高中物理人教版（2019）选修一 第三章 机械波 单元卷 （含解析）

这是一份高中物理人教版（2019）选修一 第三章 机械波 单元卷 （含解析），共11页。
第三章 机械波 单元卷本试卷共4页，15小题，满分100分，考试用时75分钟。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.  下列说法正确的是(    )A. 在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大
B. 单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关
C. 火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低
D. 当水波通过障碍物时，只有障碍物或小孔的尺寸比波长小时，才发生明显的衍射现象2.  关于机械振动和机械波，下列说法中正确的是(    )A. 做简谐运动的物体每次通过同一位置时都具有相同的加速度和速度
B. 一个单摆在海平面上的振动周期为，那么将其放在高山之巅，其振动周期一定变大
C. 横波在传播过程中，波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期
D. 一列简谐横波在介质中传播，当波源质点突然停止振动时，已经振动的质点将继续振动，未振动的质点则不会振动3.  如图所示，两波源分别位于和处，形成两列分别沿轴正方向和负方向传播的简谐横波，两列波的波速均为，两波源的振幅均为，时刻两波的图象如图中所示，此时平衡位置处于和的质点和刚开始振动。质点的平衡位置处于处，关于各质点运动情况判断正确的是（    ）
A. 质点刚开始振动时的方向沿轴的负方向
B. 时刻，质点、都运动到点
C. 时刻，质点的位移为
D. 这两列波相遇时将发生干涉，点振动始终加强，位移始终最大4.  一列简谐横波沿轴正方向传播，在处的质点的振动图线如图甲所示，在处的质点的振动图线如图乙所示，以下说法正确的是(    )
A. 该波的周期为
B. 该波的传播速度可能为
C. 从时开始计时，处的质点做筒谐运动的表达式为
D. 该波在传播过程中若遇到的障碍物，不会发生明显衍射现象    
5.  一列简谐横波，某时刻的波形如图甲所示．从该时刻开始计时，波上质点的振动图像如图乙所示．波与另一列简谐横波相遇能发生稳定干涉现象，则下列判断正确的是(    )
 A. 波沿轴负方向传播
B. 波的频率为
C. 从该时刻起，再经过，质点通过的路程为
D. 若波遇到障碍物能发生明显衍射现象，则障碍物的尺寸一定比大很多6.  在同一地点有两个静止的声源，发出的声波和声波在同一空间的空气中沿同一方向传播，如图所示为某时刻这两列波的图象，则下列说法中正确的是(    )
A. 声波的速度比声波的速度大
B. 相对于同一障碍物，声波比声波更容易发生衍射现象
C. 这两列波在传播过程中，不会产生稳定的干涉图样
D. 在这两列波传播的方向上运动的观察者，听到的这两列波的频率均与从声源发出时的频率相同7.  物理学原理在现代科技中有许多重要应用．例如，利用波的干涉，可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航．如图所示，两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧，它们类似于杨氏干涉实验中的双缝．两天线同时都发出波长为和的无线电波．飞机降落过程中，当接收到和的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道．下列说法正确的是(    )A. 天线发出的两种无线电波必须一样强
B. 导航利用了与两种无线电波之间的干涉
C. 两种无线电波在空间的强弱分布稳定
D. 两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合二、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.  一列沿轴传播的简谐横波在时刻的波形图如图甲所示，质点的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是(    )A. 该简谐横波沿轴正方向传播
B. 该简谐横波的传播速度为
C. 质点在内通过的路程为
D. 时刻，质点的加速度正在增大  9.  一列简谐横波沿轴传播，时的波形如图中实线所示，时的波形如图中虚线所示，则其波速大小的可能值是(    )A.  B.  C.  D. 10.  两列波的振幅都是，沿着同一条绳（绳沿方向放置相向传播，实线波的频率为，沿轴正方向传播；虚线波沿负方向传播．某时刻两列波相遇，如图所示，则下列说法中正确的是(    )
A. 两列波在相遇区域发生干涉现象
B. 图示时刻平衡位置的质点位于处
C. 从图示时刻起再过，平衡位置的质点将位于处
D. 从图示时刻起再过，平衡位置的质点将位于处三、填空题：本题共2小题，每空2分，共12分。11.  图中实线为一列简谱横波在某一时刻的波形曲线，经过后，其波形曲线如图中虚线所示。已知该波的周期 大于。若波是沿轴正方向传播的，则该波的速度大小为______ ，周期为______ ；若波是沿 轴负方向传播的，该波的周期为______ 。
12.  一平面简谐横波以速度沿轴正方向传播，时刻的波形图如图所示。介质中平衡位置在坐标原点的质点在时刻的位移。该波的波长为______，频率为______。时刻，质点 ______（填“向上运动”“速度为零”或“向下运
动”）。
 四、计算题：本题共3小题，13题10分，14题14分，15题18分，共42分。13.  如图所示，坐标原点处的波源时刻开始沿着轴方向做简谐运动，形成沿轴正方向传播的简谐波。时刻，波传播到的点。求：波的传播速度；再经过多长时间，位于处的点到达波谷。






 14.  如图所示，甲为某一波在时的图象，乙为参与该波动的质点的振动图象．
试确定波的传播方向；
求该波的波速；
求再经过时质点的路程和位移．






       
15.  如图所示，一简谐横波沿、两点的连线向右传播，、两点相距，点和点的振动图像如图所示．求：
 时刻，点的振动方向；点的振动方程；该波的波长；该波的最大传播速度．






      答案解析【答案】1.  2.  3.  4.  5.  6.  7. 8.  9.  10.  11. ；； 12. ；；向下运动  13. 解：由题知，波从波源传到点的距离为：
用时：
则波的传播速度为：
周期为：
当图中波谷传到点时点第一次到达波谷，所用时间为：
设再经过时间，位于处的点到达波谷，则有：
 14. 解：从题图乙中可以看出，时点经过平衡位置向下振动，由题图甲可以判断出此波沿方向传播；
由题图甲知 ，
由题图乙知 ，
所以波速 ；
求路程：因为
所以路程：
求位移：由于波动的重复性，经历时间为周期的整数倍时，位移不变．所以只需考查从图示时刻质点经时的位移即可，所以经 质点的位移仍为零。 15. 解：由点的振动图像可知，时刻，点的振动方向沿轴负方向，即向下振动；
由图可知振动周期，则
则点的振动方程为：
由于该波从点向点传播，则之间的距离为
则
根据可知，当时，波长最长，此时机械波的速度最大为  【解析】1. 【分析】振动加强点振幅最大，位移在变化，不是位移总是最大；受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关；根据多普勒效应判断接收频率与波源发出频率的关系；当波长与障碍物尺寸差不多，或比障碍物尺寸大，会发生明显的衍射。本题考查了干涉现象、衍射现象、多普勒效应、受迫振动等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点。【解答】A.在干涉现象中，振动加强点振幅最大，位移在变化，所以振动加强点的位移不是总是比减弱点的位移大，故A错误；B.单摆在周期性外力作用下做受迫振动，单摆的周期与驱动力的周期相等，与单摆摆长无关，故B正确；C.火车鸣笛向我们驶来时，根据多普勒效应知，我们接收的频率高于波源发出的频率，故C错误；D.当水波通过障碍物时，若障碍的尺寸与波长差不多，或比波长小的多时，将发生明显的衍射现象，故D错误。故选B。2. 【分析】
本题考查了机械振动和机械波的相关知识。掌握简谐运动的特点，知道简谐运动的速度、加速度、位移、路程等；单摆的周期与重力加速度有关；横波在传播过程中，质点只在平衡位置振动；在波的传播中，如振源停止振动，由于惯性，质点的振动并不立即停止，波的传播并不会立即停止。
【解答】
A.做简谐运动的物体每次通过同一位置时加速度相同，速度方向可能相同也可能相反，故A错误；
B.一个单摆在海平面上的振动周期为，那么将其放在高山之巅，重力加速度减小，其振动周期一定变大，故B正确；
C.横波在传播过程中，质点只在平衡位置振动，不会运动到其他位置，故C错误；
D.在波的传播中，如振源停止振动，由于惯性，质点的振动并不立即停止，则波的传播并不会立即停止，故D错误。
故选B。3. 【分析】
由波的传播方向来确定质点的振动方向，两列频率相同的相干波，当波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强，当波峰与波谷相遇时振动减弱，则振动情况相同时振动加强；振动情况相反时振动减弱，由图读出波长，从而算出波的周期，根据所给的时间与周期的关系，分析质点的位置，确定其位移。
本题要掌握波的独立传播原理：两列波相遇后保持原来的性质不变，波的叠加满足矢量合成法则，例如当该波的波峰与波峰相遇时，此处相对平衡位置的位移为振幅的二倍；当波峰与波谷相遇时此处的位移为零。
【解答】
A.由波的传播方向根据波形平移法可判断出质点的振动方向沿 轴的正方向，故A错误；
B.质点 、 只在各自的平衡位置附近往复振动，不随波传播，故B错误；
C.由图知波长，由，该波的周期为，两质点的振动传到的时间为， 时刻，质点 振动，处于正向最大位移处，所以质点 的位移为，故C正确；
D.这两列波相遇时将发生干涉，点振动始终加强，但位移不是始终最大，故D错误。
故选C。4. 【分析】
根据振动图象确定波的周期；根据振动图象确定波长的可能值，由此求解波速的可能值；根据振动方程的一般形式求解质点做简谐运动的表达式；当障碍物的尺寸比波长小或跟波长差不多时会发生明显的衍射。
解答本题关键是要能够根据图象直接读出振幅和周期，掌握振动的一般方程，知道发生明显衍射的条件。
【解答】
A.根据振动图象可知该波的周期为，故A错误；
B.根据振动图象可知：，解得：，该波的传播速度  、、，当时波速为，故B正确；
C.由，从 时开始计时，因此振动表达式为，故C错误；
D.由于该波的波长 、、，当时波长，当时，在这两种情况下，波在传播过程中若遇到的障碍物时会发生明显衍射现象，故D错误。5. 【分析】
先根据图乙得到时刻质点的振动方向，由图甲判断波的传播方向．两列波发生干涉的条件是频率相同．读出周期，得到该波的频率，即可求得波的频率；简谐运动一个周期内通过的路程为根据时间与周期的关系求解质点通过的路程．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．
本题是振动图象与波形图象的综合应用，要有把握两种图象关系的能力，知道波发生干涉和明显衍射的条件，熟练运用波形的平移法判断波的传播方向．
【解答】
A.从图乙可知时刻，质点的速度为方向，在甲图中采用波形平移的方法可知波沿方向传播，故A错误；
B.由乙图得到波的周期为，故频率为：。发生稳定干涉的条件是两列波的频率相同、相位差恒定、振动方向平行，故若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象，则所遇到的波的频率为，故B错误；
C.，，故；质点做简谐运动，一个周期内通过的路程为，故C正确；
D.由甲图得到波长为；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，故若该波遇到一障碍物能发生明显的衍射现象，则该障碍物的尺寸一定与相差不大或者比小，故D错误。
故选：。6. 【分析】
波速是由介质决定的，两列声波在同一空间的空气中沿同一方向传播，波速相同；由图读出波长关系，由判断频率关系；根据干涉和衍射产生的条件分析能否产生稳定的干涉现象和衍射现象。
明确波的三个物理量：波速是由介质决定的，频率是由波源决定的，波长由介质和波源共同决定；发生明显干涉和衍射的条件。
【解答】
A.两列声波在同一空间的空气中沿同一方向传播，波速相同，故A错误；
B.由图读出声波和声波波长之比为：：波长越长，波动性越强，所以相对于同一障碍物，波比波更容易发生衍射现象，故B错误；
C.由得到两波频率之比为：：；据两列波发生干涉的必要条件是频率相同，所以在这两列波传播的方向上，不会产生稳定的干涉现象，故C正确；
D.由于多普勒效应，在这两列波传播的方向上运动的观察者，听到的这两列波的频率不会与从声源发出时的频率相同。故D错误。
故选：。7. 【分析】
解决本题的关键知道干涉的条件，知道当飞机沿两波源中垂线降落时，路程差为零，为振动加强点，接收到的信号最强；注意这里上面的灯泡能发出两种波，下面的灯泡也能发出两种波
【解答】
A、两波源的强度不需要一样强，故A错误．
B、由于无线电波以光速传播，根据知，波长不同，频率不同，所以两种无线电波之间不会发生干涉，故B错误．
、空间中某点加强与减弱取决于到两波源的距离差为半波长的奇、偶数倍．所以两种电波的干涉强弱分布是固定的，而且，所以两种干涉分布不重合，不过中垂线都是加强点，故C正确，D错误．
故选：．8. 【分析】
本题考查了波长、频率和波速的关系，横波的图象；本题既要理解振动图象和波动图象各自的物理意义，由振动图象能判断出质点的速度方向，同时要把握两种图象的联系，由质点的速度方向，判断出波的传播方向。
根据质点的振动情况判断该简谐横波的传播方向；
由图甲得出波长，由图乙得出周期，根据求出波速；
根据一个周期内振动运动的路程为，求出在质点通过的路程；
根据时间与周期的关系分析质点在时的加速度。
【解答】
A.由图乙振动图像可知，质点向上振动，结合图甲可知该简谐横波沿轴正方向传播，故A正确；
B.由图甲可知，波长；由图乙可知，周期；波速，故B正确；
C.从到，经过了，若在平衡位置或波峰、波谷处，则通过的路程，但时刻，质点不在平衡位置或波峰、波谷处，所以通过的路程不为，故C错误；
D.根据图甲，结合该简谐横波沿轴正方向传播可知：时，质点向下向平衡位置运动，加速度减小，故D错误。9. 【分析】
本题考查波的多解性，熟悉波的传播特点是解题的关键。
由图得出波长，分两种情况讨论，结合波的特点得出速度的表达式，结合选项即可判断。
【解答】
由图知，波长。当波沿正方向传播时，传播的距离，则波速，即波速为，，，，；
当波沿负方向传播时，传播的距离，则波速，即波速为，，，，。故CD正确，AB错误。10. 【分析】
解答本题首先得明白波形图是反应某时刻各质点的位置，而振动图则是反应某质点在各时刻的位置，同时要抓住在均匀介质中两列波的波速相同，由得：波长与频率成反比．
本题考查波长、频率和波速的关系；横波的图象；波的叠加、波的干涉．
【解答】
A、传播速度大小相同，实线波的波长为，而虚线波的波长为，根据可知两波的频率不同，不能发生干涉现象，故A错误；
B、图示时刻平衡位置的质点，实线波和虚线波两列波单独引起的位移分别为、，故合位移为，故B正确；
、两列波波速相同，实线波的波长为，根据根据，波速为，从图示时刻起再过，实线波和虚线波的波形沿传播方向向前平移的距离均为，由波形图可知，实线波和虚线波在平衡位置均处于波峰，所以平衡位置的质点将位于处，故C错误，D正确．
故选：11. 解：波在一个周期内传播的距离为一个波长，该波的周期 大于，则该波在内传播的距离小于一个波长。
若波是沿轴正方向传播的，则该波在内传播的距离为，则有，故，波长为，则波速为；
若波是沿轴负方向传播的，该波在内传播的距离为，则有，故。
故答案为：，，。
已知该波的周期大于，说明波传播时间小于周期，传播距离不到一个波长，由图确定波传播距离，根据时间与周期的关系求波的周期。
解决本题时要注意波传播的距离不是一个通项，而是特殊值，要能够从图象中得出波传播距离与波长的关系，从而确定波传播时间与周期的关系。12. 解：设波的解析式为

由题图知，波图像过点和，代入数据得

则
即；
该波的波速，则
；
因所以时刻振动形式和零时刻相同，根据“爬坡法”可知质点向下运动。
故答案为：，，向下运动
根据题图中各点坐标求出波的解析式，即可知波长；根据、求周期和频率；根据传播时间和周期关系分析质点运动情况。
本题考查横波的图像与波速度、波长、频率的计算，解题关键掌握波的解析式求解，会根据波的传播情况分析质点振动情况。13. 解决本题的关键是理解波的形成过程，知道波的周期性，利用波形平移法分析点形成波谷的时间。
根据波从波源传到点的距离与时间，由求波的传播速度；
由图确定出波的周期，当图中波谷传到点时点第一次到达波谷，结合波的周期性求解。解：由题知，波从波源传到点的距离为：
用时：
则波的传播速度为：
周期为：
当图中波谷传到点时点第一次到达波谷，所用时间为：
设再经过时间，位于处的点到达波谷，则有：14. 本题考查识别、理解振动图象与波动图象的意义，及把握两种图象联系的能力，根据波形的平移法画波形是基本方法。
在振动图象上读出时质点的振动方向，再判断波的传播方向；
由波动图象读出波长，由振动图象读出周期，求出波速；
根据时间与周期的关系求出再经过时质点的路程和位移．质点做简谐运动时，一个周期内通过的路程是四个振幅。解：从题图乙中可以看出，时点经过平衡位置向下振动，由题图甲可以判断出此波沿方向传播；
由题图甲知 ，
由题图乙知 ，
所以波速 ；
求路程：因为
所以路程：
求位移：由于波动的重复性，经历时间为周期的整数倍时，位移不变．所以只需考查从图示时刻质点经时的位移即可，所以经 质点的位移仍为零。15. 本题考查了波的传播和质点的振动，关键是能够从图像中分析出质点的振动特点和波传播的信息，结合波长、波速和周期关系计算。
根据图像分析点振动方向；
从图中读出周期和振幅，确定振动方程；
根据振动图像关系结合距离列出波长的通项；
根据波长通项确定最大波长，再由波长、波速和周期关系计算最大波速。解：由点的振动图像可知，时刻，点的振动方向沿轴负方向，即向下振动；
由图可知振动周期，则
则点的振动方程为：
由于该波从点向点传播，则之间的距离为
则
根据可知，当时，波长最长，此时机械波的速度最大为