鲁科版2019 高中物理 选修一 第三章 机械波 单元测试(解析版)
展开2021-2022学年鲁科版(2019)选择性必修第一册
第三章 机械波 单元测试(解析版)
第I卷(选择题)
一、选择题(共48分)
1.下列四幅图中关于机械振动和机械波的说法中正确的有( )
A.粗糙斜面上的金属球在弹簧的作用下运动,该运动是简谐运动
B.单摆的摆长为,摆球的质量为、位移为,此时回复力约为
C.质点之间的距离等于简谐波的一个波长
D.实线为某时刻的波形图,若此时质点向上运动,则经一短时间后波动图如虚线所示
2.如图甲所示为一列沿x轴传播的简谐横波在时刻的波形图,a、b、c为介质中的三个质点,图乙表示该波处a质点的振动图像,下列说法正确的是( )
A.该波沿x轴正向传播
B.时,质点c处于波谷位置
C.时,质点b振动的速度方向与回复力方向相同
D.质点c的位移随时间变化的关系式
3.如图所示是某向右传播的简谐横波在t=0时刻的图象,由该图象可知( )
A.振幅是6cm B.波长是8m C.周期是8s D.此时质点A向下运动
4.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2Hz。现在长绳两端分别有一振源P、Q同时开始以相同的振幅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,则以下说不正确的是( )
A.由振源P产生的波先到达弹簧处
B.由振源Q产生的波后到弹簧处
C.两列波可能形成干涉
D.由振源Q产生的波的波速接近4m/s
5.如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2m/s。下列说法正确的是( )
A.该简谐横波的频率为2.0Hz
B.x=1.0m处的质点振动的表达式y=-5sin2πt(cm)
C.x=1.5m处质点在0~4.5s内通过的路程为90cm
D.x=1.5m处质点在t=4.5s时的位移为-5cm
6.以下关于波的衍射的说法,正确的是( )
A.波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象
B.当障碍物的尺寸比波长大得多时,会发生明显的衍射现象
C.当孔的大小比波长小时,会发生明显的衍射现象
D.通常讲话产生的声波,经过尺寸为1mm左右的障碍物时会发生明显的衍射现象
7.如图,坐标原点O处有一波源做简谐振动,它在均匀介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播。时,波源开始振动,时,波刚好传到处,波形图如图所示,其中P、Q为介质中的质点。下列说法中正确的是( )
A.从t=0时刻开始计时,波源振动方程为
B. t=0时刻,波源处的质点开始向上振动
C.从t=3s开始再经,质点P位移最大
D.从t=3s开始,质点Q比质点P先回到平衡位置
8.如图所示为某一时刻波源、在水槽中形成的水波,其中实线表示波峰,虚线表示波谷,已知两列波的频率相同,振幅相同,则下列说法正确的是( )
A.这两列波的波长相同,在两波相遇的区域中会产生干涉
B.a、c、d三点位移始终最大,等于两列波的振幅之和
C.a、c、d三点的振动始终加强,b点的振动始终减弱
D.c处的质点会随时间沿方向移动
E.从此刻再经过四分之一个周期,a、b、c、d四点的位移均为零
9.下列关于横波与纵波的说法中,正确的是( )
A.声波一定是纵波
B.水波一定是横波
C.地震波既有横波,也有纵波
D.纵波既可以在固体中传播,也可以在液体、气体中传播
10.两列频率均为2Hz的简谐波I和II分别从绳子的两端相向传播,其中简谐波I的振幅为2cm。两波源开始振动的方向相同但不一定同时开始,且都只振动了两个周期后停止振动。在两列波完全相遇时,绳上各质点位移如图所示。下列说法正确的是( )
A.两列波的波速均为4m/s
B.简谐波II的振幅为lcm
C.坐标为lm处的质点振幅为3cm
D.两波源的坐标可能是x1=-13.5m和x2=11.5m
11.一列沿x轴正方向传播的简谐横波在时刻的波形如图所示,此时波刚好传播到处的M点,再经时间,在处的Q质点刚好第一次到达负向最大位移处。下列说法正确的是( )
A.波速为
B.波的周期可能为
C.质点Q开始振动的方向一定沿y轴正方向
D.从到质点Q第一次到达波峰的过程中,质点M通过的路程为
12.一列波在某一时刻的波形图如图所示,N为波源,并且此时振动只发生在M、N之间,已知此波的周期为T,下面说法正确的是( )
A.由波源起振开始计时,Q质点已经振动了T
B.由波源起振开始计时,Q质点已经振动了
C.由波源起振开始计时,P质点已经振动了
D.由波源起振开始计时,P质点已经振动了
第II卷(非选择题)
二、解答题(共52分)
13.一列简谐横波沿x轴传播,时刻介质中P、Q两质点离开平衡位置的位移均为,如图甲所示,图乙为质点P的振动图象。求这列波的传播速度可能是多大?
14.如图所示,实线是某时刻的波形图,虚线是0.2s后的波形图。
(1)若波沿x轴负方向传播,求它的最大周期;
(2)若波速是45m/s,求波的传播方向。
15.沿轴正方向传播的简谐横波在时的波形如图所示,此时波传播到处的质点,而平衡位置为处的质点恰好位于波谷位置。再经,质点恰好第一次到达波峰。求:
(1)从时开始计时,写出质点的振动方程;
(2)在时,平衡位置为处的质点的位移;
(3)从时开始计时,经多长时间处的质点的位移为。
16.如图所示,实线表示一列横波在某时刻的波形图,虚线是经过0.2 s时的波形图。
(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。
参考答案
1.B
【详解】
A.粗糙斜面上的金属球在弹簧的作用下运动,由于斜面的摩擦阻力总是与球的速度方向相反,所以球的振幅会越来越小,最终停止运动,所以该运动不是简谐运动,故A错误;
B.单摆的摆长为,摆球的质量为、位移为、摆角为,则回复力的大小为
故B正确;
C.由波形图可知质点之间的距离等于简谐波的半个波长,故C错误;
D.实线为某时刻的波形图,若此时质点向上运动,则波向左传播,则经一较长时间(大于)后波动图如虚线所示,故D错误。
故选B。
2.D
【详解】
A.由图乙可知时刻,a点振动方向向上,故该波沿x轴负向传播,故A错误;
B.由图甲可知时,质点C已经通过波谷上振,质点C在时到达波谷,故B错误;
C.时,质点b振动的速度方向向下,回复力方向向上,两者方向相反,故C错误;
D.质点c的位移随时间变化的关系式
故D正确。
故选D。
3.B
【详解】
A.振幅是3cm,A错误;
B.波长是8m,B正确;
C.波的传播速度v未知,则不能求解周期,C错误;
D.根据“同侧法”可知,此时质点A向上运动,D错误。
故选B。
4.C
【详解】
AB.由“上下坡”法可知P振源起振方向向上,Q振源起振方向向下,故先到达振动系统的是P波,故振源P离振动系统较近,故AB正确,不符合题意;
C.产生干涉的条件是两列波的频率相等,而P、Q的频率不相等,故不会形成干涉,故C错误,符合题意;
D.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的频率接近2HZ,故波速接近
故D正确,不符合题意。
故选C。
5.C
【详解】
A.由图可知,该简谐横波的波长
λ=2.0m
周期
=1.0s
该简谐横波的频率为
=1.0Hz
A错误;
B.同理,由图可知,振幅
A=5cm
则x=1.0m处质点振动的函数表达式为
y=5sin2πtcm
B错误;
C.在0~4.5s内振动的周期数
=4.5
则4.5s内路程
s=4nA=90cm
C正确;
D.x=1.5m处质点在t=0时位移为
y=-5cm
则经过4个周期后与初始时刻相同,经过4.5个周期后该质点位移
y=5cm
即t=4.5s时刻该质点的位移y=5cm,D错误。
故选C。
6.C
【详解】
ABC.凡是波都能发生衍射现象,不过有时衍射现象明显,有时衍射现象不明显。只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,才能发生明显的衍射现象,AB错误、C正确;
D.波速一般是340m/s,人耳听到的声音的频率是20Hz—20KHz,根据公式波长公式,得出人耳所能听到的声音的波长为0.017—17m,若讲话的声波为0.017mm而障碍物的尺寸为1mm,将不会发生明显的衍射现象,D错误。
故选C。
7.C
【详解】
AB.根据波形图可知,t=3s时x=9m处的质点起振方向沿y轴负方向,所以波源的起振方向也沿y轴负方向。波源形成简谐横波的波速为
振动周期为
角频率为
所以从t=0时刻开始计时,波源振动方程为
故AB错误;
C.根据三角函数知识可知质点P的平衡位置位于
所以从t=3s开始到质点P位移最大所需要的时间为
故C正确;
D.t=3s时P沿y轴正方向运动,Q沿y轴负方向运动,所以从t=3s开始,P比Q先回到平衡位置,故D错误。
故选C。
8.ACE
【详解】
A.在同一种介质中波速相同,因为两列波的频率相同,所以波长一定相同,在两波相遇的区域中会产生干涉,故A正确;
B.此刻a、c、d三点位移最大,等于两列波的振幅之和,在这些点,两列波引起的振动总是相互加强的,质点的振幅最大,但位移仍随时间变化。故B错误;
C.b点是两列波的波峰与波谷相遇点,两列波在这引起的振动总是相互减弱的,质点的振幅最小,振动始终减弱。故C正确;
D.随着时间的推移,两列波均向前传播,但c处的质点仍在自己平衡位置附近振动,并不会随波迁移。故D错误;
从此刻再经历四分之一个周期,两列波在a、b、c、d四点引起的振动位移均为零,此刻各点均处于平衡位置。故E正确。
故选ACE。
9.CD
【详解】
A.空气中的声波是纵波,而固体中的声波可能既有纵波,也有横波,选项A错误;
B.水波既不是横波,也不是纵波,它的运动形式比较复杂,选项B错误;
C.地震波既有横波,也有纵波,故发生地震时,地面既有上下振动,也有左右运动,选项C正确;
D.纵波可以在固体、液体、气体中传播,选项D正确。
故选CD。
10.AD
【详解】
A.由叠加后的波形图可知,两列波的波长均为2m,则波速
v=λf=4m/s
选项A正确;
BC.若两列波同时开始振动,因振动方向相同,则两列波相遇时是峰谷叠加,叠加后的波形振幅为3cm,则简谐波II的振幅为5cm,此时x=1m处的质点的振幅为7cm;若一列波起振后半个周期第二列波起振,因振动方向相同,则两列波相遇时是峰峰叠加,叠加后的波形振幅为3cm,则简谐波II的振幅为1cm,此时x=1m处的质点的振幅为1cm;选项BC错误;
D.若一列波起振后半个周期第二列波起振,因振动方向相同,则两列波相遇时是峰峰叠加,则对x=0.5m处的质点到两波源的距离之差等于半波长的奇数倍;而由于
(13.5+0.5)m-(11.5-0.5)m=3m=
可知两波源的坐标可能是x1=-13.5m和x2=11.5m,选项D正确。
故选AD。
11.AD
【详解】
A.再经时间=3s,在x=10m处的Q质点刚好第一次到达负向最大位移处,则波速
选项A正确;
B.由波形图可知,波长为4m;波的周期为
选项B错误;
C.质点M开始振动的方向沿y轴负方向,则质点Q开始振动的方向也沿y轴负方向,选项C错误;
D.质点Q第一次到达波峰的时间
从t=0开始到质点Q第一次到达波峰,质点M振动的时间为2T,则通过的路程为8A=80cm,选项D正确。
故选AD。
12.BC
【详解】
CD.N是波源,经过一个周期,振动从N点传播到M点,又因从波源N起振开始计时,需经,P质点才开始振动,故P质点已振动了,选项C正确,D错误;
AB.同理可知,Q质点已经振动了,选项B正确,故A错误;
故选BC。
13.或或(、1、2、3…)
【详解】
由图甲可知时刻,质点P的位移为,由图乙可知质点P运动方向沿y轴正方向周期,若波沿x轴正方向传播,PQ之间的距离,P、Q两质点的可能位置如图所示
则波传播的距离
或(、1、2、3…)
由公式得
波速可能为
或(、1、2、3…)
若波沿x轴负方向传播,P、Q两质点的可能位置如图所示
则波传播的距离
或(、1、2、3…)
则波速
或(、1、2、3…)
14.(1)0.27s;(2)波沿着x轴正方向传播
【详解】
(1)由波形图可知,波长λ=4m
波沿x轴负方向传播时,传播的时间为
(n=0,1,2,…)
所以
(n=0,1,2,…)
当时,代入数据可得
(n=0,1,2,…)
最大周期为
(2)方法一:
假设波沿x轴正方向传播,传播时间
(n=0,1,2,…)
所以
(n=0,1,2,…)
而
λ=4m
根据
可得
m/s(n=0,1,2,…)
当v=45m/s时,n=2
故假设成立,波沿着x轴正方向传播;
方法二:
假设波沿x轴正方向传播
传播距离
(n=0,1,2,…)
将λ=4m代入可得
(n=0,1,2,…)
根据
可知
当v=45m/s,=0.2s时
联立代入数据得
n=2
故假设成立,波沿着x轴正方向传播。
15.(1);(2)-2cm;(3)t=(0.25+0.4k)s,k=0,1,2,3…
【详解】
(1)质点A第一次到达波峰,时间间隔
△t=T=0.2s
即
T=0.4s
因
rrad/s
从t1=0时开始计时, A质点的振动方程
(2) 根据图象可知波长λ=2m,由
可知波速
v=5m/s
波从B点传到D点的时间0.6s,此时D沿y轴正方向运动,再经过0.3s,D点到达波谷,即y=-2cm。
(3) x=1.25m处的质点的振动方程为
当y=-2cm时,即
(k=0,1,2,3…)
解得
t=(0.25+0.4k)s,k=0,1,2,3…
16.(1)(4n+3) m(n=0,1,2…);(2)0.8 s;(3)沿x轴负方向传播
【详解】
(1)由题图可知,波长λ=4 m,波在空间上具有周期性,向左传播的可能距离为
(2)若波向右传播,传播的可能距离为
由波的周期性可知,波传播Δx的距离需时间
当n=0时,周期有最大值
(3)当v=115 m/s时,波在0.2 s时间内传播的距离为
可知波向左传播,即波沿x轴负方向传播
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