【全程复习方略】2021年春高中物理选修3-4-单元质量评估(二)-第十二章-机械波

温馨提示：此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调整合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。单元质量评估(二)第十二章(90分钟100分)一、选择题(本大题共10小题,每小题4分,共40分。多选题已在题号后标出)1.(多选)(2022·眉山高二检测)一列波由波源向四周扩开放去,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四周做往复运动,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。2.关于机械波的说法正确的是()A.当波从一种介质进入另一种介质,保持不变的是波长B.两个振动状况完全相同的质点间的距离是一个波长C.振源振动一个周期,波就向前传播一个波长的距离D.当两列波相遇时总是能够发生稳定的干涉现象【解析】选C。当波由一种介质进入另一种介质时不变的只有频率,A错。两个振动状况完全相同的质点间的距离是波长的整数倍,B错。振源振动一个周期,波刚好向前传播一个波长的距离,C对。只有频率相同的两列波相遇时才能产生稳定的干涉现象,D错。3.(多选)站在火车站台上的旅客听到火车鸣笛声的音调变化状况是()A.当火车减速进站时,鸣笛声的音调变低B.当火车减速进站时,鸣笛声的音调变高C.当火车加速离站时,鸣笛声的音调变低D.当火车加速离站时,鸣笛声的音调变高【解析】选A、C。当火车减速进站时,观看者接收的频率f′=QUOTEf。由于v源渐渐减小,所以f′渐渐减小,音调变低。当加速离站时,f′=QUOTEf,由于v源变大,所以f′变小,音调变低。4.在水波槽里放两块挡板,当中留一窄缝,已知窄缝的宽度为0.5cm,所用水波的波长为5cm,则如图所示的衍射图样中正确的是()【解析】选C。窄缝宽度0.5cm明显小于水波波长5cm,符合发生明显衍射的条件,且水波是以水中“某点”为中心的弧线,故只有选项C正确。5.(2022·衡水高二检测)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。当两列波毁灭干涉现象时,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打算的直线为加强线,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。6.(多选)如图所示,S1、S2是振动状况完全相同的两个机械波波源,振幅为A。a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上,且ab=bc。某时刻a是两列波的波峰相遇点,c点是两列波的波谷相遇点。则()A.a处质点的位移始终为2AB.c处质点的位移始终为-2AC.b处质点的振幅为2AD.c处质点的振幅为2A【解析】选C、D。由于a、b、c三点均在S1S2的中垂线上,则各点到S1S2的距离相等。则S1与S2到各点的波程差为零,S1与S2是相同的,在a、b、c各点都是同向相遇,振动加强,振动加强并不是位移不变,始终为2A,而是振幅为2A,则选项C、D正确。7.(多选)如图所示,一列简谐横波在x轴上传播。图甲和图乙分别为x轴上a、b两质点的振动图像,且xab=6m。下列推断正确的是()A.波确定沿x轴正方向传播B.波长可能是8mC.波速确定是6m/sD.波速可能是2m/s【解析】选B、D。波的传播方向可能向+x或-x方向传播,A错。ab之间的距离可能是(n+QUOTE)λ或(n+QUOTE)λ,周期为4s,波长可能为8m,波速可能为2m/s,C错,B、D正确。【变式训练】(多选)一列简谐横波沿x轴传播,已知x轴上x1=0处a质点的位移—时间图像如图甲所示,x2=6m处b质点的位移—时间图像如图乙所示,已知x1和x2间距离小于一个波长,则此列波的传播速度可能是()A.3m/s B.5m/sC.1m/s D.10m/s【解析】选A、C。由a、b两点的振动图像可知,当波沿x轴正方向传播时,a、b之间的距离为QUOTEλ,即λ=24m,v=QUOTE=QUOTEm/s=3m/s;当波沿x轴负方向传播时,a、b之间的距离为QUOTEλ,即λ=8m,v=QUOTE=QUOTEm/s=1m/s。故A、C选项正确。8.(多选)在均匀介质中选取平衡位置在同始终线上的9个质点,相邻两质点的距离均为L,如图甲所示。一列横波沿该直线向右传播,t=0时到达质点1,质点1开头向下运动,经过时间Δt,第一次毁灭如图乙所示的波形,则该波的()A.周期为Δt,波长为8LB.周期为QUOTEΔt,波长为8LC.周期为QUOTEΔt,波速为QUOTED.周期为Δt,波速为QUOTE【解析】选B、C。由题图乙可推断波长为8L,质点9振动方向向上,而质点1开头时向下振动,说明质点9右边还有半个波长未画出,即在Δt时间内传播了1.5个波长,Δt为1.5个周期,所以其周期为QUOTEΔt,由波长、周期、波速之间的关系v=QUOTE得v=QUOTE,所以B、C正确。【变式训练】一列简谐波沿x轴正方向传播,某时刻波形图如图甲所示,a、b、c、d是波传播方向上的四个振动质点的平衡位置。再过QUOTE个周期,其中某质点连续振动的图像如图乙所示,则该质点是()A.a处质点 B.b处质点C.c处质点 D.d处质点【解析】选D。依据质点振动方向和波的传播方向的关系,再过QUOTE个周期,质点a应当处在负的最大位移处,质点b应当处在平衡位置且正在向下振动,c处质点应当处在正的最大位移处,d处质点处在平衡位置且正在向上振动,D对。9.(多选)(2022·郑州高二检测)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t1=0时波传播到x轴上的质点B,在它左边的质点A恰好位于负最大位移处,如图所示。此后,在t2=0.6s时,质点A其次次毁灭在正向最大位移处,则()A.该简谐波的波速等于5m/sB.t2=0.6s时,质点C在平衡位置处且向下运动C.t2=0.6s时,质点C在平衡位置处且向上运动D.当质点D第一次毁灭在正向最大位移处时,质点B恰好在平衡位置且向下运动【解题指南】解答本题应把握以下两点:(1)在波传播过程中,前面的质点带动后面的质点,后面的质点重复前面质点的振动形式;(2)质点在平衡位置四周做简谐运动。【解析】选A、C。在t2=0.6s的时间内,质点A其次次毁灭在正向最大位移处,则QUOTET=0.6s,所以T=0.4s,由图知波长λ=2m,依据v=QUOTE得v=QUOTEm/s=5m/s,A正确;波由B传到C所需要的时间是t′1=QUOTEs=0.2s,则在t2-t′1=0.6s-0.2s=0.4s的时间内C质点刚好完成一次全振动且向上振动,故C正确,B错误;波由B传到D所需要的时间是t′2=QUOTEs=0.6s,当质点D第一次毁灭在正向最大位移处时的时间为0.6s+QUOTE=0.6s+0.1s=0.7s,则质点B在0.7s=1QUOTET内,运动到负向最大位移处,D错误。10.(多选)(2022·新课标全国卷Ⅰ)图甲为一列简谐横波在t=2s时的波形图,图乙为媒质中平衡位置在x=1.5m处的质点的振动图像,P是平衡位置为x=2m的质点。下列说法正确的是()A.波速为0.5m/sB.波的传播方向向右C.0～2s时间内,P运动的路程为8cmD.0～2s时间内,P向y轴正方向运动E.当t=7s时,P恰好回到平衡位置【解析】选A、C、E。本题考查了机械振动与机械波。v=QUOTE=QUOTEm/s=0.5m/s,A正确。x=1.5m处的质点t=2s时正在向下振动,依据“上坡下”可推断机械波向左传播,B错误;0～2s是半个周期,P点由波峰运动到波谷,C正确、D错误;7s是此时刻再经过5s,即1QUOTET,这时P点刚好回到平衡位置,E正确。【总结提升】振动图像与波动图像的分析技巧分析这类题目的关键是搞清振动图像和波动图像的区分和联系,以及波在传播过程中各物理量变化的规律和特点。在波的传播过程中,质点的振动向前传播但是质点并不向前传播,质点总是在自己的平衡位置四周振动。所以:(1)质点的运动速度不等于波速,质点的速度时刻变化,当质点在平衡位置时速度最大,在最大位移处时速度最小,而波在某一介质中传播时波速是确定的。(2)波在时间t内传播的距离s=vt,但是在这段时间内质点走过的路程却不是s=vt,只能依据质点的振动状况推断:若t等于半周期的整数倍,则质点走过的路程为2A的整数倍,若t=QUOTE,则质点走过的路程可能等于A,也可能小于A,也可能大于A,取决于质点的初始状态(其中A为振幅)。二、填空题(本大题共2小题,共16分)11.(6分)声波从甲介质进入乙介质中,已知入射角为30°,折射角为37°,声波在甲介质中速度为300m/s,声波在乙介质中速度为m/s。【解析】由折射定律可知QUOTE=QUOTE,所以v2=QUOTE=300×QUOTEm/s=360m/s。答案:36012.(10分)某波源S发出一列简谐横波,波源S的振动图像如图所示。在波的传播方向上有A、B两点,它们到S的距离分别为45m和55m。测得A、B两点开头振动的时间间隔为1.0s。由此可知(1)波长λ=m;(2)当B点离开平衡位置的位移为+6cm时,A点离开平衡位置的位移是cm。【解析】(1)由波源S的振动图像可知波的周期T=2.0s,振幅为A′=6cm,由A、B两点开头振动的时间间隔为Δt=1.0s,两点间的距离xAB=55m-45m=10m,可求出波速为v=QUOTE=10m/s,由v=QUOTE可得λ=vT=10×2.0m=20m。(2)由波的图像知A点离开平衡位置的位移是-6cm。答案:(1)20(2)-6三、计算题(本大题共4小题,共44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.(8分)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图所示,介质中质点P、Q分别位于x=2m、x=4m处。从t=0时刻开头计时,当t=15s时质点Q刚好第4次到达波峰。(1)求波速。(2)写出质点P做简谐运动的表达式(不要求推导过程)。【解析】(1)设简谐横波的波速为v,波长为λ,周期为T,由图像知,λ=4m。由题意知t=3T+QUOTET ①(2分)v=QUOTE ②(2分)联立①②式,代入数据得v=1m/s (2分)(2)质点P做简谐运动的表达式为y=0.2sin(0.5πt)m (2分)答案:(1)1m/s(2)y=0.2sin(0.5πt)m14.(12分)(2022·日照高二检测)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,求:(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=4m,又因v=10m/s, (2分)所以由f=QUOTE得 (2分)f=QUOTEHz=2.5Hz,故甲、乙两列波的频率均为2.5Hz。 (2分)(2)设经t时间两波相遇,则2vt=4m,所以t=QUOTEs=0.2s, (2分)又因T=QUOTE=QUOTEs=0.4s, (2分)故波分别向前传播QUOTE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=7m处的点位移最大。(2分)答案:(1)2.5Hz2.5Hz(2)0.2sx=5m与x=7m15.(12分)如图所示,一列向右传播的简谐横波,速度大小为0.6m/s,P质点横坐标x=0.96m,从图中状态开头计时,求:(1)经过多长时间,P质点第一次到达波谷?(2)经过多长时间,P质点其次次到达波峰?(3)P质点刚开头振动时,运动方向如何?【解题指南】解答本题时可把握以下两点:(1)依据波的传播过程,波应当先传播到P点,然后开头振动,毁灭波峰或波谷。(2)由于波匀速传播,也可以认为原有波形匀速平移,把最近的波峰或波谷平移到P点。【解析】(1)P质点第一次到达波谷的时间,就是初始时刻x坐标为0.18m处质点的振动状态传到P质点所需要的时间,则t1=QUOTE,又Δx1=(0.96-0.18)m=0.78m,所以t1=QUOTEs=1.3s。 (4分)(2)P质点其次次到达波峰的时间等于初始时刻x坐标为0.06m处质点的振动状态传到P质点所需要的时间与一个周期的和,则t2=QUOTE+T=QUOTE,又Δx2=(0.96-0.06)m=0.9m,λ=0.24m,所以t2=QUOTEs=1.9s。 (4分)(3)P质点刚开头的振动方向就是初始时刻x坐标为0.24m处质点的振动方向。由于横波沿x轴正向传播,所以x坐标为0.24m处质点初始时刻振动方向沿y轴负方向,故P质点刚开头振动的方向也沿y轴负方向。 (4分)答案:(1)1.3s(2)1.9s(3)沿y轴负方向16.(12分)如图所示,实线表示一列横波在某时刻的波形图线,虚线是经过0.2s时的波形图线。(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115m/s,试推断波的传播方向。【解析】由波的图像可知,波长λ=4m。 (1分)(1)波在空间上具有周期性,向左传播的可能距离:Δx=3+nλ=(4n+3)m (2分)(2)