v)＝eq \f(4,10) s＝0.4 s，选项A正确；因为此时刻质点P位于平衡位置且向下振动，所以再经过eq \f(T,2)＝0.2 s，质点P第一次回到平衡位置，选项B错误；质点Q第一次到达波峰处所用的时间t＝eq \f(x,v)＝eq \f(7,10) s＝0.7 s，选项C正确；因为质点P、Q相距一个波长，所以质点Q到达波峰时，质点P恰好到达波峰处，选项D错误；据图像知P点起振方向沿y轴负方向，则波源开始振动的方向沿y轴的负方向，故选项E正确。
6．(2021·河南名校联盟月考)下列说法正确的是( BCD )
A．声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速大于声源发出的声波波速
B．机械波传播过程中遇到尺寸比机械波波长小的障碍物能发生明显衍射
C．向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，利用了多普勒效应原理
D．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是干涉现象
E．在波的传播方向上，某个质点的振动速度就是波的传播速度
[解析] 本题考查波的多普勒效应、干涉、衍射。根据多普勒效应，声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速与声源发出的声波波速相等，选项A错误；只有当障碍物的尺寸与机械波的波长差不多，或者比机械波的波长更小，才会发生明显的衍射现象；当障碍物的尺寸比机械波的波长大得多时，也能发生衍射现象，只是不明显，选项B正确；向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，利用了多普勒效应原理，选项C正确；围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音，是声波叠加产生加强与减弱的干涉的结果，选项D正确；对于机械波，某个质点的振动速度与波的传播速度不同，两者的方向相互垂直则机械波为横波，两者的方向相互平行为纵波，选项E错误。
7．关于如图所示的波形图，下列说法中正确的是( CDE )
A．此列波的振幅是0.2 m
B．x＝15 cm处质点的位移是0.1 m
C．若质点A的速度沿y轴正方向，则质点B的速度亦沿y轴正方向
D．质点A的加速度为沿y轴负方向，而B、C两质点的加速度沿y轴正方向
E．该时刻质点B、C的速度方向一定相反
[解析] 从波的图像上可以直接读出振幅、各质点离开平衡位置的位移，AB均错误；各质点加速度的方向总是指向平衡位置，D正确；由于A、B两质点在此时刻都在同一“坡”上，根据上、下坡法可以判断C正确；该时刻，不论波向哪个方向传播，质点B、C的速度方向一定相反，E正确。
8．图1为一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，P、Q为介质中的两个质点，图2为质点P的振动图像，则( ACD )
A．t＝0.2 s时，质点Q沿y轴正方向运动
B．0～0.3 s内，质点Q运动的路程为0.3 m
C．t＝0.5 s时，质点Q的加速度小于质点P的加速度
D．t＝0.7 s时，质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离
E．若该波发生明显的衍射现象，则遇到的障碍物或孔的尺寸一定比2 m大
[解析] 由振动图像可知T＝0.4 s，t＝0时刻质点P向上振动，可知波沿x轴负向传播，则t＝0.2 s＝0.5 T时，质点Q沿y轴正方向运动，选项A正确；0.3 s＝eq \f(3,4) T，因质点Q在开始时不是从平衡位置或者最高点(或最低点)开始振动，可知0～0.3 s内，质点Q运动的路程不等于eq \f(3,4)×4A＝0.3 m，选项B错误；t＝0.5 s＝eq \f(5,4)T时，质点P到达最高点，而质点Q经过平衡位置向下运动还没有到达最低点，则质点Q的加速度小于质点P的加速度，选项C正确；t＝0.7 s＝eq \f(7,4) T时，质点P到达波谷位置而质点Q还没到达波峰位置，则质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离，选项D正确；因λ＝2 m，而发生明显衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长相差不大或者比波长小，故该波发生明显的衍射现象，则遇到的障碍物或孔的尺寸一定与2 m相差不大或者比2 m小，E错误。
二、非选择题
9．(2020·河北冀州中学期中)如图所示，实线是某时刻的波形图像，虚线是0.2 s后的波形图像，质点P位于实线波的波峰处。
(1)若波向右以最小速度传播，求经过t＝4 s质点P所通过的路程；
(2)若波速为35 m/s，求波的传播方向。
[答案] (1)1.2m (2)向右传播
[解析] (1)若波向右传播：nT＋eq \f(3,4) T＝0.2 s(n＝0,1,2,3，…)
由v＝eq \f(λ,T)可知周期最大时波速最小，当n＝0时T有最大值，为eq \f(4,15) s
经过时间t＝4 s，即经过15个周期，质点P通过的路程为s＝15×4 A＝1.2 m
(2)若波向右传播：nT＋eq \f(3,4) T＝0.2 s(n＝0,1,2,3，…)
联立解得v＝5(4n＋3)m/s(n＝0,1,2,3，…)
当n＝1时，波速为35 m/s，所以波向右传播。
若波向左传播：nT＋eq \f(1,4) T＝0.2 s
同理解得v＝5(4n＋1)m/s(n＝0,1,2,3，…)
当n取0或其他任何正整数时，波速都不为35 m/s，所以波不会向左传播。
10．(2021·四川遂宁二中模拟)某列简谐横波在t＝2 s时的波形图如图所示，在x＝7 m处的B质点的振动方程为y＝6 cseq \f(π,4)t(cm)。求：
(1)波的传播速度大小；
(2)从图示时刻开始A质点(0，－3eq \r(2) cm)第一次到达波峰所用的时间。
[答案] (1)1 m/s (2)5 s
[解析] 本题考查振动方程和波的图像的结合。
(1)由y＝6 cs eq \f(π,4)t(cm)可知，ω＝eq \f(π,4)＝rad/s，
则周期T＝eq \f(2π,ω)＝8 s，
由题图可知，波长λ＝8 m，故波的传播速度v＝eq \f(λ,T)＝1 m/s。
(2)对B质点，t＝2 s时，y1＝0 cm，而当t＝2 s＋Δt时，
有y＝6·cseq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,4)2 s＋Δt))cm＝6 cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)＋\f(π,4)Δt))cm＝－6 sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4)Δt))cm.
当0<Δt<1 s时，y2<0，可见在t＝2 s时，B质点的振动方向沿y轴负方向，则波沿x轴负方向传播，故从图示时刻开始A质点第一次到达波峰的时间t＝eq \f(Δx,v)＝eq \f(5,1) s＝5 s。
11．(2018·全国卷Ⅰ)一列简谐横波在t＝eq \f(1,3) s时的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图像。求：
(1)波速及波的传播方向；
(2)质点Q的平衡位置的x坐标。
[答案] (1)18 cm/s 沿x轴负方向传播 (2)9 cm
[解析] (1)由图(a)可以看出，该波的波长为
λ＝36 cm
由图(b)可以看出，周期为
T＝2 s
波速为v＝eq \f(λ,T)＝18 cm/s
由图(b)知，当t＝eq \f(1,3) s时，Q点向上运动，结合图(a)可得，波沿x轴负方向传播。
(2)设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ。由图(a)知，x＝0处y＝－eq \f(A,2)＝Asin(－30°)，因此
xP＝eq \f(30°,360°)λ＝3 cm
由图(b)知，在t＝0时Q点处于平衡位置，经Δt＝eq \f(1,3) s，其振动状态向x轴负方向传播至P点处，由此及③式有
xQ－xP＝vΔt＝6 cm
由以上得，质点Q的平衡位置的x坐标为
xQ＝9 cm。