人教版高中物理新教材同步讲义 选择性必修第一册 第3章 章末素养提升（含解析）

章末素养提升

例1　分析下列所描述的四个物理现象：

①听到迎面而来越来越尖锐的汽笛声

②水塘中的水波能绕过障碍物继续传播

③夏天里一次闪电过后，有时会雷声轰鸣不绝

④围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音

这些现象分别是波的(　　)

A．多普勒效应、反射现象、衍射现象、干涉现象

B．多普勒效应、衍射现象、反射现象、干涉现象

C．干涉现象、衍射现象、多普勒效应、折射现象

D．多普勒效应、反射现象、干涉现象、衍射现象

答案　B

解析　①听到迎面而来越来越尖锐的汽笛声是多普勒效应；②水塘中的水波能绕过障碍物继续传播是衍射现象；③夏天里一次闪电过后，有时会雷声轰鸣不绝是反射现象；④围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是干涉现象，故B正确，A、C、D错误。

例2　(2022·北京卷)在如图所示的xOy坐标系中，一条弹性绳沿x轴放置，图中小黑点代表绳上的质点，相邻质点的间距为a。t＝0时，x＝0处的质点P0开始沿y轴做周期为T、振幅为A的简谐运动。t＝T时的波形如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．t＝0时，质点P0沿y轴负方向运动

B．t＝T时，质点P4的速度最大

C．t＝T时，质点P3和P5相位相同

D．该列绳波的波速为

答案　D

解析　由t＝T时的波形图可知，波刚好传到质点P6，根据“上下坡法”可知此时，质点P6沿y轴正方向运动，波源起振的方向也沿y轴正方向，故t＝0时，质点P0沿y轴正方向运动，故A错误；由题图可知，在t＝T时质点P4处于正的最大位移处，故速度为零，故B错误；由题图可知，在t＝T时，质点P3沿y轴负方向运动，质点P5沿y轴正方向运动，故两个质点的相位不相同，故C错误；由题图可知＝2a，解得λ＝8a，故该列绳波的波速为v＝＝，故D正确。

例3　(多选)(2022·西安市高二期末)如图所示，波源O垂直于纸面做简谐运动，所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，且向上振动；t＝1 s时，离O点10 m的B点也开始振动，此时A点回到平衡位置向下运动。则下列判断正确的是(　　)

A．该波的波速一定为5 m/s

B．该波的波长一定为2 m

C．波源开始振动时振动方向向下

D．t＝1 s时，AB连线上可能有3个点处于最大位移

答案　AD

解析　分析题意可知，1 s时间内，波传播了5 m的距离，波速v＝＝5 m/s，故A正确；

1 s时间内，A点从开始向上振动到回到平衡位置时向下运动，则

1 s＝(n＋)T(n＝0,1,2,3，…)

解得T＝ s(n＝0,1,2,3，…)

则λ＝vT＝5× m＝ m(n＝0,1,2,3，…)

波长不一定是2 m，故B错误；

波源开始振动的方向与每个质点开始振动的方向相同，由题意可知t＝0时A点开始向上振动，则波源开始振动的方向向上，故C错误；

若n＝1，则波长为λ1＝ m＝ m

AB间距Δx＝5 m＝λ1＝1.5λ1

则t＝1 s时，AB连线上有三个点处于最大位移处，故D正确。

例4　(多选)(2022·山东卷)一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如图所示。当t＝7 s时，简谐波的波动图像可能正确的是(　　)

答案　AC

解析　由O点的振动图像可知，周期为T＝12 s，振幅A＝20 cm设原点处的质点的振动方程为y＝Asin (t＋φ)

将(0,10 cm)代入，解得φ＝

在t＝7 s时刻

y7＝20sin (×7＋) cm＝－10 cm

≈－17.3 cm

因7 s＝T＋T

由题可知在t＝7 s时刻质点在y轴负半轴向下振动，根据“同侧法”可判断若波向右传播，则波形为C所示；若波向左传播，则波形如A所示，故选A、C。

例5　(2022·遂宁市高二期末)一根长20 m的软绳拉直后放置在光滑水平地板上，以绳中点为坐标原点，以绳上各质点的平衡位置为x轴建立图示坐标系。两人在绳端沿y轴方向不断有节奏地抖动，形成两列振幅分别为10 cm、20 cm的相向传播的机械波P、Q。已知P的波速为2 m/s，t＝0时刻的波形如图所示。下列判断正确的有(　　)

A．两波源的起振方向相反，Q的传播速度小于2 m/s

B．t＝4.5 s时，坐标原点处质点位移为30 cm

C．两列波的频率均为2 Hz，叠加区域有稳定干涉图样

D．两波在t＝3.5 s时第一次相遇，相遇处质点位移为10 cm

答案　B

解析　P起振方向沿y轴负方向，而Q起振方向沿y轴正方向，因此起振方向相反，波速由介质决定，因此两列波的速度大小相等，则Q的传播速度等于2 m/s，故A错误；

t＝4.5 s时，两列波都向前传播了Δx＝vΔt＝9 m

则P、Q的波峰传播到了坐标原点处，该质点位移为10 cm＋20 cm＝30 cm，故B正确；

由于波长λ＝4 m

两列波的速度大小相等，根据v＝λf＝

可知f＝0.5 Hz，T＝2 s

因此两列波的频率均为0.5 Hz，叠加区域有稳定干涉图样，故C错误；

两波第一次相遇时，有Δx′＝2vt′

解得t′＝＝ s＝3.5 s

故t＝3.5 s时两波第一次相遇，且相遇处两列波都在平衡位置，因此质点位移为0，故D错误。

例6　(多选)(2022·浙江6月选考)位于x＝0.25 m的波源P从t＝0时刻开始振动，形成的简谐横波沿x轴正负方向传播，在t＝2.0 s时波源停止振动，t＝2.1 s时的部分波形如图所示，其中质点a的平衡位置xa＝1.75 m，质点b的平衡位置xb＝－0.5 m。下列说法正确的是(　　)

A．沿x轴正负方向传播的波发生干涉

B．t＝0.42 s时，波源的位移为正

C．t＝2.25 s时，质点a沿y轴负方向振动

D．在0到2 s内，质点b运动总路程是2.55 m

答案　BD

解析　波沿x轴正负方向传播，向相反方向传播的波不会相遇，不会发生干涉，故A错误；由题图可知，波的波长λ＝1 m，由题意可知0.1 s内波传播四分之一波长，可得＝0.1 s，解得T＝0.4 s，波源振动了2 s，即波传播了5个周期，故波源的起振方向与t＝2.1 s时x＝1.5 m处质点的振动方向相同，则波源的振动方向向上，在t＝0.42 s，即T<t<时，波源会向上振动，位移为正，故B正确；波的波速v＝＝2.5 m/s，波源停止振动后到质点a停止振动的时间为t1＝ s＝0.6 s>0.25 s，即t＝2.25 s时质点a还在继续振动，从t＝2.1 s到t＝

2.25 s，经过时间为t2＝0.15 s，即<t2<，结合题图可知质点a位移为正且沿y轴正方向振动，故C错误；波传到b点所需的时间为t3＝ s＝0.3 s，在0到2 s内，质点b振动的时间为t4＝2 s－0.3 s＝1.7 s＝T，质点b在此时间段内运动总路程s＝17A＝17×0.15 m＝2.55 m，故D正确。