粤教版高中物理选择性必修第一册第三章机械波第3节机械波的传播现象训练含解析

第3节 机械波的传播现象A组·基础达标1．下列现象不属于波的明显衍射现象的是(　　)A．“隔墙有耳”B．“空山不见人，但闻人语声”C．河中芦苇后面没有留下无波的区域D．池中假山前有水波，假山后无水波【答案】D　【解析】假山前有水波，假山后无水波，说明波没有绕过障碍物，因此不属于明显衍射现象，故选D.2．如图所示，正中O是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于(　　)A．整个区域 B．阴影Ⅰ以外区域C．阴影Ⅱ以外区域 D．阴影Ⅲ以外区域【答案】B　【解析】由题图中可直观看出，半波长为实、虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多．据波发生明显衍射的条件知道，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，故A、C、D错误；该波的波长与小孔B差不多，能够产生明显的衍射，故在阴影区Ⅲ、Ⅱ之内，明显存在衍射波的波形，故B正确．3．已知空气中的声速为340 m/s.现有几种声波：①周期为 s，②频率为104 Hz，③波长为10 m．它们传播时若遇到宽约为13 m的障碍物，能产生显著的衍射现象的是(　　)A．①和②  B．②和③C．①和③  D．都可以【答案】C　【解析】①、②、③三种声波的波长分别为λ1＝340× m＝17 m，λ2＝ m＝0.034 m，λ3＝10 m，根据发生明显衍射现象的条件可知，①、③两种声波的波长与障碍物的尺寸差不多，能产生明显的衍射现象，故C正确．4．(2020年河北南宫中学四校联考)声波是一种机械波，在空气中传播速度约为340 m/s，人能听到的声波频率在20 Hz到20 000 Hz之间，对于波长为34 m的声波，下列说法正确的是(　　)A．在水中它比波长为20 m的声波传播得更快一些B．不能产生明显的衍射C．它不能被人听到D．不能产生反射现象【答案】C　【解析】波速由介质决定，在同一介质中波速相同，故A错误；声波具有波的特性，能发生波的反射、折射和衍射，故B、D错误；根据v＝λf可知，f＝ Hz＝10 Hz，所以该波为次声波，人不能听见，故C正确．5．(2020年静安区一模)如图，P为桥墩，A为靠近桥墩漂浮的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动．为使水波能带动叶片振动，可用的方法是(　　)A．提高波源频率B．提高波源周期C．减小波源距桥墩的距离D．增加波源距桥墩的距离【答案】B　【解析】波源S连续振动，形成水波，水波中的质点上下振动，形成的波向前传播，提高拍打水面的频率，则质点振动的频率增加，波的频率与振动的频率相等，根据λ＝，波速不变，频率增大，波长减小，衍射现象不明显，反之提高波源周期，降低频率，波长增大，衍射现象更明显．衍射现象与传播距离无关，增加或减小波源距桥墩的距离，不会影响衍射现象的发生，故A、C、D错误，B正确．6．同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，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【答案】A　【解析】波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故相同音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同．机械波在介质中传播的速度只取决于介质的性质．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A正确．7．(多选)以下关于波的认识，正确的是(　　)A．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的折射原理B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的C．雷达的工作原理是利用波的反射D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象【答案】BCD　【解析】A、B、C选项中应用了波的反射现象，故A错误，B、C正确；D选项是波的折射现象， 深水区域和浅水区域视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故D正确．8．(2020年金山区一模)发波水槽中产生一列水波，用一支圆珠笔插入水中，如图所示，笔对波的传播(　　)A．有影响，水波发生明显衍射现象B．有影响，水波不发生明显衍射现象C．无影响，水波发生明显衍射现象D．无影响，水波不发生明显衍射现象【答案】C　【解析】由波的衍射现象可知，当圆珠笔插入水中，笔尖的线度远小于水波的波长时，水波会发生明显的衍射现象，即笔对波的传播没有影响，故C正确，A、B、D错误．9．(多选)在空气中的同一区域内，两列声波波源的振动情况如图所示，可以肯定的是(　　)A．a波源的频率为b波源频率的2倍B．a波的波长为b波波长的2倍C．a、b两列波叠加能产生稳定的干涉D．通过同一狭缝，a波的衍射效果比b波明显【答案】BD　【解析】由波的图像可以看出，a波的周期是b波的2倍，由f＝可知b波的频率是a波频率的2倍．因为波速相等(同一介质)，由波速公式v＝可知a波的波长等于b波的2倍，故A错误，B正确；两列波相干的条件是频率必须相等，可知a、b两列波叠加不会产生稳定的干涉，C错误；波长越长，衍射现象越明显，故D正确．10．(多选)两个振动情况完全一样的波源S1和S2相距6 m，它们在空间产生的干涉图样如图所示，图中实线表示振动加强的区域，虚线表示振动减弱的区域．下列说法正确的是(　　)A．两波源的振动频率一定相同B．虚线一定是波谷与波谷相遇处C．两列波的波长都是2 mD．两列波的波长都是1 m【答案】AC　【解析】因为形成稳定的干涉图样，所以两波源的频率一定相同，A正确；因为S1和S2相距6 m，由干涉图样可得，两列波的波长都是2 m，C正确，D错误；虚线是振动减弱区，是波峰与波谷相遇处，B错误．11．(多选)(2021年广安校级期末)如图所示为两列波叠加的示意图，这两列波的振动方向，振幅频率完全相同，M、N、Q为叠加区域的三个点，Q为两个波谷相遇，M为两个波峰相遇，N点为波峰和波谷相遇，波的周期为T，则下列说法正确的是(　　)A．Q点为振动加强点B．N点始终静止不动C．经周期，质点Q传播到N点D．M点为振动加强点，经过，此点振动减弱【答案】AB　【解析】Q点是波谷和波谷叠加，为振动加强点，且始终振动加强，故A正确；N点为波峰与波谷叠加，因振幅相同，则位移总是为零，故B正确；质点不会随着波迁移而迁移，故C错误；M点为振动加强点，经过半个周期此点振动仍加强，故D错误．故选AB.12．(2020年上海模拟)如图所示，S1、S2是位于水面的两个振动情况完全相同的波源，振幅为A，P、M、N三点均位于S1、S2连线的中垂线上，且PM＝MN.某时刻P是两列波的波峰相遇点，N恰是两列波的波谷相遇点，则(　　)A．P、N两点间的距离为半个波长B．M点位移的最大值为2AC．P点的位移始终是2AD．N点为振动减弱点【答案】B　【解析】根据题意可知P、N两点均为振动加强点，又因为P点在波峰，N点在波谷，所以P、N两点相距半波长的奇数倍，A、D错误；P、N两点均为振动加强点，两点连线上的点也为振动加强点，所以M点位移的最大值为2A，B正确；P点在平衡位置做简谐振动，位移的最大值为2A，C错误．13．(2020年上海四区模拟)如图，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(　　)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＝2AD．a、b、c处各质点随着水波飘向远处【答案】C　【解析】图中两列波的波长不同；波速由介质决定，是相同的；根据v＝λf知，频率不同，两列波不会干涉，只是叠加，A错误；两列波不能产生稳定的干涉，所以振动不是始终加强或减弱的，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，C正确；波传播时，各个质点只是在平衡位置附近做振动，D错误．14．两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以 1.0 m/s 的速率沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为 0.1 m，则以下不同时刻，波形不正确的是(　　)【答案】C　【解析】当t＝0.3 s时，出现A图的波形，这时由s＝vt＝0.3 m可知，两波正好刚相遇，故A正确，同理B与D也正确，C错误．15．(多选)(2020年大连校级期中)图甲为一列横波在t＝0时的波动图像，图乙为该波中x＝2 m处质点P的振动图像，下列说法正确的是(　　)A．若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象，则所遇到的波的频率为0.25 HzB．若该波能发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物尺寸一定比4 m大很多C．再过0.5 s，P点的动能最大D．波沿x轴正方向传播【答案】CD　【解析】由图乙可知该波的频率为1 Hz，由波的干涉条件可知A错误；由图甲可知该波的波长λ＝4 m，故B错误；再过0.5 s P点处于平衡位置动能最大， C正确；由甲、乙图像可知D正确．16．(多选)如图所示两列同频率相干水波在t＝0时刻的叠加情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为2 cm(且在图中所示范围内振幅不变)，波速为 2 m/s，波长为0.4 m，E点为BD连线和AC连线的交点．下列叙述正确的是(　　)A．A、C两点都是振动减弱点B．振动加强的点只有B、E、DC．直线BD上的所有点都是振动加强点D．B、D两点在该时刻的竖直高度差为4 cm【答案】AC　【解析】A、C两点是振动减弱点，A正确；直线BD上的所有点都是振动加强点，B错误，C正确；B点是波谷与波谷相遇，D点是波峰与波峰相遇，所以B、D两点该时刻竖直高度相差8 cm，D错误．17．(多选)(2020年苏州第一中学期中)如图所示，S1、S2是弦线两端的两个波源，它们的振动周期都为T，振幅都为A.某时刻S1发出的波恰好传到C，S2发出的波恰好传到A，且S1C＝S2A，图中只画出了此时刻两列波在AC之间部分的叠加波形，S1、A间和S2、C间波形没有画出，下列说法中正确的是(　　)A．A、B、C三点都是振动减弱点B．A、C是振动减弱点，B是振动加强点，其振幅为2AC．再经过，AC间的波形是一条直线D．再经过，AC间的波形仍为图示波形【答案】AC　【解析】由图看出，两列波同时开始传播，由波形可知，S1开始振动方向向下，S2开始振动方向向上，所以根据叠加原理可知，图中A、B、C三点都是振动减弱点，振幅都为零，故A正确，B错误；画出再经过后，两列波单独传播时的波形，如下图．可知，AC间合振动的位移都是零，叠加后AC间的波形是一条直线，故C正确，D错误．18．如图所示，S是水面波的波源，x、y是挡板，S1、S2是两个狭缝(SS1＝SS2，狭缝的尺寸比波长小得多)，试回答以下问题：(1)若闭上S1，只打开S2会看到什么现象？(2)若S1、S2都打开，会发生什么现象？(3)图中若实线和虚线分别表示波峰和波谷，那么在A、B、C、D各点中，哪些点向上振动最强，哪些点向下振动最强，哪些点振动最弱？【答案】见解析　【解析】(1)只打开S2时，波源S产生的波传播到狭缝S2时，由于狭缝的尺寸比波长小，于是水面波在狭缝S2处发生衍射现象，水面波以狭缝S2处为波源向挡板另一侧传播开来．(2)由于SS1＝SS2，从波源发出的水波传播到S1、S2处时它们的振动情况完全相同，当S1、S2都打开时产生相干波，它们在空间相遇时产生干涉现象，一些地方振动加强，一些地方振动减弱，加强区与减弱区相互隔开，发生稳定的干涉．(3)质点D是波峰与波峰相遇处，是该时刻向上振动最强点，质点B是波谷与波谷相遇处，是该时刻向下振动最强点，质点A、C是波峰与波谷相遇的地方，这两点振动最弱．加强和减弱是指质点的剧烈程度，或者说是振幅大小的差异，加强点的振幅大，减弱点振幅小，但它们的位移是随时间变化的，某一时刻加强点的位移完全可以小于减弱点的位移，当然也可以为零．19．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率是5 Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为多少？【答案】小于1 cm　【解析】在水槽中激发的水波波长为λ＝＝ m＝0.01 m＝1 cm.要求在小孔后产生显著的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长．20．如图所示，相邻实线间的距离等于一个波长，试大致画出波通过孔A和B以及遇到障碍物C和D之后的传播情况．【答案】见解析　【解析】由题图可知，孔A和障碍物D跟波长相差不多，因此，从孔A传出的波和遇障碍物D之后的波均有明显的衍射现象；孔B和障碍物C跟波长相比相差较大，因此，从孔B传出的波和遇障碍物C之后的波无明显的衍射现象．在画通过孔A的衍射波时要强调画出的同心半圆都是以孔A为圆心的；遇障碍物D之后波的传播并没有受影响；而从孔B传出的波和遇障碍物C之后的波只沿直线传播．所以从孔A、B传出的波和遇障碍物C、D之后的波如图所示． B组·能力提升21．(多选)如图所示，图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则(　　)A．2与1的波长、频率、波速都相等B．2与1的波速、频率相等，波长不等C．3与1的波速、频率、波长均相等D．3与1的频率相等，波速、波长均不等【答案】AD　【解析】波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A正确，B错误；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝得波长不同，故C错误，D正确．22．(多选)如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪．某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有(　　)A．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响B．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响C．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响D．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响【答案】AD　【解析】A、B两处小船明显受到影响是因为水波发生明显的衍射，波浪能传播到A、B处的结果，当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候，会发生明显的衍射现象．23．(多选)(2020年泰州期末)如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长．则(　　)A．水面波经过孔后波速不变B．水面波经过孔后波纹间距离可能变大C．若波源频率增大，衍射现象更明显D．如果将孔扩大，可能观察不到明显的衍射现象【答案】AD　【解析】根据波速由介质来决定，可知水面波经过孔后波速不变，故A正确；水面波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等，故B错误；如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据λ＝知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，故C 错误；如果将孔AB扩大，孔的尺寸远大于波的波长，可能观察不到明显的衍射现象，故D正确．24．(多选)(2020年南阳月考)如图所示，S为水平面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以移动，两板间有一狭缝，此时测得图中A处没有振动，下列说法正确的是(　　)A．使波源的振动频率减小，可以使A处的水振动起来B．使波源的振动频率增大，可以使A处的水振动起来C．移动N板使狭缝间距增大，可以使A处的水振动起来D．当A点振动后，挡板两边的波纹间距相等【答案】AD　【解析】A处质点没有振动，说明水波没有衍射过去，原因是MN间的缝太宽或波长太小，因此若要使A处质点振动起来，可增大水波的波长，即波源的振动频率减小，或移动N板使狭缝间距减小，故A正确，B、C错误；当A点振动后，挡板两边的波振动频率相同，波速大小相等，由v＝λf知波长相等，则波纹间距相等，故D正确．25．(多选)(2020年扬州中学期中)如图所示，一水平长绳上系着一个弹簧和小球组成的振动系统，小球振动的固有频率为2 Hz.现在长绳两端分别有一振源P、Q同时开始以相同振幅A上下振动一段时间，某时刻两个振源在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振子所在位置，观察到小球先后出现了两次振动，小球第一次振动时起振方向向上，且振动并不显著，而小球第二次发生了显著的振动，则以下说法正确的是(　　)A．由振源P产生的波先到达弹簧处B．由振源Q产生的波先到达弹簧处C．两列波可能形成干涉D．由振源Q产生的波的波速接近4 m/s【答案】AD　【解析】由“上下坡”法知P振源起振方向向上，Q振源起振方向向下，故先到达弹簧处的是P波，故振源P离振动系统较近，故A正确，B错误；干涉条件是两列波的频率相等，由于两列波的频率不相等，故不会形成干涉，故C错误；Q晚到达弹簧振子所在位置，且小球产生了较强烈的振动，即共振，故Q的振动频率接近2 Hz，则周期为0.5 s，波速v＝4 m/s，故D正确．26．干涉型消声器能有效地消除低频噪声，发动机(正常工作期间)周期性排气噪声，就是一种典型的低频噪声．一台四缸四冲程发动机，当它以2 000 r/min的转速运转时，其峰值频率在200 Hz以下的噪声较大．所以常用干涉型消声器来消除这类低速转动发动机所发出的低频噪声，一台带有干涉消声器的柴油发动机经消声处理后，其排气噪声可以降低10 dB以上，干涉型消声器以其结构简单，价格低廉，消声效果好，得到了很好的应用，下图是其结构原理图，试分析其工作原理．【答案】见解析　【解析】设一列波长为λ的声波，沿水平管道自左向右传播．当入射波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2，再到b处相遇．若Δr＝r1－r2恰好等于声波半波长的奇数倍，即Δr＝时，声波的振幅A＝0.这就是说该频率的声波被削弱．利用这一原理，可以达到控制噪声的目的．27．渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位．已知某超声波频率为1.0×105 Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图像如图所示．(1)从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10－3 m处质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期)．(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s，求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动)．【答案】(1)见解析　(2)3 000 m【解析】(1)如图所示．(2)由波形图读出波长λ＝15×10－3 m，由波速公式得v＝fλ，①鱼群与渔船的距离为x＝vt，②联立①②式，代入数据得x＝3 000 m.