人教版高中物理选择性必修第一册第三章机械波测评含答案

第三章测评

(时间:75分钟　满分:100分)

一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。

1.无人驾驶技术已逐渐成熟,某巡航控制系统可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动加速。汽车使用的传感器会发射和接收调制过的无线电波,通过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。若该传感器发射的无线电波的频率为f,接收到的回波的频率为f',则(　　)

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,表明无人车需要减速行驶

D.当f'<f时,表明无人车需要减速行驶

2. 健身者把两根绳子一端固定在P点上,用双手各自将绳子的另一端分别握住,然后根据锻炼的需要以不同的频率、不同的幅度上下抖动绳子,使绳子振动起来。某时刻,绳子形成的波形如图所示(还未传到P点),其中a、b是右手绳子上的两个点,则(　　)

A.健身者右手刚抖动时的方向向下

B.无论右手如何抖动绳子,a、b两点的振动步调都不可能相反

C.如果增大抖动的频率,绳上波形传播到P点的时间变短

D.如果增大抖动的频率,a、b两点间可能出现两个完整波形

3.同一音叉发出的声波同时在水中和空气中传播,某时刻的波形曲线如图所示。以下说法正确的是(　　)

A.声波在水中波长较大,b是水中声波的波形曲线

B.声波在空气中波长较大,b是空气中声波的波形曲线

C.水中质点振动频率较高,a是水中声波的波形曲线

D.空气中质点振动频率较高,a是空气中声波的波形曲线

4.(2021北京朝阳月考)如图所示,1、2、3、4…是一个水平放置松弛状态下的弹簧(可认为是均匀介质)上一系列等间距的质点。某时刻,质点1在外力作用下从平衡位置开始沿左右方向做简谐运动,带动2、3、4…各个质点离开平衡位置依次左右振动,形成一列简谐纵波。已知质点1开始振动的方向是向左,经过二分之一个周期,质点9开始运动,则针对此时刻,下列说法正确的是(　　)

A.质点3向右运动 B.质点5所受回复力为零

C.质点6的加速度向左 D.质点9的振幅为零

5. (2021江苏适应性测试)如图所示为波源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,不发生明显的衍射现象

B.波通过孔B,不发生衍射现象

C.波遇到障碍物C,发生明显的衍射现象

D.波遇到障碍物D,发生明显的衍射现象

6.(2021上海崇明检测)A、B两列简谐横波均沿x轴正方向传播,在某时刻的波形分别如图甲、乙所示,经过时间t(t小于A波的周期TA),这两列简谐横波的波形分别变为图丙、丁所示,则A、B两列波的波速vA、vB之比可能是(　　)

A.1∶3 B.2∶3

C.2∶1 D.3∶1

7.一列横波在x轴上沿x轴正方向传播,其中t时刻和t+0.4 s时刻在x轴上-3 m至3 m区间内的波形图如图中同一条图线所示,则下列说法正确的是(　　)

A.质点振动周期一定为0.4 s

B.该波最小波速为10 m/s

C.从t时刻开始计时,x=2 m处的质点比x=2.5 m处的质点后回到平衡位置

D.在t+0.8 s时刻,x=-2 m处的质点位移为零

二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分,在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。

8.(2021天津实验中学检测)

如图所示,两位学生课外研究简谐绳波的特点,P1、P2是处于绳两端的两个波源,波源的振动频率均为f,振幅均为Y,某时刻P1发出的波恰好传到c,P2发出的波恰好传到a,图中只画出了此时刻两列波在ac部分的叠加波形,下列说法正确的是(　　)

A.a、b、c三点是振动减弱点

B.a、c是振动减弱点,b是振动加强点,振幅为2Y

C.再经过时间,b处质点距离平衡位置最远

D.再经过时间,ac间的波形是一条直线

9.某横波在介质中沿x轴传播,图甲为t=0.25 s时的波形,图乙为P点(x=1.5 m处的质点)的振动图像,那么下列说法正确的是(　　)

A.该波向右传播,速度为2 m/s

B.质点L与质点N的运动方向总相反

C.t=0.25 s时,质点M处于平衡位置,并正在往正方向运动

D.t=1.25 s时,质点K向右运动了2 m

10.(2021安徽太和第一中学高三开学考试)一振动片以50 Hz的频率做简谐运动时,固定在振动片上的一根细杆同步周期性地触动水面上O点,发出的波在水面上向四周传播,假设该波为简谐横波,波速为20 m/s,如图所示,在水面上的P、Q两点分别有一片可看作质点的小树叶,它们到水波中心的距离分别为OP=1.0 m,OQ=0.8 m,则下列说法正确的是(　　)

A.Q、P的起振方向相同

B.P的起振时刻比Q的晚半个周期

C.当Q在最高点时,P恰好到平衡位置

D.当P通过平衡位置时,Q也恰好通过平衡位置

三、非选择题:本题共5小题,共54分。

11.(6分)(2021上海宝山区模拟)在水槽中产生一列水波,将一支圆珠笔插入水中,可以观察到圆珠笔对波的传播几乎没有影响,这种现象叫作波的　　　　　现象,明显产生这种现象的条件是　                      　。 

12. (8分)在xOy平面内有一列沿x轴正方向传播的简谐横波,波速为2 m/s,振幅为A。M、N是平衡位置相距2 m的两个质点,如图所示。在t=0时,M通过其平衡位置沿y轴正方向运动,N位于其平衡位置上方最大位移处。已知该波的周期大于1 s。则该波的波长为　　　　 m;周期为　　　　 s;从t= s到t= s,质点M向　　　　(选填“上”或“下”)运动,其动能逐渐　　　　(选填“增大”或“减小”)。 

13.(12分)如图所示,甲图为某波源的振动图像,乙图是该波源产生的横波在某时刻的波形,波的图像的坐标原点表示波源。问:

(1)这列波的波速多大?

(2)若波沿x轴正方向传播,当波动图中质点Q第一次到达平衡位置且向上运动时,从乙图图示时刻开始质点P已经经过了多少路程?

14.(12分)如图所示,一列向右传播的简谐横波,波速大小为0.6 m/s,P质点的横坐标x=0.96 m,从图中状态开始计时。

 (1)P点刚开始振动时,振动方向如何?

(2)经过多长时间P点第一次达到波谷?

(3)经过多长时间P点第二次达到波峰?

15.(16分)一列横波在x轴上传播,a、b是x轴上相距sab=6 m的两质点,t=0时,b点正好到达最高点,且b点到x轴的距离为4 cm,而此时a点恰好经过平衡位置向上运动。已知这列波的频率为25 Hz。

(1)求经过时间1 s,a质点运动的路程;

(2)若a、b在x轴上的距离大于一个波长,求该波的波速大小。

参考答案

第三章测评

1.C　当f=f'时,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时,说明接收到的频率增大,说明两车距离减小,表明无人车需要减速行驶,故C正确;当f'<f时,说明接收到的频率减小,说明两车距离增大,表明无人车需要加速行驶,故D错误。

2.D　由题图可知健身者右手刚抖动时的方向向上,故A错误;波的传播速度由介质决定,介质不变,波速不变,绳子上的波形传播到P点的时间不变,故C错误;若改变抖动的频率使波长变化,当a、b两点平衡位置间的距离等于半个波长时,它们的振动步调相反,B错误;如果增大抖动的频率,则波长变短,a、b两点间可能出现两个完整波形,故D正确。

3.A　波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关,故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同。但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质,与波的频率无关,声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度。由v=λf知,声波在水中的波长较大,对应于题图中波形曲线b,故只有选项A正确。

4.A　经过时,质点1从平衡位置再次运动到平衡位置,质点3振动了T,即质点3向右运动,故A正确;经过时,质点5从平衡位置运动到最左端,可知质点5所受回复力向右,不为零,故B错误;经过时,质点6振动了T,可知质点6的加速度方向向右,故C错误;在波传播过程中,后一个质点重复前一个质点的振动,可知每一个质点开始振动的时候都和波源起振的情况相同,其振幅一样大,所以质点9的振幅不为零,故D错误。

5.D　观察题图,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;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D正确,A、B、C错误。

6.A　由题图可知波长λA=24 cm,λB=12 cm,t=,t=kTB,得TA∶TB=2k∶1(k=1,2,3,…),则由v=得vA∶vB=1∶k,当k=1时vA∶vB=1∶1,当k=2时vA∶vB=1∶2,当k=3时vA∶vB=1∶3,故A正确,B、C、D错误。

7.B　因为机械波每经过1个周期,波形相同,所以T= s(n=1,2,3,…),选项A错误;根据波形图可知,波长λ=4 m,所以波速v==10n m/s(n=1,2,3,…),当n=1时,波速最小,为10 m/s,选项B正确;已知波沿x轴正方向传播,在t时刻x=2 m处的质点从最大位移处向平衡位置移动,而x=2.5 m处的质点向正向最大位移位置运动,所以x=2 m处的质点比x=2.5 m处的质点先回到平衡位置,选项C错误;在t+0.8 s时刻,横波的波形与t时刻波形相同,x=-2 m处的质点位移不为零,选项D错误。

8.AD　两列波的频率均为f,相遇后发生稳定的干涉,a、b、c三点始终处于平衡位置,是振动减弱点,故A正确,B、C错误;再经过时间,即经过四分之一个周期,两列绳波相互叠加,恰好抵消,ac间的波形是一条直线,故D正确。

9.AB　波长为4 m,周期2 s,该波向右传播,波速为2 m/s,故选项A正确;质点L与质点N相距半个波长,质点L与质点N的运动方向总相反,故选项B正确;t=0.25 s时,质点M处于波谷,故选项C错误;t=1.25 s时,质点K位于波谷,故选项D错误。

10.ABD　机械波传播过程中,介质中的每个质点的起振方向均与振源相同,选项A正确;波由O传到P用时tP==0.05 s,波由O传到Q用时tQ==0.04 s,由于T==0.02 s,故tP-tQ=0.01 s=,即P比Q晚半个周期开始振动,B正确;由于P比Q的振动晚半个周期,故两点的振动步调总是相反,当Q位于波峰时,P一定位于波谷,两者总是同时到达最大位移(一正方向,一负方向),并同时通过平衡位置(但运动方向相反),C错误,D正确。

11.答案 衍射　障碍物(或狭缝、小孔)的尺寸与波长相差不多或比波长小

解析 水波绕过圆珠笔继续传播的现象是波的衍射;若要发生明显的衍射,需要障碍物(或狭缝、小孔)的尺寸与波长相差不多或比波长小。

12.答案 　下　增大

解析 t=0时,M通过其平衡位置沿y轴正方向运动,N位于其平衡位置上方最大位移处,根据周期T>1 s,由波长λ=vT可得λ>2 m;又知波向右传播,由M、N两质点在t=0时刻的位置及振动方向可得MN=2 m=λ,故波长λ= m,周期T= s;在t=0时刻,质点M在平衡位置向上振动,故从t= s到t= s,即从,质点M从波峰运动到平衡位置,即向下运动,且动能逐渐增大。

13.答案 (1)1 m/s　(2)0.4 m

解析 (1)由振动图像可知周期T=0.2 s,由波的图像可知波长λ=0.2 m,则由波速公式可得v= m/s=1 m/s。

(2)P点一共振动了t= s=0.4 s=2T

可得P点经过的路程为2×4A=2×4×0.05 m=0.4 m。

14.答案 (1)沿y轴负方向　(2)1.3 s　(3)1.9 s

解析 (1)横波沿x轴正方向传播,初始时x坐标为0.24 m处质点起振方向沿y轴负方向,故P质点刚开始振动的方向也沿y轴负方向。

(2)P点第一次达到波谷的时间,就是初始时刻x坐标为0.18 m处的质点的振动状态传到P点所需要的时间,即t1=,其中Δx1=(0.96-0.18) m=0.78 m,所以t1= s=1.3 s。

(3)P点第二次达到波峰的时间等于初始时x坐标为0.06 m处质点的振动状态传到P质点所需要的时间与一个周期的和,即t2=+T=,又Δx2=(0.96-0.06) m=0.9 m,λ=0.24 m,所以t2= s=1.9 s。

15.答案 (1)4 m　(2) m/s(n=1,2,3,…)或 m/s(n=1,2,3,…)

解析 (1)质点a一个周期运动的路程s0=4A=0.16 m,1 s内的周期数是n==25,1 s内运动的路程s=ns0=4 m。

(2)波由a传向b,则sab=λ,v=λf= m/s(n=1,2,3,…);波由b传向a,则sab=λ,v=λf= m/s(n=1,2,3,…)。