2023版新教材高中物理第三章机械波素养检测教科版选择性必修第一册

这是一份2023版新教材高中物理第三章机械波素养检测教科版选择性必修第一册，共9页。
第三章素养检测考试时间：75分钟，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．我们生活中的物理现象随处可见，“闻其声而不见其人”；在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝；学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高．以上物理现象分别属于波的(　　)A．反射、衍射、干涉、多普勒效应 B．折射、衍射、多普勒效应、干涉C．反射、折射、干涉、多普勒效应 D．衍射、反射、干涉、多普勒效应2．同一音叉发出的声波同时在水中和空气中传播，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3.如图所示为波源O传出的一列水波，相邻实线间的距离等于一个波长，下列说法正确的是(　　)A．波通过孔A，不发生明显的衍射现象B．波通过孔B，不发生衍射现象C．波遇到障碍物C，发生明显的衍射现象D．波遇到障碍物D，发生明显的衍射现象4．两列完全相同的机械波在某时刻的叠加情况如图所示，图中的实线和虚线分别表示波峰和波谷，此时(　　)A.a、b连线中点振动减弱B．a、b连线中点速度为零C．a、b、c、d四点速度均为零D．再经过 eq \f(1,2)周期c、d两点振动加强5．如图所示，波源O垂直于纸面做简谐运动，激发的横波在均匀介质中向四周传播，图中虚线表示两个波面．t＝0时，离O点5 m的A点开始振动；t＝1 s时，离O点10 m的B点也开始振动，此时A点第五次回到平衡位置，则(　　)A.波的周期为0.4 sB．波的波长为4 mC．波速为5 eq \r(3) m/sD．t＝1 s时A、B连线上有4个点处于最大位移6．一列沿x轴正方向传播的简谐横波，传播速度v＝10 m/s，t＝0时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动，下列图形中哪个是t＝0.6 s时的波形(　　)　　　7．如图甲所示，波源S从平衡位置开始沿y轴方向上下振动，规定向上为y轴正方向，产生的简谐横波向右传播，经过0.1 s后，沿波的传播方向上距S为2 m的P质点开始振动．若以P质点开始振动的时刻作为计时的起点，P质点的振动图像如图乙所示，则下列说法正确的是(　　)A.波源S最初是向上振动的B．t＝0.2 s时P质点向上振动C．0～0.1 s时间内P质点运动的路程为2 mD．t＝0.6 s时P质点处于波峰二、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．下列关于机械波的公式v＝λf(v为波速、λ为波长、f为波的频率)的说法中正确的是 (　　)A．公式v＝λf不仅适用于机械波，也适用于电磁波B．根据v＝λf可知，若波的频率f增大，则波速v也增大C．同一列机械波在不同介质中传播时，波的频率f保持不变D．波的传播区域中，每一个质点的振动频率都跟波源的振动频率f相同9．一列简谐横波，某时刻的图像如图甲所示，从该时刻开始计时，质点M的振动图像如图乙所示，则(　　)A.波沿x轴正方向传播B．波速是25 m/sC．经过Δt＝0.4 s，质点M通过的路程是4 mD．质点P比质点Q先回到平衡位置10．如图为一横波发生器的显示屏，可以显示出波由O点从左向右传播的图像，屏上每一小格长度为1 cm，在t＝0时刻横波发生器上能显示的波形如图所示，因为显示屏的局部故障，造成从水平位置A到B之间的波形无法被观察到(故障不影响波在发生器内传播).此后的时间内，观察者看到波形相继传经B、C处(O、A、B、C四点在显示屏中央的同一水平线上)，在t＝3 s时，观察者看到C处恰好第二次出现在波峰位置，则该波的波速可能是(　　)A．7 cm/s B．9 cm/s C．11 cm/s D．15 cm/s三、非选择题(本题共5小题，共54分)11．(8分)波源S1和S2的振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA＝2 m，如图所示．两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同．求：(1)简谐横波的波长．(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置．12．(8分)如图所示，均匀介质中两波源S1、S2分别位于x轴上x1＝0、x2＝14 m处，t＝0时两波源开始振动，波源S1的振动方程为y＝ 3sin 5πt(cm)，波源S2的振动方程为y＝5sin 5πt(cm)，质点P位于x轴上xP＝4 m处，已知质点P在t＝0.4 s时开始振动，求：(1)这两列波在均匀介质中的波长；(2)t＝0至t＝1.5 s内质点P通过的路程．13．(10分)图甲为某一列简谐横波在t＝t0时刻的图像，图乙是这列波上P质点从这一时刻起的振动图像，试讨论：(1)波的传播方向和波速大小；(2)画出经过2.3 s后波的图像，并求出P质点的位移和运动的路程．14．(12分)如图所示，A、B是两列波的波源，t＝0时，两波源同时开始垂直纸面做简谐运动，其振动表达式分别为xA＝0.1sin (2πt)m、xB＝0.5sin (2πt)m，产生的两列波在同一种均匀介质中沿纸面传播．P是介质中的一点，t＝2 s时开始振动，已知PA＝40 cm，PB＝50 cm，求：(1)两列波的波速；(2)在t＝4.25 s内质点P运动的路程．15．(16分)有两列简谐横波a和b在同一介质中传播，a沿x轴正方向传播，b沿x轴负方向传播，波速均为v＝4 m/s，a的振幅为5 cm，b的振幅为10 cm.在t＝0时刻两列波的图像如图所示．求：(1)这两列波的周期；(2)x＝0处的质点在t＝2.25 s时的位移．第三章素养检测1．答案：D解析：“闻其声而不见其人”，听到声音，却看不见人，这是声音的衍射；在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝，是由于声音在云层间来回传播，这是声音的反射；围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音，音叉发出两个频率相同的声波相互叠加，从而出现加强区与减弱区，这是声音的干涉；当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高，音调变高就是频率变高，因此这是多普勒效应现象．故选D.2．答案：A解析：波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同．但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质，与波的频率无关，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，故只有选项A正确．3．答案：D解析：观察题图，孔B和障碍物C尺寸明显大于波长，不会发生明显衍射现象，但仍然有衍射现象，只是不明显，不易观察；孔A和障碍物D尺寸分别小于和接近波长，会发生明显衍射现象．故D正确，A、B、C错误．4．答案：C解析：a点是波谷与波谷相遇点，b点是波峰与波峰相遇点，c、d两点是波峰与波谷相遇点，则a、b两点是振动加强点，且a、b连线上的点都是振动加强点，c、d两点是振动减弱点；a、b两点连线中点未达到波峰或波谷，故速度不为零，故A、B错误．a处于波谷，速度为零；b处于波峰，速度为零；c、d两点为振动减弱点，则速度也为零，即四点的速度均为零，故C正确．c、d两点处于波谷与波峰相遇处，再经过 eq \f(1,2)周期c、d两点振动仍然减弱，故D错误．5．答案：A解析：t＝1 s时A第五次回到平衡位置，即2.5T ＝1 s，解得周期T＝0.4 s，故A正确；根据题意可知波速v＝ eq \f(10 m－5 m,1 s)＝5 m/s，波长λ＝vT＝5×0.4 m＝2 m，故B、C错误；t＝1 s时A处于平衡位置，根据波长和A、B所在波面之间的距离可知，A、B之间有2.5个波形，因此有5个点处于最大位移处，故D错误．6．答案：B解析：由题图可知该波的波长λ＝4 m，根据v＝ eq \f(λ,T)，得周期T＝0.4 s，当t＝0.6 s时经历了1.5T，又因为t＝0时位于坐标原点的质点从平衡位置向y轴正方向运动，且波沿x轴正方向传播，可知t＝0时刻的波形图与A项相同，利用波形平移法，将A项中的波形图沿x轴正方向平移 eq \f(1,2)λ，即为t＝0.6 s时的波形图，可知B正确．7．答案：B解析：根据题中P质点的振动图像可知P质点的起振方向向下，则波源S开始振动的方向也向下，选项A错误；根据振动图像可知，t＝0.2 s时P质点处于平衡位置且向上振动，选项B正确；质点上下振动，0～0.1 s时间内P质点运动的路程为一个振幅，大小未知，选项C错误；根据P质点的振动图像可知t＝0.6 s时P质点处于平衡位置，选项D错误．8．答案：ACD解析：公式v＝λf适用于一切波，A正确；机械波的波速由介质决定，B错误；机械波由一种介质传播到另一种介质时，频率不变，C正确；波的频率等于介质中各点振动的频率，该频率等于波源的振动频率，D正确．9．答案：BC解析：A错：由图乙可知质点M在t＝0时刻处于平衡位置且向上运动，则波必定沿x轴负方向传播．B对：由图甲知波长λ＝20 m，由图乙知周期T＝8×10－1 s，所以波速v＝ eq \f(λ,T)＝25 m/s.C对：Δt＝0.4 s＝ eq \f(T,2)，所以质点M通过的路程为2A＝4 m．D错：由于波沿x轴负方向传播，P点振动方向向下，回到平衡位置的时间大于 eq \f(T,4)，而Q点回到平衡位置的时间为 eq \f(T,4)，所以质点P比质点Q晚回到平衡位置．方法总结：解答此类问题的技巧： eq \x(由波的图像读出波长) eq \x(由振动图像读出周期) eq \x(求波速) eq \x(判断波的传播方向) eq \x(判断质点的振动情况)10．答案：AC解析：由题图可知波长为λ＝6×2 cm＝12 cm，此时15 cm处可能处于波峰，距C点9 cm.波峰传到C点历时 eq \f(3,4)T，则3 s＝(1＋ eq \f(3,4))T，得T＝ eq \f(12,7) s，波速为v＝ eq \f(λ,T)＝ eq \f(12,\f(12,7)) cm/s＝7 cm/s，若15 cm处还没有达到波峰，则x＝3 cm处的波峰到C点的距离为21 cm，波峰传到C点历时1 eq \f(3,4)T，则3 s＝(1＋1 eq \f(3,4))T，得T＝ eq \f(12,11) s，波速为v＝ eq \f(λ,T)＝ eq \f(12,\f(12,11)) cm/s＝11 cm/s，故A、C正确．11．答案：(1)1 m(2)0.25 m、0.75 m、1.25 m、1.75 m解析：(1)设简谐横波波长为λ，频率为f，则v＝λf，代入已知数据，得λ＝1 m．(2)以O为坐标原点，设P为OA间的任意一点，其坐标为x，则两波源到P点的距离差ΔL＝x－(2－x)，0≤x≤2，其中x、ΔL以m为单位．合振动振幅最小的点的位置满足ΔL＝(2n＋1) eq \f(λ,2)，n为整数，所以x＝ eq \f(1,2)n＋ eq \f(5,4)，可得－ eq \f(5,2)≤n≤ eq \f(3,2)，故n＝－2、－1、0、1.解得x＝0.25 m、0.75 m、1.25 m、1.75 m.12．答案：(1)均为4 m　(2)28 cm解析：(1)两列波在同一种均匀介质中传播，波速相同．波源S1的振动先传到P，由波源S1的振动方程可知，该波的周期T＝ eq \f(2π,ω)＝ eq \f(2π,5π) s＝0.4 s，波速v＝ eq \f(xP－x1,t1)＝10 m/s，根据λ＝vT，解得λ＝4 m.(2)波源S2的振动传到P所用的时间为t2＝ eq \f(x2－xP,v)＝1.0 s，故质点P在0～0.4 s内静止不动，在0.4～1.0 s内仅参与波源S1引起的振动，振动时间为0.6 s＝ eq \f(3,2)T，路程为s1＝6A1＝18 cm，1.0～1.5 s内质点P同时参与两列波引起的振动，两列波频率相同，发生干涉，由于|dS2P－dS1P|＝6 m＝ eq \f(3,2)λ，故质点P为振动减弱点，其振幅为AP＝|A1－A2|＝2 cm，则1.0～1.5 s内质点P振动的时间为0.5 s＝ eq \f(5,4)T，路程为s2＝5AP＝10 cm，故质点P在t＝0至t＝1.5 s内通过的路程为sP＝s1＋s2＝28 cm.13．答案：(1)沿x轴正方向传播　5 m/s(2)图见解析　10 cm　2.3 m解析：(1)根据题图振动图像可以判断：P质点在t＝t0时刻在平衡位置且向y轴负方向运动，由此可确定波沿x轴正方向传播．由题图甲知该波波长λ＝2 m，由题图乙知T＝0.4 s，则v＝ eq \f(λ,T)＝ eq \f(2,0.4) m/s＝5 m/s.(2)由于T＝0.4 s，所以2.3 s＝5 eq \f(3,4)T，波形重复5次再沿x轴正方向前进 eq \f(3,4)个波长，故经过2.3 s后的波的图像如图所示．P质点的位移为y＝10 cm，路程s＝4A×5＋3A＝23A＝2.3 m．14．答案：(1)均为0.2 m/s　(2)3 m解析：(1)两列波在同一种均匀介质中沿纸面传播，故两列波的波速相同；根据质点P开始振动的时间可得v＝ eq \f(PA,t)＝ eq \f(0.40,2) m/s＝0.2 m/s.(2)由振动方程可得波的周期为T＝ eq \f(2π,ω)＝1 s故波长λ＝vT＝0.2 mA、B两列波到P点的波程差为0.1 m＝ eq \f(λ,2)，故P点为振动减弱点，合振动的振幅为A＝0.5 m－0.1 m＝0.4 m，A列波比B列波早t1＝ eq \f(T,2)＝0.5 s传到P点，这半个周期的时间质点P运动的路程为s1＝2A1＝2×0.1 m＝0.2 m质点P参与两列波叠加运动的时间为t2＝t－2 s－t1＝4.25 s－2 s－0.5 s＝1.75 s由 eq \f(t2,T)＝1 eq \f(3,4)可知质点P参与两列波叠加运动的路程为s2＝4A＋3A＝7A＝7×0.4 m＝2.8 m故在t＝4.25 s内质点P运动的路程为s＝s1＋s2＝0.2 m＋2.8 m＝3 m.15．答案：(1)1 s　1.5 s　(2)－5 cm解析：(1)由题图可知λa＝4 m，λb＝6 m，根据T＝ eq \f(λ,v)可得，Ta＝1 s，Tb＝1.5 s.(2)a波从图示时刻传播到x＝0处需要的时间为Δt1＝ eq \f(Δx1,v)＝0.5 s，则x＝0处的质点随a波振动的时间为Δt2＝1.75 s＝1 eq \f(3,4)Ta，t＝2.25 s时x＝0处的质点随a波振动到负向最大位移处，即y1＝－5 cm，b波从图示时刻传播到x＝0处需要的时间为Δt3＝ eq \f(Δx3,v)＝0.75 s，则x＝0处的质点随b波振动的时间为Δt4＝1.5 s＝Tb，t＝2.25 s时x＝0处的质点随b波振动到平衡位置处，即y2＝0，故在t＝2.25 s时a、b两波相遇叠加，x＝0处质点的合位移为y＝－5 cm.