2020版高中物理 第二章 机械波试卷 教科版选修3-4

2020版高中物理 第二章 机械波试卷 教科版选修3-4

第二章 机械波 章末检测试卷 ‎(时间：90分钟　满分：100分)‎ 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分)‎ ‎1.以下对机械波的认识正确的是(　　)‎ A.形成机械波一定要有波源和介质 B.波源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同 C.横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移 D.机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动 答案　A 解析　波源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件，故A正确.简谐运动形成的波在介质中传播时，介质中各质点都做简谐运动，沿波的传播方向上，后面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动，但质点本身并不随波的传播而发生迁移，而且各质点的振动步调不一致，故B、C、D均错误.‎ ‎2.(多选)下图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(图A、B)或障碍物(图C、D)，其中能发生明显衍射现象的有(　　)‎ 答案　BD 解析　图B中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射现象，图D中障碍物与波长相差不多，能发生明显衍射现象，图A中小孔比波长大得多，不能发生明显衍射现象，图C中障碍物比波长大得多，不能发生明显衍射现象.‎ ‎3.下列物理现象：(1)在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝；(2)“闻其声而不见其人”；(3)学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；(4)‎ 9‎ 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.这些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、折射、干涉、多普勒效应 答案　A 解析　在春天里一次闪电过后，雷声轰鸣不绝，属于声波的反射；“闻其声而不见其人”属于声波的衍射；学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干涉；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属于多普勒效应.‎ ‎4.取一条较长的软绳，用手握住一端(O点)连续上下抖动，在绳上形成一列简谐横波.已知O点完成一次全振动所用的时间为T，某一时刻的波形如图1所示，绳上a、b两点均处于平衡位置.下列说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A.a、b两点间的距离等于一个波长 B.a、b两点振动方向相同 C.再经，b质点将运动到波峰位置 D.再经，a质点将运动到b质点位置 答案　C 解析　由题图可知，a、b两点间的距离一定小于一个波长，故A错误；根据波的传播规律利用带动法可知，a点向下运动，而b点向上运动，故B错误；b在平衡位置向上运动，所以再经，b质点将运动到波峰位置，故C正确；质点只在平衡位置上下振动，不会随波迁移，故D错误.‎ ‎5.一列沿x轴传播的简谐横波，波速为‎10m/s，在t＝0时刻的波形图线如图2所示，此时x＝‎1.0m处的质点正在向y轴负方向运动，则(　　)‎ 图2‎ 9‎ A.此波一定沿x轴正方向传播 B.x＝‎1.0m处的质点做简谐运动的周期为0.20s C.t＝0时刻x＝‎1.5m处的质点具有最大速度 D.再经1.0s，x＝‎1.5m处的质点通过的路程为‎10m 答案　B 解析　此时x＝‎1.0 m处的质点正在向y轴负方向运动，则该波向x轴负方向传播，故A错误；在波的传播方向上，各点的运动周期是相等的，由题图知波长是‎2.0 m，则T＝＝ s＝0.20 s，故B正确；t＝0时刻x＝‎1.5 m处的质点处在负方向的最大位移处，所以速度是0，故C错误；再经1.0 s，经历了n＝＝＝5个周期，质点在一个周期内的路程等于4个振幅，x＝‎1.5 m处的质点通过的路程为s＝5×‎4A＝20×‎0.02 m＝‎0.4 m，故D错误.‎ ‎6.在学校运动场上‎50m直跑道的两端，分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器.两个扬声器连续发出波长为‎5m的声波.一同学从该跑道的中点出发，向某一端点缓慢行进‎10m.在此过程中，他听到扬声器声音由强变弱的次数为(　　)‎ A.2B‎.4C.6D.8‎ 答案　B 解析　当同学到两个声源的间距之差为波长整数倍时，振动加强，听到的声音是加强的，故该同学从中间向一侧移动0、2‎.5m、‎5.0m、‎7.5m、‎10m时，听到的声音强；当同学到两个声源的间距之差为半波长的奇数倍时，振动减弱，听到声音是减弱的，故该同学从中间向一侧移动‎1.25m、‎3.75m、‎6.25m、‎8.75m时，听到的声音弱.故该同学从中间向一侧移动过程听到扬声器声音由强变弱的次数为4次.‎ ‎7.(多选)两列简谐横波的振幅都是‎20cm，传播速度大小相同.实线波的频率为2Hz，沿x轴正方向传播，虚线波沿x轴负方向传播.某时刻两列波在如图3所示区域相遇.则(　　)‎ 图3‎ A.在相遇区域会发生干涉现象 B.实线波和虚线波的频率之比为3∶2‎ C.平衡位置为x＝‎6m处的质点此刻速度为零 9‎ D.平衡位置为x＝‎8.5m处的质点此刻位移y>‎‎20cm E.从图示时刻起再经过0.25s，平衡位置为x＝‎5m处的质点的位移y<0‎ 答案　BDE 解析　由题图可知λ实＝‎4m，λ虚＝‎6m，又v实＝v虚，由v＝λf，得＝＝，B项正确；因两列波的频率不同，则在相遇区域不会发生干涉现象，A项错误；由题图可知平衡位置为x＝‎6m处的质点此刻具有向上的最大速度，C项错误；由题图可知平衡位置为x＝‎8.5m处的质点此刻位移y>‎20cm，D项正确；v实＝v虚＝λ实f实＝‎8m/s，经0.25s波传播的距离s＝8×‎0.25m＝‎2m，再结合题图分析可知，E项正确.‎ ‎8.平衡位置处于坐标原点的波源S在y轴上振动，产生频率为50Hz的简谐横波向x轴正、负两个方向传播，波速均为‎100m/s.平衡位置在x轴上的P、Q两个质点随波源振动着，P、Q的x轴坐标分别为xP＝‎3.5m、xQ＝－‎3m.当S位移为负且向－y方向运动时，P、Q两质点的(　　)‎ A.位移方向相同、速度方向相反 B.位移方向相同、速度方向相同 C.位移方向相反、速度方向相反 D.位移方向相反、速度方向相同 答案　D 解析　由题意可知，此波的波长为λ＝＝m＝‎2m，xP＝‎3.5m＝λ＋λ，当波源位移为负且向－y方向运动时，P质点位移为负，速度沿＋y方向；|xQ|＝‎3m＝λ＋，故Q质点位移为正，速度沿＋y方向，故D正确.‎ ‎9.(多选)一列波沿直线传播，在某一时刻的波形图如图4所示，坐标原点处质点位于波峰，质点A的位置与坐标原点相距‎0.5m，此时质点A沿y轴正方向运动，再经过0.02s第一次到达波峰，由此可见(　　)‎ 图4‎ A.这列波的波长是‎2m B.这列波的频率是50Hz C.这列波的波速是‎25m/s 9‎ D.这列波的传播方向是沿x轴的负方向 答案　ACD 解析　质点A的位置距原点‎0.5m，即＝‎0.5m，λ＝‎2m，A对；质点A向y轴正方向振动经0.02s第一次到达波峰，即＝0.02s，T＝0.08s，波的频率f＝＝12.5Hz，B错；波速v＝λf＝2×‎12.5m/s＝‎25 m/s，C对；质点A向上振动，根据“上下坡法”可以确定该波向x轴负方向传播，D对.‎ ‎10.质点以坐标原点O为中心位置在y轴上做简谐运动，其振动图像如图5所示，振动在介质中产生的简谐横波沿x轴正方向传播，波速为‎1.0m/s.0.3s后，此质点立即停止运动，再经过0.1s后的波形图为(　　)‎ 图5‎ 答案　C 解析　简谐横波沿x轴正方向传播，波源停止振动后，波将继续在介质中匀速传播，0.4 s内简谐横波在介质中传播的总距离为x＝vt＝‎0.4 m，即0.4 s时，x轴上‎0.4 m处的质点刚好起振，由振动图像可知其振动方向沿y轴正方向，故C选项描述的波形图正确.‎ ‎11.(多选)某横波在介质中沿x轴传播，图6甲为t＝0.25s时的波形图，图乙为质点P(x＝‎1.5m处的质点)的振动图像，那么下列说法正确的是(　　)‎ 图6‎ A.该波向右传播，速度为‎2m/s 9‎ B.质点L与质点N的运动方向总是相反 C.t＝0.75s时，质点M处于平衡位置，并正在向y轴正方向运动 D.t＝1.25s时，质点K向右运动了‎2m 答案　ABC 解析　由题图可知波长为‎4m，周期为2s，该波向右传播，波速为‎2m/s，选项A正确；质点L与质点N相距半个波长，运动方向总相反，选项B正确；t＝0.75s时，质点M处于平衡位置，并正在向y轴正方向运动，选项C正确；质点不随波迁移，选项D错误.‎ ‎12.(多选)如图7所示，一根张紧的水平弹性长绳上的a、b两点相距‎4.2m，b点在a点的右方，一列简谐波沿水平绳向右传播，波速为‎20m/s，波长大于‎2m.某时刻b点达到波峰位置，而a点正处于平衡位置且向上运动，则这列波的周期可能是(　　)‎ 图7‎ A.0.12‎sB.0.28sC.0.168sD.0.84s 答案　AB 解析　a点向上运动，b点达到波峰且在a点的右方，满足这一条件的关系式为Δx＝λ(n＝0,1,2，…)，则λ＝m(n＝0,1,2，…).当n＝0时，λ1＝‎5.6m，当n＝1时，λ2＝‎2.4m.波长只有这两个数值能满足大于‎2m的条件.由T＝，解得T1＝0.28s，T2＝0.12s.‎ 二、填空题(本题共2小题，共20分)‎ ‎13.(10分)图8为某一简谐横波在t＝0时刻的波形图，由此可知该波沿________传播，该时刻a、b、c三点中加速度最大的是________点，若从这一时刻开始，第一次最快回到平衡位置的是________点，若t＝0.02s时，质点c第一次到达波谷处，则此波的波速为________m/s.‎ 图8‎ 答案　x轴正方向　c　c　100‎ 9‎ ‎14.(10分)一列简谐横波沿x轴正方向传播，图9甲是波传播到x＝‎5m处的M点时的波形图，图乙是质点N(x＝‎3m)从此时刻开始计时的振动图像，Q是位于x＝‎10m处的质点，则Q点开始振动时，振动方向沿y轴________方向(填“正”或“负”)；经过________s，Q点第一次到达波峰.‎ 图9‎ 答案　负　8‎ 解析　题图甲所示的波形为波刚传到M点的波形，由题图甲可知，此时质点M的振动方向沿y轴负方向，故Q点开始振动的方向沿y轴负方向.由题图甲可知波长λ＝‎4m，由题图乙可知周期T＝4s，所以波速v＝＝‎1m/s.由题图甲可知，最前面的波峰距Q点的距离Δx＝‎8m，故最前面的波峰传播到Q点，也就是Q点第一次出现波峰的时间，则t＝＝8s.‎ 三、计算题(本题共3小题，共32分)‎ ‎15.(10分)平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播，P、Q为x轴上的两个点(均位于x轴正方向)，P与O的距离为‎35cm，此距离介于一倍波长与二倍波长之间.已知波源自t＝0时由平衡位置开始向上振动，周期T＝1s，振幅A＝‎5cm.当波传到P点时，波源恰好处于波峰位置；此后再经过5s，平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置.求：‎ ‎(1)P、Q间的距离；‎ ‎(2)从t＝0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时，波源在振动过程中通过的路程.‎ 答案　(1)‎133cm　(2)‎‎125cm 解析　(1)由题意，O、P两点间的距离与波长λ之间满足OP＝λ＝‎‎35cm 解得λ＝‎‎28cm 波速为v＝＝‎28cm/s 在5s的时间间隔内，波传播的距离为s＝28×‎5cm＝‎‎140cm 由题意有s＝PQ＋ 9‎ 解得PQ＝‎‎133cm ‎(2)Q处的质点第一次处于波峰位置时，波源运动的时间为t′＝5s＋T＝25× 波源从平衡位置开始运动，每经过，波源运动的路程为A.‎ 故t′时间内，波源运动的路程为s′＝‎25A＝‎125cm.‎ ‎16.(10分)如图10甲所示为某一列简谐波在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：‎ 图10‎ ‎(1)波的传播方向和波速大小；‎ ‎(2)画出经过2.3s后波的图像，并求出P质点的位移和运动的路程.‎ 答案　(1)沿x轴正方向传播　‎5m/s　(2)见解析图　位移为‎10cm　路程为‎2.3m 解析　(1)根据振动图像可以判断：P质点在t＝t0时刻 在平衡位置且向负的最大位移处运动，由此可确定波沿x轴正方向传播.由题图甲知λ＝‎2m，由题图乙知T＝0.4s，则v＝＝m/s＝‎5 m/s.‎ ‎(2)由于T＝0.4s，所以2.3s＝5T，波形重复5次再沿x轴推进个波长，经过2.3s后的波的图像如图所示，P质点的位移为‎10cm，路程s＝‎4A×5＋‎3A＝‎23A＝‎2.3m.‎ ‎17.(12分)一列横波在x轴上传播，各质点在竖直方向上振动，a、b是x轴上相距sab＝‎6m的两质点，t＝0时，b质点正好到达最高点，且b质点到x轴的距离为‎4cm，而此时a质点恰好经过平衡位置向上运动.已知这列波的频率为25Hz.‎ ‎(1)求经过时间1s，a质点运动的路程；‎ ‎(2)若a、b在x轴上的距离大于一个波长，求该波的波速大小.‎ 答案　见解析 9‎ 解析　(1)a质点一个周期内运动的路程s0＝‎4A＝‎0.16m，1s内的周期数是n＝＝25,1s内运动的路程s＝ns0＝‎4m.‎ ‎(2)若波由a传向b，sab＝λ，v＝λf＝m/s(n＝1,2,3，…)；‎ 若波由b传向a，sab＝λ，v＝λf＝m/s(n＝1,2,3，…).‎ 9‎