鲁科版2019 高中物理 选修一 第三章 机械波 单元测试题(word解析版)
展开2021-2022学年鲁科版(2019)选择性必修第一册
第三章 机械波 单元测试题(解析版)
第I卷(选择题)
一、选择题(共48分)
1.一列向右传播的简谐横波,当波传到x=2.0m处的P点时开始计时,该时刻波形如图所示。t=0.9s时观测到质点P第三次到达波峰位置。下列说法不正确的是( )
A.t=1.6s时,x=4.5m处的质点Q第三次到达波谷
B.经1.4s质点P运动的路程为70cm
C.波速为0.5m/s
D.与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率一定为2.5Hz
2.如图所示,一根柔软的弹性绳右端固定在竖直墙壁上,左端自由,在绳上每隔0.25m标记一个点,分别记为A、B、C、D.......当用某一机械装置拉着绳子的端点A使其上下做简谐运动时,绳上便形成一列向右传播的简谐横波。若点A起振方向竖直向下,振幅为10cm,设竖直向上为正方向,经0.3s点A第一次达到正向最大位移处,此时点D恰好开始振动,忽略传播过程振幅的衰减,则关于这列波以下说法正确的是( )
A.波长为2m
B.传播速度为25m/s
C.从点A开始振动,经过0.8s点C只经历过一次波谷
D.从点A开始振动,经过0.9s点G通过的路程为30cm
3.如图所示,a、b、c、d是均匀介质中x轴上的四个质点。相邻两点的间距依次为2m、4m和6m,一列简谐横波以2m/s的波速沿x轴正向传播,在t=0时刻到达质点a处,质点a由平衡位置开始竖直向下运动,t=3s时a第一次到达最高点。下列说法错误的是( )
A.在t=6s时刻波恰好传到质点d处
B.在t=5s时刻质点c恰好到达最高点
C.质点b开始振动后,其振动周期为4s
D.在4s
A.这列横波沿x轴正方向传播
B.这列横波的波速为
C.再过1s,处的质点速度将减小,加速度将增大
D.从4s到5s,处的质点通过的路程为10cm
5.如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示的是波谷,下列说法不正确的是( )
A.a点位移始终处于最大位置
B.a、c两点的振动加剧,b、d两点的振动减弱
C.加强点和减弱点的位置固定不变
D.经半个周期后,原来位于波峰的点将位于波谷,原来位于波谷的点将位于波峰
6.一水平长绳上系着一个弹簧和小球,弹簧和小球组成的系统固有频率为2Hz,现让长绳两端P、Q同时以相同的振幅A上下各振动了一个周期,某时刻长绳上形成的波形如图所示。两列波先后间隔一段时间经过弹簧所在的位置,观察到小球先后出现了两次振动,第一次振动时起振方向向上,且振动并不显著,而第二次则产生了较强烈的振动,则( )
A.有1个时刻长绳上会出现振动位移大小为2A的情况
B.由Q振源产生的波在长绳上传播的速度约为4m/s
C.由P振源产生的波后到达振动系统
D.两列波相遇时,在相遇区域会产生干涉现象
7.如图所示,甲为一列简谐波在t=3.0s时刻波的图像,Q为x=4m的质点。乙为甲图中P质点的振动图像,则下列说法正确的是( )
A.此波沿x轴正方向传播
B.t=8.0s时,P质点的位移为2cm
C.若障碍物的尺寸大于12m,则该波不能发生明显衍射现象
D.该波能与另一列频率为4Hz的简谐波发生稳定的干涉现象
8.下列说法中正确的是( )
A.衍射是一切波特有的现象
B.障碍物或孔越大越易产生衍射
C.在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,这是声波的衍射现象
D.在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,这是声音的反射现象
9.一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形如图所示,质点P的x坐标为3m。已知任意一个振动质点,连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.2s,下列说法正确的是( )
A.波速为10m/s
B.波的周期为0.2s
C.x坐标为10m的质点在t=0.2s时恰好位于平衡位置
D.x的坐标为12m的质点在t=0.2s时恰好位于波峰
E.当质点P位于波峰时,x坐标为17m的质点恰好位于波谷
10.如图甲所示,同一介质中两个波源M和N相距,起振后的振动图像分别如图乙和图丙所示,位于M、N之间的质点P到波源M的距离,已知波源M产生的简谐横波的速度为,则以下判断正确的是( )
A.波源M产生的波的波长比波源N产生的波的波长长
B.波源M产生的波刚传播到P点时,质点P向y轴正方向运动的
C.两列波叠加后,P点的振幅是
D.两列波叠加后,M、N连线的中点处的振幅是
11.如图是水平面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况,以波源、为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线),的振幅,的振幅。则下列说法正确的是( )
A.经过半个周期质点D传播到了此时A的位置
B.质点A、D在该时刻的高度差为
C.质点C的振幅为
D.再过半个周期,质点A变成振动减弱点,质点D变成振动加强点
12.一列简谐横波沿直线传播,在波的传播方向上有一个质点P,已知波源O与质点P的平衡位置相距1.2m,以波源由平衡位置开始振动为计时零点,质点P的振动图像如图所示,则下列说法中正确的是( )
A.该列波的波长为4m B.该列波的波速大小为0.6m/s
C.波源O的起振方向为沿y轴负方向 D.t=5s时,质点P通过的路程是0.15m
第II卷(非选择题)
二、解答题(共52分)
13.如图所示为一列简谐横波在t=0时的波形图,已知该简谐横波沿x轴的正方向传播,A点为该简谐波上平衡位置在xA=1.0m处的质点。经观测,A处的质点完成一次全振动所用的时间为0.2s,问:
(1)A处质点在此时的振动方向及该简谐横波的传播速度大小;
(2)由t=0时起,A处质点的振动方程。
14.一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图所示,介质中质点P、Q分别位于x=2m、x=4m处。从t=0时刻开始计时,当t=13s时质点P刚好第4次到达波峰。
(1)求波速。
(2)写出质点Q做简谐运动的表达式(不要求写出推导过程)。
15.图甲为某波源的振动图像,图乙是该波源产生的横波在时刻的波动图像,波动图像中的O点表示波源,P、Q是介质中的两点。求:
(1)这列波的波速;
(2)质点Q开始振动所需要的时间和Q点的起振方向;
(3)质点Q第一次到达平衡位置且向上运动时,质点P通过的路程。
16.一列简谐横波沿x轴正方向传播,其波速为v=6.0m/s,在t=0时刻波形图如图所示,质点P的位移为10cm,求:
(1)P质点的振动周期;
(2)从t=0时刻(图示时刻起),经多长时间P质点才第一次达到波峰;
(3)指出在t=1.1s时刻,质点P的振动方向。
参考答案
1.C
【详解】
C.t=0时刻P向上振动,t=0.9s时质点P第三次到达波峰,可得
解得周期T=0.4s,由波形图可知波长,则波速为
C错误,符合题意;
B.因1.4s=,故质点P运动的路程为14A,即70cm,B正确,不符合题意;
A.波谷从x=0.5m传播到x=4.5m处的Q历时
则Q再经2T=0.8s第三次到达波谷,故总时间为0.8s+0.8s=1.6s,A正确,不符合题意;
D.因该波的周期为T=4s,所以该波的频率为2.5Hz,发生干涉的条件是两列波的频率相同,故与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率一定为2.5Hz,D正确,不符合题意。
故选C。
2.D
【详解】
AB.由题意可知,经0.3s点A第一次达到正向最大位移处,且点A起振方向竖直向下,故有
则周期为
又因此时点D恰好开始振动,可得波速为
AB错误;
C.从点A开始振动,波传到C点所需时间为
因为周期为0.4s,且开始振动的方向为竖直向下,所以,经过0.8s点C会经历两次波谷,C错误;
D.从点A开始振动,波传到点G需要的时间为
所以,点G振动的时间为0.3s,又因为周期为0.4s,则有点G运动的路程为3A,即
D正确。
故选D。
3.B
【详解】
A.ad间距离为x=12m,波在同一介质中匀速传播,t=6s时传播距离为
x=vt=12m
波恰好传到质点d处,故A正确,不符合题意;
BD.设该波的周期为T,由题可得
T=3s
解得
T=4s
波从a传到c的时间为
则在4s
故选B。
4.CD
【详解】
A.由乙图可读出时处质点在平衡位置沿正向振动,由甲图对的质点由同侧法可知波沿x轴正方向传播,故A不符题意;
B.由甲图可知波长,由乙图可知周期为,则波速为
故B不符题意;
C.时间为
处的质点从波谷回到平衡位置,则振动速度增大,加速度减小,故C项符合题意;
D.4s到5s的时间为,从平衡位置或波峰波谷出发质点通过的路程为一个振幅10cm,但的质点在4s到5s是经过波谷振动四分之一个周期,则路程小于10cm,故D符合题意;
故选CD。
5.A
【详解】
AB.由图可知a点是波谷与波谷相遇点,c点是波峰和波峰的相遇点,而b、d点是波峰与波谷相遇点。由于当波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强,当波峰与波谷相遇时振动减弱,所以振动加强点是a与c,振动减弱点是b、d;但加强点并不是位移始终处于最大位置,选项A错误,B正确;
C.振动加强和减弱的区域位置是固定不变的,选项C正确;
D.根据波动过程可知,经半个周期后,原来位于波峰的点将位于波谷,原来位于波谷的点将位于波峰,选项D正确。
本题选不正确的,故选A。
6.C
【详解】
A.由于两列波的波源均只振动了一个周期,所以传播出去的波各含有一个波峰和波谷,当两列波的波峰与波峰或波谷与波谷相遇时,长绳上均会出现振动位移大小为2A的情况,所以不是1个时刻而是2个时刻,故A错误;
BC.由于小球第一次振动时起振方向向上,根据波的传播方向与质点振动方向的关系可知,由Q振源产生的波先到达振动系统,由P振源产生的波后到达振动系统;又因为第一次振动并不显著,说明小球并没有发生共振现象,即Q振源产生的波的频率与2Hz相差较远,其波速
故B错误,C正确;
D.由以上分析可知,P、Q两振源产生的波频率不等,相遇时在相遇区域不会产生干涉现象,故D错误。
故选C。
7.B
【详解】
A.由题图乙可知t=3.0s时刻P质点正由平衡位置向y轴正方向运动,根据波形图可知此波沿x轴负方向传播,故A错误;
B.由题图乙可知P质点振动的周期为T=4.0s,故t=8.0s时P的位移为2cm,故B正确;
C.由题图甲可知此波的波长为λ=12m,当障碍物的尺寸跟波长相差不多,甚至比波长还小的时候,衍射现象将十分明显,故C错误;
D.该波的频率为f=0.25Hz≠4Hz,不能与另一列频率为4Hz的简谐波发生稳定的干涉现象,故D错误。
故选B。
8.AD
【详解】
A.衍射是一切波特有的现象,A正确;
B.障碍物或孔越小,越易产生明显衍射现象,B错误;
CD.在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,这是声音的反射现象,C错误D正确。
故选AD。
9.ACE
【详解】
A.任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.2s,则该波的周期为
T=2×0.2s=0.4s
由图可知,该波的波长是 λ=4m,所以波速
故A正确,B错误;
C.x坐标为10m的质点距离2m处质点为2个波长,故在t=0s时恰好位于平衡位置,在t=0.2s时过半个周期,处于平衡位置,故C正确;
D.x的坐标为12m的质点与4m处质点差2个波长,故在t=0s时处于平衡位置,向下振动,则再过半个周期,到达波谷,故D错误;
E.当质点P位于波峰时,x坐标为17m的质点与其差 ,处于波谷位置,故E正确。
故选ACE。
10.BC
【详解】
A.介质决定波速,两波波速相等,v=50m/s,分析图象可知,周期T=0.02s,则波长均为
λ=vT=1m
A错误;
B.分析图乙可知,波源起振方向向上,则波传播到P点时,起振方向和波源一样,也是向上;B正确;
C.分析图丙可知,两波起振方向相反,P点到两波源的波程差为 为半波长的奇数倍,P点为振动加强点,振幅为两波振幅之和,A=9cm;C正确;
D.同理,MN连线的中点,为振动减弱点,振幅为两波振幅之差,A'=1cm;D错误。
故选BC。
11.BC
【详解】
A.振动介质不会随波前进,A错误;
B.A点是波峰与波峰相遇,所以质点A的位移为
D点是波谷与波谷相遇,所以D点的位移为
则质点A、D在该时刻的高度差为10 cm,B正确;
C.质点C是波谷与波峰相遇,是振动减弱点,所以振幅为
C正确;
D.振动的干涉图样是稳定的,质点A、D一直是振动加强点,D错误。
故选BC。
12.BD
【详解】
AB.由图乙知,周期T=4s,结合题知波从O传到P所用的时间为,此过程传播的距离,则波速
波长
故A错误B正确;
C.由图知,质点P的起振方向沿轴正方向,由波的特点知,波源O的起振方向沿y轴正方向,故C错误;
D.由图知,振幅A=5cm,t=5s时,质点P运动了
则质点P通过的路程为
故D正确。
故选BD。
13.((1)A处质点在此时的振动方向向上;该简谐横波的传播速度大小为10m/s;(2)y=0.8sin(10πt)cm
【详解】
(1)根据波沿x轴的正方向传播,根据同侧法可知A处质点在此时的振动方向向上;根据A处的质点完成一次全振动所用的时间为0.2s可得,周期
T=0.2s
由图可得波长λ=2m,故波速
(2)由(1)可知:t=0时刻,A处质点在平衡位置向上振动,周期T=0.2s;由图可得:振幅A=0.8cm;故由t=0时起,A处质点的振动方程为
14.(1);(2)
【详解】
(1)根据波形图得到波长;时刻,质点P正向上运动;从时刻开始计时,当时质点P刚好第4次到达波峰,故有
解得
故波速为
(2)时刻,质点Q正在向下运动,振幅为
角速度为
故质点Q做简谐运动的表达式为:
15.(1);(2)5s,沿y轴负方向;(3)0.7m
【详解】
(1)由题图可知,波源起振方向沿y轴负方向T=2s、
则波速
(2)质点Q开始振动所需要的时间
Q点的起振方向与波源起振方向相同,沿y轴负方向。
(3)波由质点P传到质点Q经历时间
质点P已经振动时间
P共振动时间
质点P通过的路程
16.(1)0.4s;(2);(3)沿+y方向
【详解】
(1)P质点的振动周期等于波的周期,则有
(2)在t=0时刻,x=0.6m处的波峰最先传到质点P所在处,P质点处出现波峰的时间为
(3)波在Δt=1.1s时间内传播的距离为
Δx=v·Δt=6.0×1.1m=6.6m
而波长λ=2.4m,则
Δx=2λ+1.8m
将t=0的波形图沿+x方向平移1.8m即可得到t=1.1s时的波形图.
据“同侧法”可判知,在t=1.1s时,质点P沿+y方向运动
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