2025届高考物理一轮复习第8章机械振动和机械波第3讲机械波练习含答案

这是一份2025届高考物理一轮复习第8章机械振动和机械波第3讲机械波练习含答案，共9页。试卷主要包含了3 s时位于波谷等内容，欢迎下载使用。

题组一 波的传播与图像
1.(2023北京卷)位于坐标原点处的波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波。t=0时波源开始振动,其位移y随时间t变化的关系式为y=Asin t,则t=T时的波形图为( )
2.(2024广东佛山模拟)艺术体操是一种艺术性较强的竞技性体操项目。如图所示,运动员站在场地中以一定频率上下抖动绸带的一端,某时刻绸带形状如图所示,下列说法正确的是( )
A.此时绸带上P点运动方向向右
B.绸带自右向左运动呈现波浪状起伏
C.如果要在该绸带上产生更加密集的波浪状起伏效果,运动员上下抖动的频率应增大
D.运动员上下抖动越快,波浪运动的速度越快
题组二 波的图像与振动图像的关联应用
3.(多选)战绳运动是健身房设计用来减脂的一项爆发性运动,人们在做战绳运动时,用手抓紧绳子,做出甩绳子的动作,使得绳子呈波浪状向前推进,形成横波(可视为简谐横波)。t=3 s时波形如图甲所示,图乙是绳上某质点的振动图像,下列说法正确的是( )
甲
乙
A.该波的波速为1.2 m/s
B.波源开始振动的方向向下
C.该质点与波源的距离为3.6 m
D.0~3 s时间内该质点通过的路程为4 m
4.(多选)(2023天津卷)一列机械波的波源是坐标轴原点,从t=0时波源开始振动,t=0.5 s时波形如图所示,则下列说法正确的有( )
A.在这种介质中波速v=4 m/s
B.x=1 m处质点在t=0.3 s时位于波谷
C.波源振动方程y=0.02sin(5πt+π) m
D.x=-1 m处质点半个周期内向左位移半个波长
题组三 波的多解问题
5.(多选)一列简谐横波沿x轴传播,图甲和图乙分别是平衡位置位于x1=1 m及x2=4 m处两质点的振动图像。下列说法正确的是( )
A.波长可能为3 mB.波长可能为 m
C.波速可能为 m/sD.波速可能为 m/s
6.(多选)沿x轴传播的简谐横波在t1=0时刻的波形如图中实线所示,在t2=0.4 s时刻的波形如图中虚线所示。已知波的周期0.2 sA.波的传播速度可能为20 m/s
B.在t3=0.6 s时刻,质点P的振动方向一定向下
C.在t3=0.6 s时刻,质点P的加速度方向一定向上
D.质点P在2.4 s内运动的路程可能为96 cm
题组四 波的衍射、干涉和多普勒效应
7.(2023广东卷)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为1 500 m/s,若探测器发出频率为1.5×106 Hz的声波,下列说法正确的是( )
A.两列声波相遇时一定会发生干涉
B.声波由水中传播到空气中,波长会改变
C.该声波遇到尺寸约为1 m的被探测物时会发生明显衍射
D.探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关
8.(多选)(2024广东广州期末)智能手机的“双MIC降噪技术”可以在通话时,通过辅助麦克风来收集环境音,并与主麦克风音质信号叠加来实现降低背景噪音。其简化原理如图甲所示,图乙是理想状态下的降噪过程,实线表示环境噪声,虚线表示降噪系统产生的等幅降噪声波,则下列说法正确的是( )
A.图乙中环境声波和降噪声波的传播速度相等
B.图乙中噪音声波和降噪声波相遇的P点的振幅减弱
C.经过一个周期后质点P向右移动的距离为一个波长
D.降噪过程应用了波的衍射原理,使噪声无法从外面进入麦克风
综合提升练
9.(2023湖南卷)如图甲所示,在均匀介质中有A、B、C和D四点,其中A、B、C三点位于同一直线上,AC=BC=4 m,DC=3 m,DC垂直AB。t=0时,位于A、B、C处的三个完全相同的横波波源同时开始振动,振动图像均如图乙所示,振动方向与平面ABD垂直,已知波长为4 m。下列说法正确的是( )
甲
乙
A.这三列波的波速均为2 m/s
B.t=2 s时,D处的质点开始振动
C.t=4.5 s时,D处的质点向y轴负方向运动
D.t=6 s时,D处的质点与平衡位置的距离是6 cm
10.(多选)如图甲所示,一列简谐横波沿x轴传播,实线和虚线分别为t1时刻和t2时刻的波形图,其中t2>t1,P、Q分别是平衡位置为x1=1.0 m和x2=4.0 m的两质点。图乙为质点Q的振动图像,下列说法正确的是( )
A.t2-t1可能等于0.35 s
B.t1时刻质点Q的加速度达到最大
C.简谐横波沿x轴传播的速度大小为40 m/s
D.t1到t2时间内,质点P随波向右移动了3 m
11.(2023全国甲卷)分别沿x轴正向和负向传播的两列简谐横波P、Q的振动方向相同,振幅均为5 cm,波长均为8 m,波速均为4 m/s。t=0时刻,P波刚好传播到坐标原点,该处的质点将自平衡位置向下振动;Q波刚好传到x=10 m处,该处的质点将自平衡位置向上振动。经过一段时间后,两列波相遇。
(1)在给出的坐标图上分别画出P、Q两列波在t=2.5 s时刻的波形图(P波用虚线,Q波用实线);
(2)求出图示范围内的介质中,因两列波干涉而振动振幅最大和振幅最小的平衡位置。
参考答案
第3讲 机械波
1.D 解析 由于t=0时波源从平衡位置开始振动,由振动方程可知,波源起振方向沿y轴正方向,且t=T时波的图像应和t=0时的相同,根据“上坡下,下坡上”可知,t=T时的波形图为D。
2.C 解析 根据波的传播方向,按照“上坡下,下坡上”的方法可判断此时绸带上P点运动方向向上,故A错误;绸带自左向右运动呈现波浪状起伏,故B错误;绸带上产生更加密集的波浪状起伏效果,说明波长变小,而同种介质中同类型波的传播波速是不变的,根据v==λf可知,运动员上下抖动的周期变短、频率增大,故C正确,D错误。
3.BD 解析 由题图甲可知该波的波长为2.4m,由题图乙可知该波的周期为1s,v==2.4m/s,故A错误;由质点开始振动的方向向下可知,波源开始振动的方向向下,故B正确;质点开始振动的时刻为0.5s,由x=vt=1.2m可知,质点与波源的距离为1.2m,故C错误;一个周期内质点通过的路程为4A,0~3s内该质点运动2.5s,故2.5s内质点通过的路程s=10A=4m,故D正确。
4.BC 解析 由题图可知,t=0.5s时,波传播的距离x=2.5m,故波速v=m/s=5m/s,故A错误;由题图可知,该波的波长λ=2m,所以波的周期T=s=0.4s,波传播到x=1m需要的时间t1=s=0.2s,由题图可知该波的起振方向向下,t=0.3s该波振动了0.1s,即T,所以位于波谷,故B正确;根据图像可知该波的振动方程为y=Asin=-0.02sin5πtm=0.02sin(5πt+π)m,故C正确;质点只是上下振动,不随波左右移动,故D错误。
5.BC 解析 若波沿x轴负方向传播,则x1=1m及x2=4m的振动相差时间为Δt1=T,则λ1=3m,可得λ1=m(n=1,2,3,…),由题意可知T=4s,故对应的波速为v1=m/s(n=1,2,3,…);同理,若波沿x轴正方向传播,则x1=1m及x2=4m的振动相差时间为Δt2=T,则λ2=3m,可得λ2=m(n=1,2,3,…),故对应的波速为v2=m/s(n=1,2,3,…),故A错误,B正确。结合A、B分析可知,当波沿x轴正方向传播且n=1时,v=m/s,且波速不可能为m/s,故C正确,D错误。
6.ABD 解析 若该简谐波向x轴正方向传播,则0.4s=T(n=0,1,2,…),又因为0.2s7.B 解析 根据多普勒效应可知,探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度有关,而两列声波发生干涉的条件是频率相等,所以两列声波相遇时不一定发生干涉,故A、D错误;声波由水中传播到空气中时,声波的波速发生变化,所以波长会发生改变,故B正确;根据波长的计算公式可得λ=m=1×10-3m,当遇到尺寸约1m的被探测物时不会发生明显衍射,故C错误。
8.AB 解析 由题图乙可知,理想状态下降噪声波与环境声波波长相等,波速相等,故A正确;两列声波频率相同,叠加时产生干涉,由于两列声波等幅反相,所以振动减弱,起到降噪作用,故B正确;机械波每个质点都随波源在自己的平衡位置附近做受迫振动,所以质点P并不随波移动,故C错误;降噪过程应用了波的干涉原理,故D错误。
9.C 解析 由题图乙可知,波的周期为4s,波速为v==1m/s,A错误;t=2s时,这三列波都还没有传到D点,D处的质点没有振动,B错误;t=4.5s时,A、B处的振动没有传到D点,C处的振动传到D点后,又振动了1.5s,根据题图乙可知,D处的质点正向y轴负方向运动,C正确;t=6s时,A、B处的振动传到D点时,都使D处的质点向y轴正方向振动了1s,而C处的振动传到D时,使D处的质点处在平衡位置且向y轴负方向振动,根据波的叠加原理知,此时,D处的质点与平衡位置的距离是4cm,D错误。
10.AC 解析 题中没有说明t1时刻是哪个时刻,假设t1=0,由题图乙可知,质点Q在t1时刻正在沿y轴正方向振动,则波向x轴正方向传播,可得t2-t1=+nT(n=0,1,2,…);假设t1=0.1s,由题图乙可知,质点Q在t1时刻正在沿y轴负方向振动,则波向x轴负方向传播,可得t2-t1=+nT(n=0,1,2,…),代入数据可知,当n=1时,t2-t1=0.35s,A正确。t1时刻质点Q在平衡位置,故此时质点Q的加速度最小,B错误。该波的波长为λ=8m,周期为T=0.2s,故其传播速度为v==40m/s,C正确。t1到t2时间内,质点P只在y轴方向上下振动,x轴方向无位移,D错误。
11.答案 (1)如图所示。
(2)振幅最大的平衡位置为x=3 m、x=7 m,振幅最小的平衡位置为x=1 m、x=5 m和x=9 m
解析 (1)根据Δx=vt得Δx=4×2.5m=10m
画出波形图如答案图所示。
(2)两列波起振方向相反
加强点:(x-0m)-(10m-x)=(2n+1)(n=0,±1,±2,…)
2x-10m=(2n+1),x∈[0,10m]
取n=0时,x=7m
取n=-1时,x=3m
减弱点:2x-10m=nλ,x=1m,5m,9m
振幅最大的平衡位置为x=3m、x=7m
振幅最小的平衡位置为x=1m、x=5m和x=9m。