2024-2025学年高中物理第二章机械波单元素养评价含解析教科版选修3-4

PAGE11-单元素养评价（二)(其次章)(90分钟100分)一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分)1.(2024·眉山高二检测)轮船在进港途中的x-t图像如图所示,则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是图中的哪一个 ()【解析】选A。匀速靠近港口的过程中,测量到的频率不随时间变更,但速度大时频率大,由x-t图像可知,轮船靠近港口时三段时间内的速度v1>v3>v2,可知f1>f3>f2,故A正确。2.(多选)对于波的折射现象下列说法正确的是 ()A.当入射速度小于折射速度时,折射光线偏离法线B.当波垂直界面入射时,传播方向不变更,波速和波长都不变更C.在波的折射中,波的频率不变更,波速和波长都发生变更D.波发生折射时肯定不会发生反射现象【解析】选A、C。当入射速度小于折射速度时,折射光线偏离法线,A对。当波垂直界面入射时,传播方向尽管不变更,但由于介质发生变更,波速和波长都变更,但周期、频率不变,B错,C对。波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象,D错。3.如图所示,沿水平方向的介质中的部分质点,相邻质点间的距离相等,其中O为波源,设波源的振动周期为T,自波源通过平衡位置竖直向下振动起先计时,经过,质点1起先振动,则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法错误的是 ()A.介质中全部的质点的起振方向都竖直向下,图中质点9起振最晚B.图中所画出的质点起振时间都是相同的,起振的位置和起振的方向是不同的C.图中质点8的振动完全重复质点7的振动,只是质点8起振时,通过平衡位置或最大位移处的时间总是比质点7通过相同位置时落后D.只要图中全部的质点都已振动了,质点1与质点9的振动步调就完全一样,但假如质点1发生的是第100次振动,则质点9发生的是第98次振动【解析】选B。从图中可知,质点9是图中距波源最远的点,尽管与振源起振方向相同,但起振时刻最晚,故选项A正确、选项B错误;质点7与质点8相比较,质点7是质点8的前质点,7、8质点间的振动步调相差,故选项C正确;质点9与质点1相距2个波长,质点9比质点1晚2T起先起振,一旦质点9起振后,质点1、9振动步调就完全一样,故选项D正确。4.(多选)在同一地点有两个静止的声源,发出声波1和声波2。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像,则下列说法中正确的是 ()A.波1速度比波2速度大B.这两列波的频率相同C.在这两列波传播方向上,不会产生稳定的干涉现象D.相对于同一障碍物,波1比波2发生衍射现象更明显【解析】选C、D。在同一种介质中,各种频率的机械波传播的速度相同,选项A错误;从图中可以看出波1的波长大于波2的波长,由公式v=λf可得,波1的频率小于波2的频率,选项B错误;由于两列波的频率不同,两列波不能发生干涉,选项C正确;对于同一障碍物,波长越大衍射越明显,选项D正确。5.一列横波沿水平放置的弹性绳向右传播,绳上两质点A、B的平衡位置相距波长,B位于A右方。t时刻A位于平衡位置上方且向上运动,再经过周期,B位于平衡位置 ()A.上方且向上运动 B.上方且向下运动C.下方且向上运动 D.下方且向下运动【解析】选D。两质点A、B的平衡位置相距波长,则t时刻A位于平衡位置上方且向上运动,则此时B位于平衡位置上方且向下运动。再经过周期,B位于平衡位置下方且向下运动,故选项D正确。6.(2024·达州高二检测)近年来我国的航空事业快速发展,战机的超音速飞行已非常普遍。当战机在法定上空返航时,地面上的人常常会听到一声雷鸣般的巨响,引起房屋门窗的猛烈抖动。这是因为飞机返航加速过程中,当飞机速度接近声速时会使发动机发出的声波波面在飞机的前方积累形成音障,当飞机加速冲破音障时而发出的巨大响声,称为音爆。关于音障的形成与下列哪种现象的形成原理最为相近 ()A.音叉四周有些区域声音较强,有些区域声音较弱B.敲响一只音叉,不远处的另一只音叉也发出声音C.火车进站时鸣笛的音调会变高,出站时会变低D.在屋外看不见屋内的人,却能听见屋内人说话【解析】选C。音叉四周有些区域声音较强,有些区域声音较弱,这是声音的干涉现象,故A错误;敲响一只音叉,不远处的另一只音叉也发出声音,这是声音的共振现象,故B错误;火车进站时鸣笛的音调会变高,出站时会变低,音调会变低表示远离,音调会变高表示靠近,该现象与音障的形成类似,故C正确;在屋外看不见屋内的人,却能听见屋内人说话,这是声音的衍射现象,故D错误。【加固训练】(多选)一列波由波源向四周扩绽开去,下列说法正确的是 ()A.介质中各质点由近及远地传播开去B.介质中的振动形式由近及远传播开去C.介质中振动的能量由近及远传播开去D.介质中质点只是振动而没有迁移【解析】选B、C、D。波在传播时,介质中的质点在其平衡位置旁边做往复运动,它们并没有随波的传播而发生迁移,A错,D对。波传播的是振动形式,而振动由能量引起,也传播了能量,B、C对。7.(多选)简谐横波某时刻的波形如图所示,P为介质中的一个质点,下列说法中正确的是 ()A.若该波沿x轴正方向传播,则质点P此时刻的加速度方向沿y轴正方向B.若该波沿x轴正方向传播,则质点P此时刻的速度方向沿y轴正方向C.从该时刻起先再经过四分之一周期,质点P运动的距离为aD.从该时刻起先再经过半个周期时,质点P的位移为负值【解析】选B、D。无论波沿x轴哪个方向传播,此时P点的加速度方向肯定沿y轴负方向,A错误;若该波沿x轴正方向传播,据“下坡上”的方法可以确定此时P点正沿y轴正方向运动,B正确;由于无法确定此时P点向哪个方向运动,故从今时起经周期,质点P运动的距离可能比a大,也可能比a小,C错误;再经过半个周期时,P所在的位置与它现在的位置关于x轴对称,故那时P点的位移肯定为负值,D正确。8.(2024·成都高二检测)一简谐横波沿水平方向由质点a向质点b传播,波速为4m/s,a、b两质点平衡位置间的距离为2m,t=0时刻,a在波峰,b在平衡位置且向下振动,A.sB.sC.sD.s【解析】选B。依据题意知a、b两质点平衡位置间的距离为(n+)λ,所以λ=m,T==s(n=0,1,2,3,…)。经过T,b第一次处在波峰位置,所以Δt=s(n=0,1,2,3,…)。所以n=0时,Δt=s;n=1时,Δt=s,故A、C、D错误,B正确。9.(2024·内江高二检测)一简谐横波在x轴上传播,实线和虚线分别是t1和t2时刻的波形图,已知t2-t1=1.0s。由图推断下列哪一个波速是不行能的 ()A.1m/s B.3C.5m/s D【解析】选D。假如波向右传播,则v右=4n+1,(n=0,1,2,3…);假如波向左传播,v左=4n+3,(n=0,1,2,3…);将v=1m/s代入v右,n=0,符合向右的波速通项,故A正确;将v=3m/s代入v左,n=0,符合向左的波速通项,故B正确;将v右,n=1,符合向右的波速通项,故C正确;将v=10m/s代入任何一式均不符合,故D错误。本题选错误的,故选10.如图所示,甲、乙两平面波是振幅相同的相干波,甲波沿x轴正方向传播,乙波沿y轴正方向传播,图中实线表示某一时刻的波峰位置,虚线表示波谷位置,对图中正方形中心的a、b、c、d四点的振动状况,正确的推断是 ()A.a、b点振动加强,c、d点振动减弱B.a、c点振动加强,b、d点振动减弱C.a、d点振动加强,b、c点振动减弱D.a、b、c、d点的振动都加强【解析】选B。当两列波出现干涉现象时,要产生干涉图样,形成一条加强线、一条减弱线……即加强线、减弱线彼此相间隔的稳定的干涉图样,在图中设定A、B、C、D四点,实线相交点,即波峰与波峰相遇,都是振动加强点,可知B、D确定的直线为加强线,过A、C平行于BD直线的两条直线也应是加强线,a、c两点在BD直线上,故a、c点是振动加强点,分别过b、d点且平行于BD直线的两条直线均在两加强线之间,应为减弱线,故b、d两点的振动是减弱的。11.(多选)(2024·天津高考)一列简谐横波沿x轴传播,已知x轴上x1=1m和x7m处质点的振动图像分别如图1、图2所示,A.7m/s BC.1.2m/s D【解析】选B、C。当该列波向右传播时,依据题干可知1m和7m之间的距离满意的关系为6m=nλ+λ,则由v=可得波速为v=m/s,当n=1时可得v=1.2m/s,因此C正确;当波向左传播时,1m和7m之间的距离关系满意6m=nλ+λ,则v=m/s,当n=0时可得v=2m/s,因此B正确,将A和D选项代入两个波速表达式,n12.(2024·遂宁高二检测)一列简谐横波a,某时刻的波形如图甲所示。从该时刻起先计时经t=后波上质点A的振动图像如图乙所示。波a与另一列简谐横波b相遇能发生稳定干涉现象,则下列推断正确的是 ()A.波a沿x轴正方向传播B.波b的频率为0.4HzC.从该时刻起,再经过0.4s质点A通过的路程为40D.若波b遇到障碍物能发生明显衍射现象,则障碍物的尺寸肯定比0.4【解析】选C。从图乙可知甲图中A点正向上振动,由波形平移法可知波a沿x轴负方向传播,故A错误;由乙图得到波a的周期为T=0.4s,故频率为:f==Hz=2.5Hz,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,所遇到的波b的频率为2.5Hz,故B错误;质点A做简谐运动,一个周期内通过的路程为:s=4A=4×10cm=40cm,故C正确;由甲图得到波长为λ=0.4m;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,故该波遇到一障碍物能发生明显衍射现象,该障碍物的尺寸肯定与0.4二、计算题(本大题共4小题,共40分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)13.(10分)一声波在空气中的波长为25cm,速度为340m/s,当折射进入另一种介质时,波长变为(1)声波在这种介质中的频率。(2)声波在这种介质中的传播速度。【解析】(1)声波由空气进入另一种介质时,频率不变, (2分)由v=λf得f==Hz=1360Hz(3分)(2)因频率不变,有=,得: (2分)v′=v=×340m/s=1088m/s (3答案:(1)1360Hz(2)1088【加固训练】甲、乙两列完全相同的横波分别从波源A、B两点沿x轴相向传播,t=0时的波形图像如图所示,假如两列波的波速都是10m/s,(1)甲、乙两列波的频率各是多少?(2)第几秒末两列波相遇?相遇时C、D两点间有哪些点位移最大?【解析】(1)由图知:λ=4又因v=10所以由f=得f=Hz=2.5Hz,故甲、乙两列波的频率均为2.5Hz。(2)设经t时间两波相遇,则2vt=4所以t=s=0.2s,又因T==s=0.4s,故波分别向前传播相遇。此时两列波的图像如图中的虚线所示。故C、D间有x=5m和x=答案:(1)2.5Hz2.5Hz(2)0.2sx=5m与14.(8分)如图所示为一列横波在某时刻的波动图像,此波中d质点到达波谷的时间比e质点早0.05s。(1)求此列波的传播方向和波速是多大?(2)Δt=1.5s内a质点通过的路程是多少?(3)画出从图示时刻起x=3【解析】(1)由题意知图示时刻质点d向下振动,所以波向右传播,周期T=4×0.05s=0.2s波速v==m/s=20m/s(3分)(2)Δt=1.5s=7.5T,故在此时间内质点a通过的路程为30A=150cm=1.5m(3)图示时刻x=3m处的质点位于平衡位置且向下振动,则从图示时刻起x= (3分)答案:(1)沿x轴向右传播20m(3)见解析图15.(10分)平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波在匀称介质中沿水平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时由平衡位置起先向上振动,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,(1)P、Q间的距离。(2)从t=0起先到平衡位置在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。【解析】(1)当波传到P点时,波源恰好处于波峰位置,说明P与O的距离为λ即λ=35cm, (2分λ=28cm,v==m/s=0.28m/s(2Q与O之间的距离为6个波长,即1.68P、Q间的距离L=1.68m-0.35m(2)从t=0起先到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源振动6T, (2分)波源在振动过程中通过的路程s=4A×=4×0.05×6m=1.25m(2分)答案:(1)1.33m16.(12分)一列简谐横波在x轴上传播,在t1=0和t2=0.05s时,其波形图分别用如图所示的实线和虚线表示,求:(1)这列波可能具有的波速。(2)当波速为280m/s时,波的传播方向如何?以此波速传播时,x=8m处的质点P【解析】(1)若波向右传播,则有T+nT=0.05s(2分)得T右=s(n=0,1,2,3…) (2分)所以v