《第3章 机械波》试卷及答案-高中物理选择性必修第一册-沪教版-2024-2025学年

《第3章机械波》试卷(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在下列哪种情况下，波的传播速度最大？A.水面上漂浮的树叶在微风拂过时产生的波B.地震波在地球内部传播时C.声音在空气中传播D.光在真空中传播2、一个频率为50Hz的声波在空气中传播，空气的密度为1.2kg/m³，声速为340m/s，该声波的波长是多少？A.6.8mB.0.6mC.3.4mD.6.2m3、一个频率为f的波在介质中以速度v传播，波源开始振动时，距离波源0.5米处的质点正在向下运动。此时，波源与距离波源0.5米处的质点之间的相位差是多少？A.π/2B.πC.3π/2D.2π4、一列简谐波沿x轴正方向传播，某时刻质点A位于波峰，质点B位于平衡位置且速度方向向上，质点C位于波谷。此时，质点A与质点B之间的相位差是多少？A.π/2B.πC.3π/2D.2π5、一列横波在某一时刻的波形图如下，该波的波速是（）A.2m/sB.4m/sC.8m/sD.16m/s6、一根长1m的弦，两端固定，以频率f=100Hz的频率振动，该弦上出现了一个波腹，那么该波的波长λ是（）A.0.5mB.1mC.2mD.4m7、一列机械波沿x轴正方向传播，某时刻P点的振动方向向上，经过1/4周期后，P点的振动方向是：A.向上B.向下C.静止不动D.无法确定二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、关于机械波，以下说法正确的是：A.机械波只能在介质中传播B.机械波传播时，质点不随波前进C.横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直D.纵波中质点的振动方向与波的传播方向平行2、以下关于波的描述，正确的是：A.波速与介质无关B.波长与频率成反比C.波长与波速成正比D.频率与介质无关3、在波动现象中，以下哪个说法是正确的？（）A.波动可以传递能量，但不能传递信息B.机械波只能在固体中传播C.波的频率与波源的振动频率相同D.波速与介质的密度有关三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题：题目：一根长为L、质量为M的均匀细绳，其一端固定在墙上，另一端悬挂一质量为m的小球。当小球处于静止状态时，细绳被拉成水平。假设细绳不可伸长，求小球离开水平位置的最大摆角θ。第二题：简答题题目：机械波在传播过程中，波的频率和波长是如何变化的？请结合波速不变的条件，解释为什么在介质中传播的机械波，其频率和波长保持不变。第三题：题目：一根长为L的均匀细绳，两端固定在水平方向，绳的线密度为ρ。现将细绳拉紧，使绳子处于竖直位置，然后从距地面高度h处释放，绳子自由下落。求绳子从释放到落地过程中，任意时刻t的波速v与距离地面h的距离之间的关系。第四题：一、实验探究题（1）实验器材：音叉、刻度尺、秒表、固定支架、细线、悬锤等。（2）实验目的：探究波的传播速度与介质种类的关系。（3）实验步骤：将音叉固定在支架上，确保音叉能够自由振动。用刻度尺测量音叉的振动长度，并记录下来。将悬锤固定在细线上，将细线的一端固定在音叉上，另一端悬挂在固定支架上。用秒表测量悬锤振动的时间，并记录下来。改变细线的长度，重复步骤b和d，记录不同长度细线对应的振动时间。分析实验数据，得出波的传播速度与介质种类的关系。（4）实验结果：细线长度（cm）振动时间（s）波速（m/s）100.250150.340200.430（5）实验结论：分析实验数据，得出波的传播速度与介质种类的关系。总结实验过程中可能存在的误差来源。第五题：一列机械波在均匀介质中传播，波速为350m/s。已知波源频率为500Hz，波源振动周期为：（1）求波源的振动周期T；（2）若波在介质中遇到一个障碍物，形成驻波，障碍物的尺寸约为多少米时，能产生3个明显的波腹？《第3章机械波》试卷及答案一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在下列哪种情况下，波的传播速度最大？A.水面上漂浮的树叶在微风拂过时产生的波B.地震波在地球内部传播时C.声音在空气中传播D.光在真空中传播答案：D解析：根据波速公式v=√(T/μ)，其中T是波的张力，μ是介质的密度。真空中没有介质，因此波速仅取决于波源，而光在真空中的传播速度是最大的，约为3×10^8m/s。其他选项中的波传播速度相对较小。A选项中的波是表面波，B选项中的波是地震波，C选项中的波是声音波，它们的传播速度都小于光速。因此，正确答案是D。2、一个频率为50Hz的声波在空气中传播，空气的密度为1.2kg/m³，声速为340m/s，该声波的波长是多少？A.6.8mB.0.6mC.3.4mD.6.2m答案：A解析：波长λ可以通过声速v和频率f的关系计算得出，公式为λ=v/f。将给定的声速v=340m/s和频率f=50Hz代入公式，得到λ=340m/s/50Hz=6.8m。因此，正确答案是A。其他选项的波长计算结果分别为0.6m、3.4m和6.2m，都不符合题目条件。3、一个频率为f的波在介质中以速度v传播，波源开始振动时，距离波源0.5米处的质点正在向下运动。此时，波源与距离波源0.5米处的质点之间的相位差是多少？A.π/2B.πC.3π/2D.2π答案：B解析：由于波源与距离波源0.5米处的质点之间的距离为半个波长（λ/2），在波动中，相位差Δφ与距离Δx和波长λ之间的关系为Δφ=2πΔx/λ。因此，相位差为Δφ=2π(0.5m)/(λ/2)=π。故选B。4、一列简谐波沿x轴正方向传播，某时刻质点A位于波峰，质点B位于平衡位置且速度方向向上，质点C位于波谷。此时，质点A与质点B之间的相位差是多少？A.π/2B.πC.3π/2D.2π答案：A解析：质点A位于波峰，意味着它的相位是0或2π的整数倍。质点B位于平衡位置且速度方向向上，这意味着它正处于从波峰向波谷过渡的阶段，因此它的相位比波峰超前π/2。所以，质点A与质点B之间的相位差是π/2。故选A。5、一列横波在某一时刻的波形图如下，该波的波速是（）A.2m/sB.4m/sC.8m/sD.16m/s答案：B解析：根据波形图可知，波长λ为1m，周期T为0.25s（两个相邻波峰之间的时间）。波速v=λ/T=1m/0.25s=4m/s。因此，选择B。6、一根长1m的弦，两端固定，以频率f=100Hz的频率振动，该弦上出现了一个波腹，那么该波的波长λ是（）A.0.5mB.1mC.2mD.4m答案：D解析：在弦上出现一个波腹意味着弦上形成了一个节点。在弦的中间位置（即0.5m处）出现一个波腹，因此，波长λ为弦长的两倍，即λ=2×0.5m=1m。由于题目要求波长，我们需要将波长换算为弦长的倍数，所以λ=1m×2=2m。因此，选择D。7、一列机械波沿x轴正方向传播，某时刻P点的振动方向向上，经过1/4周期后，P点的振动方向是：A.向上B.向下C.静止不动D.无法确定答案：B解析：根据机械波的特性，波传播方向与质点振动方向垂直。当波传播方向确定后，经过1/4周期，质点的振动方向会与初始振动方向相反。因此，P点经过1/4周期后，振动方向向下。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、关于机械波，以下说法正确的是：A.机械波只能在介质中传播B.机械波传播时，质点不随波前进C.横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直D.纵波中质点的振动方向与波的传播方向平行答案：A、B、C、D解析：机械波确实只能在介质中传播，因此A正确。在机械波的传播过程中，介质中的质点仅在其平衡位置附近振动，并不随波前进，所以B正确。横波中质点的振动方向与波的传播方向是垂直的，故C正确。同样，纵波中质点的振动方向也是与波的传播方向平行的，因此D正确。所以四个选项都是正确的。2、以下关于波的描述，正确的是：A.波速与介质无关B.波长与频率成反比C.波长与波速成正比D.频率与介质无关答案：B、C解析：波速是波在介质中传播的速度，与介质的性质有关，而不是与介质无关，因此A错误。波长与波速成正比，波长越长，波速越快；频率与波速成反比，频率越高，波速越慢，因此B错误，C正确。频率是波源振动次数的体现，与介质无关，因此D正确。所以正确答案是B和C。3、在波动现象中，以下哪个说法是正确的？（）A.波动可以传递能量，但不能传递信息B.机械波只能在固体中传播C.波的频率与波源的振动频率相同D.波速与介质的密度有关答案：C解析：A选项错误，因为波动可以传递能量和信息；B选项错误，因为机械波可以在固体、液体和气体中传播；C选项正确，波的频率确实与波源的振动频率相同；D选项错误，波速与介质的弹性和密度有关，而不仅仅是密度。因此，正确答案是C。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题：题目：一根长为L、质量为M的均匀细绳，其一端固定在墙上，另一端悬挂一质量为m的小球。当小球处于静止状态时，细绳被拉成水平。假设细绳不可伸长，求小球离开水平位置的最大摆角θ。答案：小球离开水平位置的最大摆角θ约为30°。解析：首先，当小球静止时，细绳的张力T与重力mg的垂直分量平衡，即Tcosθ=mg。由于细绳水平，cosθ=1，所以T=mg。当小球摆动到最大角度θ时，细绳的张力T将提供向心力使小球做圆周运动。向心力由重力的切向分量提供，即mgsinθ=mv²/L。将T=mg代入上式，得到mgsinθ=(mg/L)²，简化后得到sinθ=1/(2L)。由于sinθ的值在0°到90°之间最大为1，因此θ的最大值满足sinθ=1，即θ=90°。然而，在实际物理现象中，由于空气阻力和能量损耗，小球达到的最大摆角θ会小于理论上的90°。根据实验数据和经验公式，θ≈arcsin(1/(2L))，近似计算可得θ≈30°。注意：这里的答案是一个近似值，实际的最大摆角θ会根据具体实验条件和空气阻力等因素有所不同。第二题：简答题题目：机械波在传播过程中，波的频率和波长是如何变化的？请结合波速不变的条件，解释为什么在介质中传播的机械波，其频率和波长保持不变。答案：在介质中传播的机械波，其频率和波长保持不变。解析：机械波在介质中传播时，其频率是由波源决定的，与介质无关。因此，无论波传播多远，其频率都保持不变。同样，机械波的波长（λ）和波速（v）以及频率（f）之间的关系由公式λ=v/f表示。在波传播过程中，波速v是由介质的性质决定的，一旦波进入该介质，其波速就不再改变。由于波速v不变，而频率f也不变，根据上述公式，波长λ也就保持不变。因此，在介质中传播的机械波，其频率和波长都保持不变。这意味着，无论波传播多远，其周期（T=1/f）也保持不变。第三题：题目：一根长为L的均匀细绳，两端固定在水平方向，绳的线密度为ρ。现将细绳拉紧，使绳子处于竖直位置，然后从距地面高度h处释放，绳子自由下落。求绳子从释放到落地过程中，任意时刻t的波速v与距离地面h的距离之间的关系。答案：设绳子从释放到落地过程中，任意时刻t距离地面的距离为h(t)，则有：h(t)=h-(1/2)gt^2其中g为重力加速度。波速v与绳子下落速度v_f的关系为：v=v_f-gt由于绳子的长度为L，波速v与距离地面的距离h之间的关系为：v=v_f-g√(L^2-h^2)将h(t)代入上式，得到：v=v_f-g√(L^2-(h-(1/2)gt2)2)解析：绳子自由下落时，下落速度v_f=gt。绳子的长度L是恒定的，所以波速v与距离地面的距离h之间的关系可以用绳子下落速度v_f和距离地面的距离h来表示。根据勾股定理，距离地面的距离h与绳子长度L和下落距离(1/2)gt2之间的关系为h2+(1/2)gt^2=L^2。将上述关系代入波速v的表达式中，得到v=v_f-g√(L^2-(h-(1/2)gt2)2)。这个关系式表明，波速v随着时间t的增加而减小，并且与距离地面的距离h有关。当绳子完全落地时（h=0），波速v等于v_f；当绳子刚刚释放时（t=0），波速v等于v_f-gL。第四题：一、实验探究题（1）实验器材：音叉、刻度尺、秒表、固定支架、细线、悬锤等。（2）实验目的：探究波的传播速度与介质种类的关系。（3）实验步骤：将音叉固定在支架上，确保音叉能够自由振动。用刻度尺测量音叉的振动长度，并记录下来。将悬锤固定在细线上，将细线的一端固定在音叉上，另一端悬挂在固定支架上。用秒表测量悬锤振动的时间，并记录下来。改变细线的长度，重复步骤b和d，记录不同长度细线对应的振动时间。分析实验数据，得出波的传播速度与介质种类的关系。（4）实验结果：细线长度（cm）振动时间（s）波速（m/s）100.250150.340200.430（5）实验结论：分析实验数据，得出波的传播速度与介质种类的关系。总结实验过程中可能存在的误差来源。答案：（1）实验器材：音叉、刻度尺、秒表、固定支架、细线、悬锤等。（2）实验目的：探究波的传播速度与介质种类的关系。（3）实验步骤：将音叉固定在支架上，确保音叉能够自由振动。用刻度尺测量音叉的振动长度，并记录下来。将悬锤固定在细线上，将细线的一端固定在音叉上，另一端悬挂在固定支架上。用秒表测量悬锤振动的时间，并记录下来。改变细线的长度，重复步骤b和d，记录不同长度细线对应的振动时间。分析实验数据，得出波的传播速度与介质种类的关系。（