主题三 机械波 检测试题（练习） 2027届高三物理一轮复习（浙江专版）（解析版）

这是一份主题三 机械波 检测试题（练习） 2027届高三物理一轮复习（浙江专版）（解析版），共4页。试卷主要包含了选择题Ⅰ，选择题Ⅱ，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1.关于波的折射、衍射、干涉及多普勒效应,下列说法正确的是( )
A.超声波雷达成像的工作原理是波的折射
B.频率不相同的两列波也能发生干涉
C.只有当波源与观察者都运动时,才会发生多普勒效应
D.“未见其人先闻其声”,说明声波能发生衍射
解析:D 超声波雷达成像的工作原理是波的反射,A错误;频率不相同的两列波不可能发生干涉,B错误;只有当波源与观察者发生相对运动时,才会发生多普勒效应,C错误;“未见其人先闻其声”,说明声波能发生衍射,D正确。
2.如图,一只小鸭A(视为质点)在平静的河道内靠近岸边戏水,在水面上引起一列稳定的水波,B为岸边的一点,P点为小鸭A和B点连线的中点,下列说法正确的是( )
A.P处质点与B处质点的振动频率相同
B.P处质点与B处质点的振动方向一定相反
C.P处质点与B处质点同时同向开始振动
D.一段时间后P处质点将运动到B点
解析:A 介质中质点的振动周期和频率都与波源相同,所以P处质点与B处质点的振动频率一样,A正确;由于不确定P点与B点的距离与波长的关系,所以不能确定这两点的振动方向是相同还是相反,B错误。P点接近波源,故P点先振动,C错误;机械波在传播的过程中,质点在各自平衡位置振动,质点并不随波迁移,即P点不会随水波运动到B点,D错误。
3.声波是一种典型的纵波,在纵波中各质点只在各自平衡位置附近振动,并不随波迁移,故沿着波前进的方向,波中介质会出现疏密不同的部分,因此纵波也被称为“疏密波”(如图甲)。若把某时刻纵波中各质点偏离平衡位置的位移记录下来,画在坐标纸上,则可得到该时刻波的图像。若一列沿水平方向传播的纵波及该时刻对应的波的图像如图乙所示(只展示整个纵波的一部分,在纵波中密部中心处和疏部中心处的质点偏离平衡位置的位移为零),已知“质点A”在图示时刻的位置在其平衡位置的右侧,且运动方向水平向右。则下列说法正确的是( )
A.图乙中密部中心点到相邻的疏部中心点之间的距离为一个波长
B.图乙中疏部中心处的质点振动速度为零
C.图乙中波的传播方向沿水平方向向左
D.“质点A”的振动周期不等于该波的传播周期
解析:C 两相邻密部中心点之间的距离为一个波长,A错误。因为密部中心处的质点偏离平衡位置的位移为零,故疏部中心处的质点偏离平衡位置的位移也为零,对应振动速度最大,B错误。该时刻质点A的位置在平衡位置的右侧且向右移动,所以它在远离平衡位置,由波的图像可知,该纵波传播方向沿水平方向向左,C正确。纵波在一个质点振动的周期内向外传递一个波长的距离,故纵波的传播周期和质点的振动周期相同,D错误。
4.在一次课外活动中,某同学向平静水面上扔一块石头,形成如图的波形,已知相邻实线间的距离等于一个波长,不考虑水波的反射,水波向外传播遇到如图1、2、3、4四个障碍物,遇到障碍物后水波传播情况为a、b、c、d四种可能形态,正确的是( )
A.a处B.b处
C.c处D.d处
解析:C 当障碍物或孔的尺寸与机械波的波长相比差不多或小于波长时,才可发生明显的衍射现象,由题图可知,障碍物1中的孔和障碍物4的尺寸与水波的波长差不多,则水波通过障碍物1中的孔或者障碍物4时能产生明显的衍射,图中a、d水波的形态错误;障碍物3中的孔和障碍物2的尺寸比水波的波长大,则水波通过障碍物3中的孔或者障碍物2时不能产生明显的衍射,故b水波形态错误,c水波形态正确。
5.海浪从远海传向海岸。已知海浪的传播速度与海水的深度有关,海水越深,速度越大。一艘大船停泊在离岸较远处,振动的周期为8 s,则( )
A.海浪拍打海岸的周期大于8 s
B.海浪从远海传向海岸,相邻波峰之间的距离变大
C.悬挂在船上摆长为1 m的单摆的振动周期为8 s
D.让船停泊在离海岸更近处,海浪通过船体的衍射现象更明显
解析:C 海浪的机械振动频率不变,即海浪拍打海岸的周期与船的振动周期相同,则海浪拍打海岸的周期为8 s,所以A错误;根据v=λT得,海浪的波长λ=vT,离海岸越近,波长越小,即相邻波峰之间的距离变小,所以B错误;悬挂在船上的单摆振动属于受迫振动,其振动频率取决于驱动力频率,与固有频率无关,所以C正确;机械波发生明显衍射现象的条件是,障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多,离海岸更近时,海浪波长变小,故衍射现象不如较远处明显,所以D
错误。
6.图甲为一列简谐横波在t=0.1 s时的波形图,P是平衡位置在x=0.5 m处的质点,Q是平衡位置在x=2.0 m处的质点,图乙为质点Q的振动图像。下列说法正确的是( )
A.这列波沿x轴正方向传播
B.这列波的传播速度为40 m/s
C.t=0.125 s时,质点P的位移为-10 cm
D.再过Δt=0.25 s,Q通过的路程为50 cm
解析:D 由题图乙可以读出Q点在0.1 s时向y轴负方向振动,结合题图甲,即可判断波的传播方向为沿x轴负方向,A错误;由甲图可知波长为λ=4 m,由乙图可知周期为T=0.2 s,结合即可知波速为v=λT=20 m/s,B错误;由时间与波速,即可知t=0.125 s时,波传播的距离为x=v(t-t1)=
0.5 m,结合波形图和传播方向,可知P点0.125 s时的位移,与0.1 s时x=1 m处的位移相同,即P点位移为10 cm,C错误;由Δt=0.25 s=114T,可知Q点通过的路程为s=5A=50 cm,故D正确。
7.青蛙在平静的水面上鸣叫时引起水面振动,形成如图甲所示的水波(把水波当成横波处理)。假设原点O处为青蛙所在位置,O处的波源垂直xOy平面振动后,产生的简谐横波在xOy平面内传播。实线圆、虚线圆分别表示t=0时刻相邻的波峰和波谷,此时图甲中的A点第一次到达最大位移处,图乙为图甲中质点B的振动图像,z轴垂直于xOy水平面且z轴的正方向为竖直向上,下列说法正确的是( )
A.质点B的振动方程为zB=cs(200πt) cm
B.波在水中的传播速度大小为0.5 m/s
C.1 s时波峰刚好传播到C点
D.C点第10次到达波峰的时刻为1.1 s
解析:B 由题图乙可知周期T=0.01 s,所以,题图甲中B点振动方程为zB=-cs(2πTt) cm= -cs(200πt) cm,A错误;实线圆、虚线圆分别表示t=0时刻相邻的波峰和波谷,由题图甲可知λ2=0.25 cm,则波在水中的传播速度v=λT=0.5 m/s,B正确;根据题意可知O处此时处于波峰位置,由几何关系知OC=1 cm,波峰传递到C点的时间t′=Δrv=0.01 s,C错误;C点第10次到达波峰的时刻t=t′+9T=0.1 s,故D错误。
二、选择题Ⅱ(本题共3小题,每小题6分,共18分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。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.下列关于波的衍射的说法正确的是( )
A.衍射是一切波特有的现象
B.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较短
C.只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发生衍射现象
D.对同一列波,缝、孔或障碍物越小,衍射现象越明显
解析:AD 衍射是一切波特有的现象,选项A正确;声波容易发生衍射现象是由于声波波长较长,选项B错误;横波和纵波都能发生衍射现象,选项C错误;对同一列波,缝、孔或障碍物越小,衍射现象越明显,选项D正确。
9.一列向右传播的简谐横波,当波传到x=2.0 m处的质点P时开始计时,该时刻波形如图所示,t=0.9 s时,观测到质点P第三次到达波峰位置,下列说法正确的是( )
A.波速为0.5 m/s
B.经1.4 s质点P运动的路程为70 cm
C.t=1.6 s时,x=4.5 m处的质点Q第三次到达波谷
D.与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率一定为2.5 Hz
解析:BCD 根据同侧法可知,起振方向为竖直向上,t=0.9 s时,质点P第三次到达波峰,即(2+14)T=0.9 s,解得T=0.4 s,所以波速v=λT=5 m/s,A错误;振幅A=5.0 cm,1.4 s等于3.5个周期,质点P的振动路程为s=3.5×4A=70 cm,B正确;经过t=4.5-25 s=0.5 s,波传播至质点Q所在位置,再经过1.1 s,即(2+34)T后质点Q第三次到达波谷,C正确;要发生干涉现象,两列波的频率一定相同,由以上分析知该波的频率为f=1T=2.5 Hz,D正确。
10.(宁波)如图所示,x轴上有两个振幅均为1 cm的波源S1、S2分别位于x1=0和x2=5 m处。已知t1=0时,S1自平衡位置开始向下振动,t2=1.75 s时,S1第二次处于波峰位置;t3=2 s时,波源S2自平衡位置开始向下振动,较长时间后,用频闪相机连续拍摄x3=3.25 m处的Q点和x4=
3.75 m处的P点间的波形,依次获得如虚线框中所示的①、②、③、④、⑤五个波形,且①和⑤是同一振动周期内x轴各点位移都达到最大值时拍摄的波形。下列说法正确的是( )
A.频闪相机的频率为8 Hz
B.t=2.5 s时,两列波相遇
C.t=6 s时,P点经过的路程为20 cm
D.S1P间(除S1、P外)有7个加强点
解析:AD 由题图可知,两列波发生了干涉现象,周期相等。t1=0时,S1自平衡位置开始向下振动,t2=1.75 s时,S1第二次处于波峰位置,所以,两列波的周期T=t2-t174=1 s,①和⑤在同一个周期内,所以经历的时间为12T=0.5 s,频闪相机照相的间隔时间Δt=18T=0.125 s,频闪相机的频率f=1Δt=8 Hz,故A正确;由题图可知,PQ中点为振动加强点,P点、Q点为振动减弱点,所以两列波波长相等,均为λ=2(x4-x3)=1 m,两列波的波速v=λT=1 m/s,t3=2 s时,波源S2开始振动,此时S1已经传播了vt3=2 m,剩余的距离x2-vt3=3 m,由于波速一样,两列波相遇的位置为x5=vt3+x2-vt32=3.5 m,两列波相遇的时间t4=t3+x2-vt32v=3.5 s,故B错误;由题图可知,P点为振动减弱点,两列波叠加后的振幅为0 cm。
S1传播到P点的时间为t5=x4v=3.75 s,S2传播到P点的时间为t6=t3+x2-x4v=3.25 s,所以,S2先传播到P点,P点开始向下振动,振动了半个周期即t5-t6=0.5 s,走过的路程s=2A=2 cm,两列波都到达P点后,P点振幅为0 cm,所以t=6 s时,P点经过的路程为2 cm,故C错误;设S1P间位置为x的点为振动加强点,x的取值范围为0≤x≤3.75 m,
加强点到两波源的距离Δs=nλ=|(x-x1)-(x2-x)|=|2x-5|(n=0、1、2、…),解得n=0,x=2.5 m
n=1,x=2 m或x=3 m
n=2,x=1.5 m或x=3.5 m
n=3,x=1 m或x=4 m(舍)
n=4,x=0.5 m或x=4.5 m(舍)
共7个振动加强点,故D正确。
三、非选择题(本题共4小题,共47分)
11.(10分)一振动片以频率f做简谐振动时,固定在振动片上的两根细杆同步周期性地触动水面上S1、S2两点,两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样。如图所示,P是水面上的一点,P、S1、S2三点间的距离均为l。
(1)若从振动片起振到P点开始振动用时为t,求水波的波长;
(2)若PS1的中点Q是振幅极大的点,且P、Q间还有两个振幅极大的点,求水波的波长。
答案:(1)ltf (2)3-16l
解析:(1)依题意有v=lt,v=fλ,
得水波的波长为λ=ltf。
(2)由P、Q间有两个振幅极大的点可知S2Q-S1Q=3λ,
由几何关系可知S2Q=32l,S1Q=l2,
联立求解得λ=3-16l。
12.(12分)如图所示,两波源S1和S2位于均匀介质中的A、B两点处,A、B间距为xAB=1 m。两波源向相同方向振动,频率均为4 Hz,且振动的初始相位相同,产生的简谐波沿直线AB相向传播,波速v为4 m/s。求:
(1)波长λ;
(2)A、B间合振动振幅最大的点离A点的距离x。
答案:(1)1 m (2)0.5 m
解析:(1)波长为λ=vT=vf=44 m=1 m。
(2)设P为AB上的任意一点,P与A、B两点的波程差为Δs=|(1-x)-x|=|1-2x|(06 m,则有n=0,λ=24 m,
波速为v=λT=20 m/s。
(2)由题图知振动周期T=1.2 s,
质点a振动时间t=1.5 s=T+14T,
a走过的路程s=5A=20 cm。
(3)a点的振动方程为x=Acs(2πTt) cm,
可得x=4cs(5π3t) cm,
对于P点,比a点延迟振动t1,
则有t1=320 s,
则P点的振动方程为xP=4cs[5π3(t-320)] cm=4cs(5π3t-π4) cm。
14.(13分)在x轴正半轴和负半轴存在两种不同材质的弹性绳(相连于O点),x=-6 m和x=12 m处为两波源,分别向右、向左传播形成振幅均为4 cm的简谐横波,t=0时刻的波形如图所示,此时x=-2 m和x=4 m处的质点刚好开始振动,已知波在左右两种介质中的传播速度之比为1∶2,t=0 s到t=512 s时间内P点经过的路程为6 cm,求:
(1)波2的振动周期;
(2)波2在x轴负半轴的传播速度;
(3)不考虑不同介质中的振幅变化,两列波相遇后在x=-1 m处质点的振幅。
答案:(1)1 s (2)4 m/s (3)8 cm
解析:(1)由题图可知两列波的波长分别为λ1=4 m,λ2=8 m,即波长之比为1∶2;依题意,波在左右两种介质中的传播速度之比为1∶2,根据波的传播速度与周期、波长关系v=λT,
可知两列波的周期相同;研究向右传播的波1,根据质点P的振动方程有y=A1sin2πTt,
其中A1=4 cm,y=2 cm,可得t=T12,
t=0 s到t=512 s时间内P点经过的路程为6 cm,则有512 s=(T4-T12)+T4,解得T=1 s。
(2)可知波2振动的周期也为1 s;
波2在x轴正半轴的传播速度为v2=λ2T=8 m/s,
由题意知,波2在x轴负半轴的传播速度为v2′=4 m/s。
(3)向右传播的波1在x轴负半轴的传播速度为v1=λ1T=4 m/s,由题图可知,
t=0 s时刻向右传播的波1在x=-5 m处的波谷传播到x=-1 m处所用时间为
t=Δx1v1=1 s,t=0 s时刻向左传播的波2在x=6 m处的波谷传播到x=-1 m处所用时间为
t′=Δx2v2+Δx3v2'=1 s,
可知两列波的波谷同时传到x=-1 m处,故x=-1 m处为振动加强点,则两列波相遇后在x=-1 m处质点的振幅为8 cm。