高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第三章 机械波本章复习与测试测试题

阶段验收评价（三） 机械波

(本试卷满分：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．关于机械波，紫珠、蓝仔、白胖、黄娃四位同学各自发表了自己的观点：

①紫珠说：树叶在水面上下振动，说明机械波并不向外传递介质

②蓝仔说：只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象

③白胖说：只有横波才能发生干涉现象，纵波不能发生干涉现象

④黄娃说：机械波的频率由波源决定

他们的观点正确的是(　　)

A．①②　　　　　　　　 B．②③

C．③④   D．①④

解析：选D　机械波是以机械振动形式向外传播，是能量向外传递，介质只在各自平衡位置附近振动，不向外传递，故①正确；衍射、干涉是波特有的现象，一切波都能发生衍射、干涉现象，故②、③错误；由机械波的性质可知，机械波的频率由波源决定，故④正确。故选项D正确。

2.振源A带动细绳上各点上下做简谐运动，t＝0时刻绳上形成的波形如图所示。规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向，则P点的振动图像是(　　)

解析：选B　根据题意知，t＝0时P点正由平衡位置向下运动，故比较各图知，选项B正确。

3．有一种用钢丝操纵做圆周飞行的飞机模型，该飞机模型装有发动机。操纵者站在圆心，他听到的发动机工作时发出的声音是平稳不变的，而场边观察者听到的声音是忽高忽低地做周期性变化的，这是(　　)

A．波的反射现象   B．波的衍射现象

C．波的干涉现象   D．波的多普勒效应

解析：选D　多普勒效应是由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象。操纵者和做圆周飞行的飞机模型之间没有距离变化，场边观察者和做圆周飞行的飞机模型之间的距离却一直在改变，故D正确。

4．如图所示，实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，虚线是这列波在t＝0.2 s时刻的波形图。已知该波的波速是0.8 m/s，则下列说法正确的是(　　)

A．这列波的波长是14 cm

B．这列波的周期是0.125 s

C．这列波可能是沿x轴正方向传播的

D．t＝0时，x＝4 cm处的质点速度沿y轴负方向

解析：选D　由波的图像可以看出，波长λ＝12 cm，波的周期T＝＝ s＝0.15 s,0～0.2 s时间内波传播的距离Δx＝vt＝0.8×0.2 m＝0.16 m＝16 cm＝(λ＋4 cm)，由波动图像可以看出，波沿x轴负方向传播；t＝0时，x＝4 cm处质点沿y轴负方向运动。

5.一列简谐波沿x轴传播，其波源位于坐标原点O，质点O刚好完成一次全振动时，形成的简谐横波波形如图所示。已知波速为8 m/s，波源O做简谐运动的周期为0.4 s，B是沿波传播方向上介质中的一个质点，则(　　)

A．图中x轴上O、A之间的距离为3.2 m

B．波源O的起振方向沿y轴正方向

C．在一个周期内，质点A将向右运动一个波长的距离

D．图示时刻质点B所受的回复力方向沿y轴正方向

解析：选D　该波的波长为λ＝vT＝4×0.8 m＝3.2 m，则O、A之间的距离为＝1.6 m，故A错误；波源O开始振动时的运动方向与波前质点的起振方向相同，沿y轴负方向，故B错误；质点只是在平衡位置附近上下振动，并不随波迁移，故C错误；图示时刻质点B所受的回复力方向指向平衡位置，即沿y轴正方向，故D正确。

6．一简谐横波在x轴上传播，实线和虚线分别是t1和t2时刻的波形图，已知t2－t1＝1.0 s。由图判断下列哪一个波速是不可能的(　　)

A．1 m/s   B．3 m/s

C．5 m/s   D．10 m/s

解析：选D　如果波向右传播，则v右＝(4n＋1)m/s，(n＝0,1,2,3…)；如果波向左传播，v左＝(4n＋3)m/s，(n＝0,1,2,3…)；将v＝1 m/s代入v右，n＝0，符合向右的波速通项，故A正确；将v＝3 m/s代入v左，n＝0，符合向左的波速通项，故B正确；将v＝5 m/s代入v右，n＝1，符合向右的波速通项，故C正确；将v＝10 m/s代入任何一式均不符合，故D错误。

7．一列简谐横波a，某时刻的波形如图甲所示。从该时刻经t＝后开始计时，波上质点A的振动图像如图乙所示。波a与另一列简谐横波b相遇能发生稳定干涉现象，则下列判断正确的是(　　)

A．波a沿x轴正方向传播

B．波b的频率为0.4 Hz

C．从该时刻起，经过0.4 s质点A通过的路程为40 cm

D．若波b遇到障碍物能发生明显衍射现象，则障碍物的尺寸一定比0.4 m大很多

解析：选C　从题图乙可知开始计时时甲图中A点正向下振动，由波形平移法可知波a沿x轴负方向传播，故A错误；由乙图得到波a的周期为T＝0.4 s，故频率为：f＝＝2.5 Hz，发生稳定干涉的条件是两列波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，故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b的频率为2.5 Hz，故B错误；质点A做简谐运动，一个周期内通过的路程为：s＝4A＝4×10 cm＝40 cm，故C正确；由甲图得到波长为λ＝0.4 m；发生明显的衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长相差不大或者比波长小，故波b遇到一障碍物能发生明显衍射现象，该障碍物的尺寸一定与0.4 m相差不大或者比 0.4 m 小，故D错误。

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．假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300 Hz，在汽车向你驶来并擦身而过的过程中，下列说法正确的是(　　)

A．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率大于300 Hz

B．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率小于300 Hz

C．当汽车擦身而过后，听到喇叭声音的频率大于300 Hz

D．当汽车擦身而过后，听到喇叭声音的频率小于300 Hz

解析：选AD　汽车喇叭发出的声波，因多普勒效应，当汽车向你驶来时，你所听到的声波的频率大于声源的频率，当汽车擦身而过后，汽车远离你而去，此时听到声波的频率小于声源的频率，故A、D选项正确。

9.一列横波某时刻的波形如图所示，则关于质点A的受力，下列说法中正确的是(　　)

A．如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力

B．如果波向右传播，则质点A受到向下的作用力

C．如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力

D．如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力

解析：选BD　无论波向左传播还是向右传播，回复力始终指向平衡位置，质点A的受力方向始终向下，故B、D正确。

10．如图所示，图(a)为某一列简谐横波在t＝0时刻的波动图像，图(b)为质点P的振动图像。下列说法正确的是(　　)

A．该列波的波速为4 m/s

B．t＝2.75 s时质点P处于波峰

C．该波沿x轴负方向传播

D．再经过5.5 s的过程中质点P经过的路程为22 m

解析：选ABC　由题图(a)读出该波的波长为λ＝4 m，由题图(b)可知周期为T＝1.0 s，则波速为v＝＝ m/s＝4 m/s，故A正确；由于该波的周期为1.0 s，则t＝2.75 s时刻P的位移与t′＝0.75 s时刻的位移是相等的，由题图(b)可知，此时质点P位于波峰，故B正确；由图(b)读出质点P的开始时速度方向为沿y轴负方向，由图(a)判断出该波的传播方向为沿x轴负方向传播，故C正确；该波的振幅为0.2 m，因为Δt＝5.5 s＝5.5T，根据质点做简谐振动的特点可知，质点P在5.5 s内的路程为5.5×4A＝4.4 m，故D错误。

三、非选择题(本题共4小题，共54分)

11．(12分)(2020·全国卷Ⅰ)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a、b两点，两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样。c是水面上的一点，a、b、c间的距离均为l，如图所示。已知除c点外，在ac连线上还有其他振幅极大的点，其中距c最近的点到c的距离为l。求：

(1)波的波长；

(2)波的传播速度。

解析：(1)如图，设距c点最近的振幅极大的点为d点，a与d的距离为r1，b与d的距离为r2，d与c的距离为s，波长为λ。则

r2－r1＝λ①

由几何关系有

r1＝l－s②

r22＝(r1sin 60°)2＋(l－r1cos 60°)2③

联立①②③式并代入题给数据得λ＝l。④

(2)波的频率为f，设波的传播速度为v，有

v＝fλ⑤

联立④⑤式得v＝。⑥

答案：(1)l　(2)

12．(13分)一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时刻的波形如图甲所示，A、B、P和Q是介质中的四个质点：t＝0 时刻波刚好传播到B点，质点A的振动图像如图乙所示，求：

(1)该波的传播速度；

(2)从t＝0到t＝1.6 s，质点P通过的路程；

(3)经过多长时间质点Q第二次到达波谷。

解析：(1)由乙图知，质点的振动周期为T＝0.8 s，

由甲图知，波长λ＝20 m，

则波速为：v＝＝ m/s＝25 m/s。

(2)振幅为2 m；则由t＝0到1.6 s时，质点P通过的路程为： s＝2×4A＝16 m。

(3)质点P、Q平衡位置之间的距离为：

L＝85 m－10 m＝75 m

由L＝vt，解得：t＝3 s

即经过3 s时间质点Q第一次到达波谷，经过3.8 s时间质点Q第二次到达波谷。

答案：(1)25 m/s　(2)16 m　(3)3.8 s

13．(13分)如图所示为一列简谐波在t1＝0时刻的图像。此时波中质点M的运动方向沿y轴正方向，且t2＝0.45 s 时质点M恰好第3次到达y轴正方向最大位移处。试求：

(1)此波向什么方向传播？

(2)波速是多大？

(3)从t1＝0至t3＝1.1 s时间内波中质点N运动的路程和t3时刻的位移分别是多少？

解析：(1)分析波形图，M点的运动方向沿y轴正方向。根据“上下坡法”，可知此波向右传播(或沿x轴正方向传播)。

(2)在t2＝0.45 s时，质点M恰好第3次到达正向最大位移处。

根据时间关系可知，T＝0.45 s

解得周期T＝0.2 s

分析波形图可知，波长λ＝0.4 m

根据波长、周期和波速的关系可知，波速v＝＝2 m/s。

(3)由波形图可知波的振幅A＝5 cm，在t1＝0至t3＝1.1 s这段时间，质点N经过了5个周期

走过的路程s＝5×4A＝22×5 cm＝110 cm

t3时刻的位移为－2.5 cm。

答案：(1)此波向右传播(或沿x轴正方向传播)

(2)2 m/s　(3)110 cm　－2.5 cm

14.(16分)如图所示，实线表示一列横波在某时刻的波形图线，虚线是经过0.2 s时的波形图线。

(1)若波向左传播，求它在这段时间内传播的距离。

(2)若波向右传播，求它的最大周期。

(3)若波的传播速度为115 m/s，试判断波的传播方向。

解析：由波的图像可知，波长λ＝4 m。

(1)波在空间上具有周期性，向左传播的可能距离：

Δx＝3 m＋nλ＝(4n＋3)m　(n＝0,1,2，…)。

(2)若波向右传播时，传播的可能距离为

Δx＝1 m＋nλ＝＋nλ　(n＝0,1,2，…)

由波的时空周期性，可知波传播Δx的距离需时间

Δt＝＋nT

T＝(n＝0,1,2，…)

当n＝0时，周期有最大值Tm＝4Δt＝0.8 s。

(3)当v＝115 m/s时，波在0.2 s时间内传播的距离为Δx＝v·Δt＝23.0 m＝λ＝5λ＋λ

可知波沿x轴负方向传播。

答案：(1)(4n＋3)m　(n＝0,1,2，…)　(2)0.8 s

(3)沿x轴负方向传播