《第一节 机械波的产生和传播》（同步训练）高中物理选择性必修 第一册-粤教版

《第一节机械波的产生和传播》同步训练(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、下列关于机械波的描述，哪一项是正确的？A.机械波可以在真空中传播。B.机械波的传播速度与介质无关。C.机械波的传播过程中，质点会随波一起迁移。D.机械波的产生需要振源和传播介质。2、一列简谐横波沿绳子传播，当波从一种介质进入另一种介质时，以下哪种情况可能发生？A.波长不变，频率变化。B.频率不变，波长变化。C.波速不变，波长变化。D.波长和频率同时变化。3、在机械波的形成过程中，以下哪个因素是波源振动的必要条件？A.波源的振动频率B.波源的振动幅度C.波源的振动方向D.波源与传播介质的相互作用4、一列机械波在传播过程中，如果波速不变，波长和频率的关系是：A.波长越长，频率越高B.波长越长，频率越低C.波长越短，频率越高D.波长越短，频率越低5、机械波在介质中的传播速度取决于下列哪些因素？A.波的频率B.波长C.介质的性质D.振幅6、关于机械波的产生和传播，以下哪个陈述是正确的？A.机械波可以在真空中传播B.只有纵波才能在固体中传播C.横波和纵波都可以在液体中传播D.机械波需要介质来传播7、在波动现象中，下列哪个物理量可以描述波传播的方向和速度？A.波长B.波速C.频率D.波形二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、关于机械波的产生和传播，以下说法正确的是：A.机械波的产生需要两个相邻的质点之间的相互作用力。B.机械波在介质中传播时，介质中的质点会随波迁移。C.机械波的传播速度与介质的密度有关，而与波源的频率无关。D.机械波在真空中不能传播。2、以下关于横波和纵波的说法中，正确的是：A.横波在传播过程中，介质中的质点振动方向与波的传播方向垂直。B.纵波在传播过程中，介质中的质点振动方向与波的传播方向平行。C.横波的传播速度总是大于纵波的传播速度。D.在空气中，声波的传播速度与频率无关。3、下列关于机械波的产生和传播的说法，正确的是（）A.机械波的产生需要两个条件：机械振动和介质。B.机械波的传播速度只与介质的性质有关，与波的频率无关。C.机械波在传播过程中，质点不随波迁移，只是围绕平衡位置做周期性振动。D.机械波在介质中传播时，介质的质点振动方向与波的传播方向一定相同。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：某同学在研究机械波的产生和传播时，进行了以下实验：他将一根紧绷的橡皮筋固定在两端，一端用手指拨动，另一端放置一个轻质小球；观察到橡皮筋振动时，小球在某一位置受到弹力，并开始振动。请回答以下问题：（1）请简述实验中橡皮筋振动产生机械波的过程；（2）请分析小球在某一位置受到弹力的原因；（3）请说明为什么小球在橡皮筋振动后开始振动。第二题：一列简谐波在空气中传播，波源振动的周期为0.01秒，波速为340米/秒。请回答以下问题：（1）求这列简谐波的波长是多少？（2）若波源从某一时刻开始振动，经过多长时间，位于距波源2.5米处的质点第一次出现振动位移为零的时刻？第三题：一列机械波在平面简谐波模型上传播，已知波源频率为f=5Hz，波速为v=200m/s，波源振幅为A=4cm。假设波从波源沿x轴正方向传播，在t=0时刻，质点位于x轴上坐标为x=10m的位置，且质点正在向上运动。请回答以下问题：写出该机械波的波动方程。若在t=0.1s时刻，质点的位移为y=3cm，求此时质点的速度和加速度。求在t=0.1s时刻，距离波源x=50m处的质点位移。第四题：一、简答题请简述机械波的产生条件。机械波的传播过程中，波源和介质中质点的运动有何特点？举例说明机械波在生活中的应用。第五题：一列机械波在均匀介质中传播，波源振动的周期为T，波速为v。已知某一时刻，距离波源10m的P点质点的位移为y=5cm，且该质点此时正在向下运动。求：（1）这列机械波的波长λ；（2）该质点再次向上运动时，波源振动经过了多少个周期。《第一节机械波的产生和传播》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、下列关于机械波的描述，哪一项是正确的？A.机械波可以在真空中传播。B.机械波的传播速度与介质无关。C.机械波的传播过程中，质点会随波一起迁移。D.机械波的产生需要振源和传播介质。答案：D解析：机械波的传播需要两种基本条件：振源（产生振动的物体）和传播介质（如空气、水或固体等）。选项A错误，因为机械波不能在真空中传播，只有电磁波才能在真空中传播。选项B错误，因为机械波的传播速度通常取决于介质的性质，比如弹性模量和密度。选项C也是错误的，因为虽然机械波能够传递能量和信息，但是介质中的质点只是在其平衡位置附近做周期性振动，并不会随着波形向前移动。2、一列简谐横波沿绳子传播，当波从一种介质进入另一种介质时，以下哪种情况可能发生？A.波长不变，频率变化。B.频率不变，波长变化。C.波速不变，波长变化。D.波长和频率同时变化。答案：B解析：当简谐横波从一种介质传入另一种介质时，波的频率保持不变，这是因为频率是由波源决定的。然而，由于不同介质的物理性质（如密度和弹性）不同，波速会发生改变，根据公式v=λf（其中v为波速，λ为波长，f为频率），如果波速v改变了而频率f保持不变，则波长λ必须相应地改变。因此，正确答案是B。选项A、C和D均不符合波的基本传播规律。3、在机械波的形成过程中，以下哪个因素是波源振动的必要条件？A.波源的振动频率B.波源的振动幅度C.波源的振动方向D.波源与传播介质的相互作用答案：A解析：机械波的形成必须具备波源的振动，而波源的振动频率决定了波源的振动快慢，是波源振动的必要条件。波源的振动幅度和方向虽然影响波的特性，但不是波源振动的必要条件。波源与传播介质的相互作用是波传播的必要条件，但不是波源振动的必要条件。4、一列机械波在传播过程中，如果波速不变，波长和频率的关系是：A.波长越长，频率越高B.波长越长，频率越低C.波长越短，频率越高D.波长越短，频率越低答案：B解析：根据机械波的传播公式v=λf，其中v为波速，λ为波长，f为频率。在波速v不变的情况下，波长λ5、机械波在介质中的传播速度取决于下列哪些因素？A.波的频率B.波长C.介质的性质D.振幅答案：C解析：机械波的速度主要由传播介质的物理性质决定，例如弹性模量和密度。在给定的介质中，波速是恒定的，而与波的频率、波长或振幅无关。因此选项C正确。波的频率和波长之间存在反比关系，但它们都不影响波在特定介质中的传播速度；振幅则与能量有关，同样不影响波速。6、关于机械波的产生和传播，以下哪个陈述是正确的？A.机械波可以在真空中传播B.只有纵波才能在固体中传播C.横波和纵波都可以在液体中传播D.机械波需要介质来传播答案：D解析：机械波的定义即为需要通过物质介质进行传播的波动形式，这包括了固体、液体和气体，但不能在真空中传播，因此选项D是正确的。选项A错误，因为机械波不同于电磁波，它必须依赖于介质中的粒子相互作用来进行能量传递。选项B不正确，因为在固体中既可以传播横波也可以传播纵波。选项C也是错误的，因为液体只能传播纵波，无法传播横波，因为液体没有足够的剪切强度来支持质点垂直于波前进方向的振动。7、在波动现象中，下列哪个物理量可以描述波传播的方向和速度？A.波长B.波速C.频率D.波形答案：B解析：在波动现象中，波速是描述波传播的方向和速度的物理量。波长是描述波在空间传播的长度，频率是每秒钟振动的次数，波形则是波的形状。因此，正确答案是B。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、关于机械波的产生和传播，以下说法正确的是：A.机械波的产生需要两个相邻的质点之间的相互作用力。B.机械波在介质中传播时，介质中的质点会随波迁移。C.机械波的传播速度与介质的密度有关，而与波源的频率无关。D.机械波在真空中不能传播。答案：ACD解析：A项正确，机械波的产生确实需要质点间的相互作用力；B项错误，介质中的质点在波动过程中并不随波迁移，而是做振动；C项正确，机械波的传播速度与介质的性质有关，如密度和弹性模量，而与波源的频率无关；D项正确，机械波需要介质来传播，真空中没有介质，因此机械波不能传播。2、以下关于横波和纵波的说法中，正确的是：A.横波在传播过程中，介质中的质点振动方向与波的传播方向垂直。B.纵波在传播过程中，介质中的质点振动方向与波的传播方向平行。C.横波的传播速度总是大于纵波的传播速度。D.在空气中，声波的传播速度与频率无关。答案：ABD解析：A项正确，横波的特点是质点的振动方向与波的传播方向垂直；B项正确，纵波的特点是质点的振动方向与波的传播方向平行；C项错误，横波和纵波的传播速度取决于介质的性质，而不是恒定的，因此不能说横波的传播速度总是大于纵波的传播速度；D项正确，在空气中，声波的传播速度主要取决于介质的温度和压力，与频率无关。3、下列关于机械波的产生和传播的说法，正确的是（）A.机械波的产生需要两个条件：机械振动和介质。B.机械波的传播速度只与介质的性质有关，与波的频率无关。C.机械波在传播过程中，质点不随波迁移，只是围绕平衡位置做周期性振动。D.机械波在介质中传播时，介质的质点振动方向与波的传播方向一定相同。答案：AC解析：A选项正确，机械波的产生需要两个条件：机械振动和介质。机械振动是指物体在平衡位置附近来回振动的现象，而介质是波传播的媒介。B选项错误，机械波的传播速度不仅与介质的性质有关，还与波的频率有关。在同一介质中，波的传播速度与频率成正比。C选项正确，机械波在传播过程中，介质中的质点只是围绕平衡位置做周期性振动，而不随波迁移。D选项错误，机械波的传播速度与波的振动方向无关。例如，横波中质点的振动方向与波的传播方向垂直，而纵波中质点的振动方向与波的传播方向相同。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：某同学在研究机械波的产生和传播时，进行了以下实验：他将一根紧绷的橡皮筋固定在两端，一端用手指拨动，另一端放置一个轻质小球；观察到橡皮筋振动时，小球在某一位置受到弹力，并开始振动。请回答以下问题：（1）请简述实验中橡皮筋振动产生机械波的过程；（2）请分析小球在某一位置受到弹力的原因；（3）请说明为什么小球在橡皮筋振动后开始振动。答案：（1）实验中，橡皮筋振动时，橡皮筋的形变产生弹力，弹力使橡皮筋恢复原状，同时带动邻近的橡皮筋产生形变，形成连续的弹力传递，从而产生机械波。（2）小球在某一位置受到弹力的原因是：当橡皮筋振动时，小球所在位置的橡皮筋形变，使小球受到弹力的作用，从而产生振动。（3）小球在橡皮筋振动后开始振动的原因是：当橡皮筋振动时，其形变产生的弹力传递给邻近的橡皮筋，进而使小球受到弹力作用，从而产生振动。这样，机械波得以传播，小球随之振动。第二题：一列简谐波在空气中传播，波源振动的周期为0.01秒，波速为340米/秒。请回答以下问题：（1）求这列简谐波的波长是多少？（2）若波源从某一时刻开始振动，经过多长时间，位于距波源2.5米处的质点第一次出现振动位移为零的时刻？答案：（1）波长λ=波速v/频率f由于频率f=1/周期T，所以f=1/0.01=100Hz因此，波长λ=v/f=340m/s/100Hz=3.4m（2）质点第一次出现振动位移为零的时刻，即波传到该质点的时间t，可以通过以下公式计算：t=距离d/波速v代入已知值，得：t=2.5m/340m/s≈0.00735秒但是，由于波源开始振动时质点还未开始振动，所以需要再加上半个周期的时间，即：t_total=t+T/2=0.00735s+0.005s=0.01235s解析：（1）波长是波在传播方向上两个相邻波峰（或波谷）之间的距离。根据波的基本关系式，波长等于波速除以频率。已知波源振动的周期和波速，可以计算出频率，进而求出波长。（2）质点第一次出现振动位移为零的时刻，即波传到该质点的时间。由于波在均匀介质中传播时，各质点的振动周期与波源相同，所以质点的振动位移为零的时刻，实际上就是波传到该质点的时间。计算波传到质点的时间时，需要考虑波源开始振动时质点还未开始振动的情况，因此要加上半个周期的时间。第三题：一列机械波在平面简谐波模型上传播，已知波源频率为f=5Hz，波速为v=200m/s，波源振幅为A=4cm。假设波从波源沿x轴正方向传播，在t=0时刻，质点位于x轴上坐标为x=10m的位置，且质点正在向上运动。请回答以下问题：写出该机械波的波动方程。若在t=0.1s时刻，质点的位移为y=3cm，求此时质点的速度和加速度。求在t=0.1s时刻，距离波源x=50m处的质点位移。答案：机械波的波动方程为：y=Asin(2πft-kx+φ)，其中k为波数，φ为初相位。由题意知，A=4cm，f=5Hz，v=200m/s，因此波长λ=v/f=200m/5Hz=40m，波数k=2π/λ=2π/40m=π/20rad/m。由于质点在t=0时刻向上运动，初相位φ=π/2。因此，波动方程为：y=4cm*sin(πt-π/20x+π/2)。在t=0.1s时刻，代入波动方程得：3cm=4cm*sin(π*0.1-π/20*10+π/2)，解得sin(π*0.1-π/20*10+π/2)=3/4。根据三角函数性质，可知此时质点的速度v=Aωcos(ωt-kx+φ)，其中ω=2πf=10πrad/s。代入t=0.1s、x=10m和φ=π/2，得v=4cm*10π*cos(π*0.1-π/2)≈-6.28cm/s。加速度a=-Aω^2sin(ωt-kx+φ)，代入t=0.1s、x=10m和φ=π/2，得a=-4cm*(10π)^2*sin(π*0.1-π/2)≈-78.54cm/s^2。在t=0.1s时刻，距离波源x=50m处的质点位移为：y=4cm*sin(π*0.1-π/20*50+π/2)=4cm*sin(π*0.1-5π/2)=4cm*sin(-9π/2)=-4cm*sin(π/2)=-4cm。解析：根据题意，已知波源频率、波速和波源振幅，利用波动方程公式写出波动方程。在t=0.1s时刻，根据波动方程和三角函数性质，求出质点的位移。再利用速度和加速度的公式，代入已知参数，求出质点的速度和加速度。在t=0.1s时刻，代入波动方程和已知参数，求出距离波源x=50m处的质点位移。第四题：一、简答题请简述机械波的产生条件。机械波的传播过程中，波源和介质中质点的运动有何特点？举例说明机械波在生活中的应用。答案：机械波的产生条件：机械波的产生需要有两个条件，一是波源，即产生振动的物体；二是介质，即振动能在其中传播的物质。机械波的传播过程中，波源和介质中质点的运动特