选1全品2023-2024（上） 全品学练考 高中物理 选择性必修第一册第3章机械波含答案.docx

选1全品2023-2024（上） 全品学练考 高中物理 选择性必修第一册第3章 机械波第三章机械波1波的形成本栏目为教师专用1.关于波的形成和特点,下列说法正确的是(A)A.随着波的传播,介质中各质点都在各自的平衡位置附近振动B.随着波的传播,介质中的各质点也将由近及远地迁移出去C.传播波的过程中各质点间必有相互作用力D.某一横波在介质中沿水平方向传播,介质中的质点必沿竖直方向上下振动解析 随着波的传播,介质中各质点都在各自的平衡位置附近来回振动,不随波迁移,A正确,B错误;波源的振动使质点由近及远依次被带动,且与波源振动相同,同时总滞后前一个质点,相邻质点间必有相互作用力,C错误;某一水平方向的横波在介质中传播,介质中的质点的振动方向与波的传播方向相互垂直,不一定沿竖直方向上下振动,D错误.2.关于横波和纵波的传播的说法正确的是(D)A.对于横波和纵波,质点的振动方向和波的传播方向有时相同,有时相反B.对于纵波,质点的振动方向与波的传播方向一定相同C.形成纵波的质点,随波一起迁移D.形成纵波的质点不随波迁移解析 横波质点的振动方向与传播方向相互垂直,纵波质点的振动方向与传播方向有时相同,有时相反,故A、B项错误;介质中的质点都是在平衡位置附近做往复运动,不会随波迁移,故C项错误,D项正确.3.如图为波沿着一条右端固定的绳子传播到B点的波形示意图,由图可判断出A开始振动的方向是(C)A.向左B.向右C.向上D.向下解析 由同侧法从图中可知B点将开始向上振动,波的传播过程中各质点的振动是在波源的带动下依次进行的,每个质点开始的振动方向一定和波源的起振方向相同,所以A开始振动的方向向上,C正确,A、B、D错误.4.地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/s,一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成,如图所示.地震中,假定震源在地震仪下方,观察到两振子相差5 s开始振动,则下列说法正确的是()A.P先开始振动,震源距地震仪约36 kmB.P先开始振动,震源距地震仪约25 kmC.H先开始振动,震源距地震仪约36 kmD.H先开始振动,震源距地震仪约25 km解析 横波速度小于纵波速度,所以P先开始振动,由题意知xv1-xv2=5 s,解得x=36 km,故A正确,B、C、D错误.2波的描述本栏目为教师专用1.(多选)一简谐横波在x轴上传播,在某一时刻的波形如图所示,已知此时质点F的运动方向向下,则(AB)A.此波沿x轴负方向传播B.质点D此时向下运动C.质点B将比质点C先回到平衡位置D.质点E的振幅为零解析 此时质点F向下运动,由微平移法可知,波沿x轴负方向传播,则此时质点D向下运动,质点B向上运动,质点B将比质点C后回到平衡位置,选项A、B正确,C错误;在波的传播过程中,各质点的振幅相同,此时质点E只是位移为零,但振幅不为零,选项D错误.2.(多选)如图所示是简谐横波在t=0时刻的图像,已知x=4 m处的质点P从该时刻起经过0.6 s通过的路程为6 cm,则(CD)A.该波的波长为10 mB.在0.6 s内波传播的距离为8 mC.该波的波长为8 mD.在t=0.6 s时刻,质点P的振动方向沿y轴负方向解析 由图像可知,该波的波长=8 m,故A错误,C正确;由图像可知,该波的振幅为A=2 cm,质点P从该时刻起经过0.6 s通过的路程为6 cm,即通过的路程为3A,经历的时间为34T,则34T=0.6 s,解得T=0.8 s,故波速为v=T=80.8 m/s=10 m/s,在0.6 s内波传播的距离为x=vt=10×0.6 m=6 m,故B错误;因t=0.6 s=34T,则在t=0.6 s时刻,质点P的振动方向沿y轴负方向,故D正确.3.如图是某绳波形成过程的示意图.质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动质点2,3,4,各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端,相邻编号的质点间距离为2 cm.已知t=0时,质点1开始向上运动;t=0.2 s时,质点1到达上方最大位移处,质点5开始向上运动.则(D)A.这列波传播的速度大小为0.2 m/sB.t=1.0 s时,振动刚好传到质点20C.t=0.6 s时,质点12正在向下运动D.t=0.6 s时,质点9处于上方最大位移处解析 由题意得,波长和周期分别为=32 cm=0.32 m, T=0.8 s,则波速v=T=0.4 m/s,A错误;t=1.0 s时,传播距离为x=vt=0.4 m=40 cm,相邻编号的质点间距离为2 cm,振动刚好传到质点21,B错误;振动传播到质点12的时间为t12=0.220.4 s=0.55 s,t=0.6 s时,质点12振动了0.05 s,小于四分之一周期,则质点12正在向上运动,C错误;振动传播到质点9的时间为t9=0.160.4 s=0.4 s,t=0.6 s时,质点9振动了0.2 s,等于四分之一周期,说明此时质点9处于上方最大位移处,D正确.4.如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度v=2 m/s.试回答下列问题:(1)该波的波长为多大?(2)该波的周期T为多大?(3)写出平衡位置在x=1.0 m处的质点的振动函数表达式.(4)求出平衡位置在x=2.5 m处的质点在04.5 s内通过的路程s及t=4.5 s时刻的位移y.答案 (1)2.0 m(2)1 s(3)y=5sin 2t(cm)(4)90 cm-5 cm解析 (1)由波的图像可知,波长为=2.0 m.(2)波的周期为T=v=22 s=1 s.(3)t=0时,平衡位置在x=1.0 m处的质点位移为y=0,质点的运动方向沿y轴正方向,故振动的初相位=0.从波的图像可知,质点振动的振幅为A=5 cm,质点振动的圆频率=2T=2 rad/s,故质点振动的函数表达式为y=Asin (t+)=5sin 2t(cm).(4)4.5 s是4.5个周期,平衡位置在x=2.5 m处的质点在04.5 s时间内通过的路程为s=4.5×4A=90 cm;从波的图像可知,t=0时,平衡位置在x=2.5 m处的质点处于正向最大位移处,经过4.5个周期后质点处于负向最大位移处,即t=4.5 s时刻质点的位移y=-5 cm.3波的反射、折射和衍射本栏目为教师专用1.2022·浙江桐庐分水高级中学月考 如图所示,圆形实线是波源O在水槽里产生的水波的波峰,下列说法正确的是(B)A.水波只要进入CAE和DBF区域就叫波的衍射B.水波只要进入CAA'和DBB'区域就叫波的衍射C.水波必须充满CAE和DBF区域才叫波的衍射D.水波必须充满CAA'和DBB'区域才叫波的衍射解析 根据衍射定义,水波进入阴影以外两侧的区域叫作波的衍射,不一定非得绕到障碍物后面的每一点,故选B.2.渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位.已知某超声波频率为1.0×105 Hz,某时刻该超声波在水中传播的波动图像如图所示.(1)从该时刻开始计时,画出x=7.5×10-3 m处质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期);(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s,求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动).答案 (1)如图所示(2)3000 m解析 (1)=2f=2×105 rad/s,=2,则x=7.5×10-3 m处的质点振动表达式为y=Asin2t×105+2.(2)由波形图读出波长=15×10-3 m由波速公式得v=f=1.5×103 m/s鱼群与渔船的距离为x=12vt=3000 m.4波的干涉本栏目为教师专用1.2022·浙江泰顺中学月考 甲、乙两列完全相同的横波,分别从波源A、B两点沿直线Ox相向传播,t=0时的图像如图所示,若两列波的波速均为1 m/s,则(C)A.t=0.2 s时,F点的位移最大B.t=0.2 s时,E、F、G三点的位移最大C.t=0.5 s时,F点的位移最大D.t=0.5 s时,F点的位移最小解析 t=0.2 s时,波传播的距离x=vt=0.2 m,两列波都传到F点,此时两列波单独引起F点的振动方向均向下,但位移为0,E、G两点位移也未达到最大,故A、B错误;t=0.5 s时,波传播的距离x=vt=0.5 m,两列波的波峰同时传到F点,F点的位移最大,故C正确,D错误.2.(多选)2022·浙江乐清虹桥中学月考 如图甲所示,S1、S2、Q三点位于某一均匀介质的同一平面内,S1、S2为振动情况完全相同的两个波源,其振动图像如图乙所示,波源产生的简谐波在该介质中的传播速度为20 m/s.下列说法正确的有(AD)A.两机械波的波长为4 mB.Q点为振动减弱点C.质点Q的位移不可能为0D.质点Q的振动振幅为20 cm解析 由题图乙可知两列波的周期均为T=0.2 s,所以两列波的波长均为=vT=4 m,故A正确;Q点到S1和S2的波程差为s=6 m-2 m=4 m=,由题意可知两列波的相位差为0,所以Q点为振动加强点,其振幅为2A=20 cm,故B错误,D正确;当质点Q运动至平衡位置时,其位移为0,故C错误.3.(多选)如图所示,图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形曲线,经过0.5 s,其波形如图中的虚线所示,该波的周期T大于0.5 s.下列说法正确的是(ACD)A.如果这列波往左传播,则这列波的周期为2 sB.如果这列波往左传播,则这列波的传播速度为0.36 m/sC.这列波碰到尺寸为20 cm的障碍物时能发生明显衍射现象D.如果这列波往右传播,则碰到频率为1.5 Hz的简谐横波时能够发生干涉现象解析 由图像可知,该波的波长=24 cm,由于该波的周期T大于0.5 s, 则波在0.5 s内传播的距离小于一个波长,如果波向左传播,由图像知波传播的距离为x=14=6 cm=0.06 m,故波速为v=xt=0.060.5 m/s=0.12 m/s,周期为T=v=0.240.12 s=2 s,故A正确,B错误;因该波的波长为24 cm,所以碰到尺寸为20 cm的障碍物时能发生明显衍射现象,故C正确;如果波向右传播,由图像知波传播的距离为x'=34=18 cm=0.18 m,故波速为v'=x't=0.180.5 m/s=0.36 m/s,周期为T'=v'=0.240.36 s=23 s,频率为f'=1T'=1.5 Hz,所以碰到频率为1.5 Hz的简谐横波时能够发生干涉现象,故D正确.4.(多选)如图所示为沿同一绳子相向传播的两列简谐横波在某时刻的波形图,虚线表示甲波,波速为v1,实线表示乙波,波速为v2,M为绳上x=0.2 m处的质点.下列说法中正确的是(ABC)A.这两列波将发生干涉现象,质点M的振动始终加强B.由图示时刻开始,经过甲波周期的14,M将位于波谷C.甲波的波速v1与乙波的波速v2一样大D.因波的周期未知,故两列波波速的大小无法比较解析 两列机械波在同一介质中传播,波速相同,选项D错误,C正确;从波的图像可以看出,两列波的波长相同,则频率、周期也相同,两列波将发生干涉现象,经过14周期,两列波的波谷同时传到M点,M将位于波谷,振动加强,选项A、B正确.5.(多选)2022·浙江武义三中月考 有两列频率相同、振动方向相同、振幅均为A、传播方向互相垂直的平面简谐波相遇发生干涉,如图所示,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,a为波谷与波谷相遇点,b、c为波峰与波谷相遇点,d为波峰与波峰相遇点,e、g是a、d连线上的两点,其中e为连线的中点,则(BCD)A.在ad连线上仅a、d处的质点振动加强,在bc连线上各点振动均减弱B.从图示时刻经过半个周期,e处的质点通过的路程为4AC.从图示时刻经过四分之一周期,g处的质点远离平衡位置运动D.d处质点振动的相位落后于e处质点,相位差为2解析 a为波谷与波谷相遇点,d为波峰与波峰相遇点,在ad连线上均是振动加强点,b、c为波峰与波谷相遇点,b、c是振动减弱点,但bc连线上各点振动均不减弱,故A错误;e为振动加强点,振幅为2A,从图示时刻经过半个周期,e处质点通过的路程s=2×2A=4A,故B正确;g为振动加强点,由于e为a、d连线的中点,可知图示时刻两波在e点都处于平衡位置且向波谷运动,故图示时刻g处质点的位移为正且在向平衡位置运动,从图示时刻经过四分之一周期,g处质点远离平衡位置运动,故C正确;图示时刻d处质点在波峰,e处质点处于平衡位置,根据波的传播方向可知,d处质点振动的相位落后于e处质点,相位差为2,故D正确.6.如图所示,S1、S2是两个同向的相干波源,相距4 m,激起两列相干波的波长为=2 m,则在以S1、S2连线为半径、S2为圆心的圆周上共有几处振动最弱的点?答案 8处解析 两列相干波在空间上会发生稳定的干涉现象,其振动加强或减弱由两波源到该点的距离差及波长决定:当距离差x=n(n=0,1,2,)时,振动加强;当x=(2n+1)2(n=0,1,2,)时,振动减弱.设圆周上某点P振动最弱,如图所示,由干涉条件得|S1P-S2P|=(2n+1)2(n=0,1,2,)而=2 m,S2P=4 m,S1P(08 m,分别代入后可得共有8处振动最弱的点(注意是整个圆周上).5多普勒效应本栏目为教师专用1.2022·温岭新河中学月考 如图所示,将上下振动的振针水平移动,移动过程中在水面上形成了如图所示的水波图形,下列说法正确的是(A)A.振针在向右移动B.振针在向左移动C.在A处的观察者,接收到的水波频率不变D.在A处的观察者,接收到的水波频率变大解析 振针前进方向上的水波变得密集,在其移动反方向的水波变得稀疏,因此振针在向右移动,选项A正确,B错误;波源远离观察者时,观察者接收到的频率变小,即在A处的观察者,接收到的水波频率变小,选项C、D错误.2.(多选)下列关于多普勒效应的说法中正确的是(CD)A.只要波源在运动,就一定能观察到多普勒效应B.如果声源静止,就观察不到多普勒效应C.当声源靠近观察者运动时,声源的频率不变D.当声源远离观察者运动时,观察者接收到的频率减小解析 波源运动时,波源与观察者距离不一定变化,不一定发生多普勒效应,A错误;声源静止时,若观察者向声源运动,就能发生多普勒效应,B错误;声源朝着观察者运动时,声源频率不变,观察者接收到的频率增大,反之,观察者接收到的频率减小,C、D正确.3.火车上有一个声源发出频率一定的乐音,当火车和观察者都静止时,观察者听到并记住了这个乐音的音调.以下情况中,观察者听到这个乐音的音调(频率)一定比原来升高的是(C)A.观察者静止,火车离他驶去B.火车静止,观察者乘汽车远离火车运动C.火车运动,观察者乘汽车迎着火车运动D.火车运动,观察者乘汽车远离火车运动解析 根据多普勒效应,当观察者与声源相对靠近时,观察者接收到的频率增大,当观察者与声源相对远离时,观察者接收到的频率减小,观察者与声源相对静止时,观察者接收到的频率与声源的频率相等,可知上述情景中只有火车运动,观察者乘汽车迎着火车运动时,两者相对靠近,此时观察者听到这个乐音的音调(频率)一定比原来升高,故选C.4.2022·浙江鲁迅中学月考 轮船在进港途中与港口间的距离随时间变化规律如图所示,则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是下列选项图中的(A)ABCD解析 轮船匀速靠近港口的过程中,测到的频率不随时间变化,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关系为v1>v3>v2,可知f1>f3>f2,只有A符合题意.5.如图所示为由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形,实线为波峰,虚线为波谷,设波源频率为20 Hz,且不运动,而观察者在1 s内由A运动到B,观察者接收到多少个完整波?设波速为340 m/s,则要让观察者完全接收不到波,他每秒要运动多少米?答案 19个340 m解析 观察者在单位时间内接收到完整波的个数就等于观察者接收到的频率.如果观察者不动,则1 s内观察者接收的完整波的个数应为20个,然而当观察者从A运动到B的过程中,所能接收到的完整波的个数正好比不运动时少1个,即他只接收到19个完整波.要想让观察者完全接收不到波,他必须随同所在的波峰一起运动并远离波源.由x=vt得x=340×1 m=340 m,即观察者每秒要远离波源340 m.专题课:振动图像和波的图像综合应用本栏目为教师专用1.(多选)2022·浙江丽水期中 一列简谐横波沿x轴传播,如图所示,实线为t1=2 s时的波形图,虚线为t2=8 s时的波形图.以下关于平衡位置在O处质点的振动图像,可能正确的是(AC)ABCD解析 若机械波沿x轴正方向传播,在t1=2 s时O处质点振动方向竖直向上,则传播时间满足t=t2-t1=34T+nT,解得T=4t3+4n=243+4n s(n=0,1,2,3,),当n=0 时,T=8 s,则0时刻O处质点处于负的最大位移处,故A正确,B错误;若机械波沿x轴负方向传播,则满足t=t2-t1=14T+nT,解得T=4t1+4n=241+4n s(n=0,1,2,3,),当n=0时,T=24 s,在t2=8 s=13T时O处质点处于波谷,则0时刻,O处质点在平衡位置上方位移为正值且振动方向竖直向下,故C正确,D错误.2.一列横波沿x轴传播,图中实线表示某时刻的波形,虚线表示从该时刻起0.005 s后的波形.(1)如果周期大于0.005 s,则当波向右传播时,波速为多大?波向左传播时,波速又是多大?(2)如果周期小于0.005 s,则当波速为6000 m/s时,求波的传播方向.答案 (1)400 m/s1200 m/s(2)向左传播解析 (1)若周期大于0.005 s,则波在0.005 s内传播的距离小于一个波长.若波向右传播,则从题图上可以看出,传播的距离为2 m,由此可得,波速为v右=xt=400 m/s;若波向左传播,则从题图上可以看出,传播的距离为6 m,由此可得波速v左=xt=1200 m/s.(2)由题图知,波长=8 m,波的传播距离为x=vt=6000 m/s×0.005 s=30 m=3.75,所以波向左传播.3.一列横波的波形如图所示,实线表示t1=0时刻的波形图,虚线表示t2=0.05 s时刻的波形图.(T为周期)(1)若2T>t2-t1>T,则波速可能为多大?(2)若T<t2-t1,并且波速为360 m/s,则波向哪个方向传播?答案 (1)200 m/s或280 m/s(2)向右解析 (1)当2T>t2-t1>T时,若波向右传播,则在t=0.05 s内波传播的距离为x=10 m,故波速v1=xt=100.05 m/s=200 m/s;若波向左传播,则在t=0.05 s内波传播的距离为x=14 m,故波速v2=xt=140.05 m/s=280 m/s.(2)由图像可知,波长=8 m,在t=0.05 s内,波传播的距离为x=vt=360×0.05 m=18 m.由于x=188=2+14,所以波向右传播.