第三章《机械波》单元测试-2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第一册）

第三章《机械波》单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 1、 单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的） 1．下列关于波的衍射的说法正确的是（　　） A．波要发生衍射现象必须满足一定的条件 B．机械波频率较大时，绕过障碍物时衍射不明显 C．对同一列波，缝、孔或障碍物的尺寸越大，衍射现象越明显 D．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 【答案】B 【详解】AD．衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射现象，故AD错误； B．机械波在某种介质中传播时，速度不变，根据 频率越大，波长越短，绕过同一障碍物时衍射现象越不明显，故B正确； C．对同一列波，若波长与缝、孔或障碍物的尺寸越接近或越大，衍射现象越明显，故C错误。 故选B。 2．蝙蝠具有一种回声定位的特殊本领，下列说法中正确的是（　　） A．不同蝙蝠发出不同频率的超声波可能发生干涉 B．蝙蝠发出的超声波进入水中后传播速度不变 C．蝙蝠产生高频的超声波目的是便于捕捉较小的猎物 D．蝙蝠听到回声的频率变高时，能判断出正在远离的猎物 【答案】C 【详解】A．发生干涉时两列波的频率必须相同，则不同蝙蝠发出不同频率的超声波不可能发生干涉，故A错误； B．蝙蝠发出的超声波进入水中后传播速度要发生变化，故B错误； C．高频的超声波波长较短，更容易被较小的猎物反射，则蝙蝠产生高频的超声波目的是便于捕捉较小的猎物，故C正确； D．根据多普勒效应可知，蝙蝠听到回声的频率变高时，能判断出正在靠近的猎物，故D错误。 故选C。 3．理解绳波的传播、干涉和衍射等现象，有助于深入学习和应用波动理论。某人拿着绳子左侧上下做简谐运动，时刻，绳波的图像如图所示，a、b为绳波中的两质点。关于该绳波，下列说法正确的是（    ） A．该绳波为纵波 B．质点的振动速度正在增大 C．质点的加速度正在增大 D．若波源振动加快，则波长将增大 【答案】B 【详解】A．绳波中质点的振动方向与波传播方向垂直，所以绳波为横波，故A错误； BC．两质点都正在向平衡位置运动，故质点的振动速度正在增大，质点的加速度正在减小，故B正确，C错误； D．由于同种介质中传播速度相同，根据，频率增大，则波长减小，故D错误。 故选B。 4．一列简谐横波在时刻的波形图如图所示，介质中处的质点P此刻沿y轴正方向运动，质点P的振动周期，则该波（    ） A．波长为4m B．振幅为12cm C．波速为20m/s D．沿x轴负方向传播 【答案】C 【详解】B．由图可知，振幅为，故B错误； A．由图可知，波长为，故A错误； C．该波的波速为 故C正确； D．质点P此刻沿y轴正方向运动，根据“同侧法”可知，该波沿x轴正方向传播，故D错误。 故选C。 5．如图所示是利用发波水槽观察到的水波衍射图样。下列说法正确的是（　　） A．B侧波是衍射波 B．B侧相邻波纹间距大于A侧相邻波纹间距 C．增大挡板之间的间隙，衍射现象将更明显 D．如果孔的大小不变，减小水波波源的频率，衍射现象将更明显 【答案】D 【详解】A．由图可知，A侧波是衍射波，故A错误； B．两侧的波的频率和波速相同，波长相同，即A侧相邻波纹间距等于B侧相邻波纹间距，故B错误； C．当孔的尺寸与波长差不多或者小于波长时会产生明显的衍射现象，增大挡板之间的间隙，衍射现象将变得不明显，故C错误； D．当孔的尺寸与波长差不多或者小于波长时会产生明显的衍射现象，则如果孔的大小不变，减小水波波源的频率，则波长变大，衍射现象将更明显，故D正确。 故选D。 6．某均匀介质中各质点的平衡位置在x轴上，当时，波源（处的质点）S开始做简振动，时，刚好在均匀介质上形成如图所示的波形，则下列说法正确的是（　　） A．该波的波长为 B．波源的起振方向向上 C．该波的波速为 D．时，处的质点加速度最大 【答案】B 【详解】AC．由图可知 T＝2t＝1s，λ＝4m 故波速 故AC错误； B．由图可知，此时处的质点的起振方向与波源的起振方向相同，此时刻该质点向上振动，所以波源的起振方向向上，故B正确； D．时，波刚传到处，时，处的质点又回到了平衡位置，回复力为零，加速度为零，故D错误。 故选B。 7．两列相干水波在时刻的叠加情况如图所示，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，其中 C点是B、D连线的中点，P点是B、C连线的中点。下列说法正确的是（　　） A．A、B两点的振动减弱 B．C点的振幅为0，但是它是振动加强点 C．时刻P、C两点振动方向相反 D．若两振源振幅相同，则 E、F两点的位移始终为零 【答案】D 【详解】A、A是波峰与波峰相遇的位置，B点是波谷与波谷相遇的位置，都是振动加强点，故A错误； B、BD两点都是振动加强点，C在BD连线上，也是振动加强点，振幅为两列波振幅之和，不为零，故B错误； C、B处于波谷位置，D处于波峰位置，P、C两点在BD之间，波向右平移，所以两点的振动方向相同，都向上振动，故C错误； D、EF两点是波峰与波谷相遇的位置，是振动减弱点，振幅为两者振幅之差，若两振源振幅相同，则这两点的振幅为零，则位移始终为零，故D正确。 故选D。 2、 多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分） 8．B超是以灰阶即亮度（brightness）模式形式来诊断疾病的，称“二维显示”，因亮度第一个英文字母是B，故称B超，又称二维超声或灰阶超声。B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号由计算机处理，从而形成B超图像。如图所示为探头沿x轴正方向在血管内发送的简谐超声波图像，t=0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为。下列说法正确的是（　　） A．该超声波的波长为 B．该超声波在血管中的传播速度为800m/s C．该超声波遇到尺寸约为1cm的人体组织时会发生明显衍射 D．质点M振动的方程为 【答案】BD 【详解】A．由图像可知，该超声波的波长为 故A错误； B．该超声波在血管中的传播速度为 故B正确； C．由于 当缝、孔或障碍物的尺寸与波长相比相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显衍射，则该超声波遇到人体组织时不会发生明显衍射，故C错误； D．质点振动的方程为 故D正确。 故选BD。 9．一列波长为10m的简谐横波沿x轴传播，时刻波形如图1所示。经0.4s后，质点M振动至波峰位置，质点N的振动图像如图2所示，则（　　） A．该简谐波沿x轴负方向传播 B．该简谐波沿x轴正方向传播 C．该简谐波的周期可能为0.24s D．该简谐波的波速可能为 【答案】AC 【详解】AB．图2可知0时刻N质点向下振动，结合图1同侧法可知该简谐波沿x轴负方向传播，故A正确，B错误； C．依题，0时刻开始M点向下振动，根据振动规律可知，经过质点M到达波谷，再过到达波峰，考虑周期性可得 得周期可能值 当n=1时，T=0.24s,故C正确； D．根据 当，n为分数，不满足条件，故D错误。 故选 AC。 10．在均匀介质中建立图甲所示三维直角坐标系，xOy平面水平。在x轴上的两个波源、的坐标分别为，振幅分别为和。当时两波源同时垂直水平面开始同频振动，原点O的振动图像如图乙所示，y轴上P点的坐标为，则（  ） A．两列波的起振方向相反 B．振幅 C．两列波的波速均为8m/s D．两列波在P处叠加后，质点P是干涉加强点 【答案】ACD 【详解】AB．由乙图知，时波源产生的波传到O点，振幅 时波源产生的波传到O点，且此时波源产生的波在点刚好振动一个周期，此时向轴正方形振动，但两列波叠加后，点向下振动，且振幅为10cm，可知两列波的起振方向相反，且满足 解得 故A正确，B错误； C．由乙图知，波源产生的波周期为 则 波长 波速 波源产生的波周期为 则 波长 波速 故C正确； D．P到波源距离 P到波源距离 又两列波的起振方向相反，所以两列波在P处叠加后，质点P是干涉加强点，故D正确。 故选ACD。 3、 非选择题（本题共5小题，共54分。请按题目要求作答） 11．（6分）如图所示，某同学使用发波水槽观察到一列水波通过障碍物上的狭缝后在水面继续传播。 （1）图中可观察到波的 A．干涉　　B．衍射　　C．折射　　D．反射 （2）水面各点的振动均为 A．自由振动，频率由水体自身性质决定　　B．自由振动，频率由驱动力决定 C．受迫振动，频率由水体自身性质决定　　D．受迫振动，频率由驱动力决定 （3）若使波源保持振动情况不变并同时向狭缝靠近，相比于波源静止，狭缝右侧水波的 增大（选填“频率”、“波长”“波速”）。 【答案】 B D 频率 【详解】（1）[1]图中可观察到水波通过障碍物上的狭缝后在水面继续传播，是波的衍射。 故选B。 （2）[2]水面各点的振动均为受迫振动，频率由驱动力决定，与水体自身性质无关。 故选D。 （3）[3]若使波源保持振动情况不变并同时向狭缝靠近，根据多普勒效应可知，相比于波源静止，狭缝右侧水波的频率变大，波速不变，由公式可知，波长减小。 12．（8分）当声源与观察者相对运动时，观测到的声音频率会发生变化，可以用此现象的原理测量运动员移动速度的大小。某同学查阅资料得知声源发出的声音频率是不变的，而观察者接收的频率由下述公式决定，其中v是声速，是观察者的速度，是声源的速度，以上速度均是沿声源与观察者连线方向的速度大小。是声源发出声音的频率，f是观察者接收到的频率。当两者靠近时，观察者接收的频率变高，反之变低。该同学为进一步研究此规律，设计了如下实验：下图中的扬声器可以发出特定频率的声音，滑片可在气垫导轨上做匀速直线运动。在滑片上固定一部智能手机，手机中的声学传感器可以记录手机接收到的声音频率随时间变化的情况。 （1）图甲是实验过程中手机接收到的频率信息，其中手机在①段处于静止状态，在②段 ，在③段 （分别填“向左运动”“向右运动”或“静止”）； （2）手机静止一段时间后以的速度运动，由图乙信息可得声速为 ； （3）在跳台滑雪、速降雪车等项目中，固定在地面的发声器（同时也是接收器）若对着运动员发射频率为33kHz的超声波，声波遇到运动员后会立即反射，反射波的频率等于运动员接收的频率，发声器最终接收的频率是27.5kHz。已知声速是330m/s，测得运动员的速度大小是 m/s。 【答案】 向左运动 向右运动 318.6 30 【详解】（1）[1]由题意可知，当两者靠近时，观察者接收的频率变高，反之变低，根据题图甲可知②阶段，其频率变高，即手机在接近声源即②阶段在向左运动。 [2]由题图甲可知，在③阶段，接收到的频率变低，即在远离声源，也就是在向右运动。 （2）[3]由题图乙可知，声源的频率约为3000Hz，通过分析可知，手机在远离声源，且手机接收到的频率约为2995Hz，其中声源的速度为零。根据公式有 带入数据解得 （3）[4]由题可知，以发声器作为观测者，其接收到的频率变小了，即两者在远离声源。由于反射波的频率等于运动员接收的频率，且发声器接收的信号为反射信号，故从发声器发出信号到接收到信号的过程，可等效成发声器发出信号后，以和运动员大小相同、方向相反的速度运动。即两者的速度大小关系为 故根据公式 解得 13．（10分）某超声波在玻璃中的波速为5000m/s，波长为，该超声波在空气中的波速为340m/s，求： (1)该超声波在空气中的波长； (2)如图为某时刻该超声波在玻璃中的部分波形图，已知该超声波沿x轴正方向传播，请用虚线画出从此时刻起经过周期后的波形图（图中坐标范围内）。 【答案】(1) (2)见解析 【详解】（1）由题可知，该波的频率 在不同的介质中，波的频率不变，故该波在空气中的波长 （2）该波应在原波形的基础上相右移动的距离 即将原波形图向右平移即可，大致如下图所示 14．（14分）如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，振幅为2cm，周期为。已知在时刻沿波传播方向上相距40cm的两质点a、b的位移都是1cm，但运动方向相反，质点a沿y轴负方向运动，质点b沿y轴正方向运动。 (1)求该简谐波的波长； (2)若两质点a、b平衡位置间的距离满足，则从时刻开始计时，经多长时间质点b的速度第一次达到最大？ 【答案】(1)（为自然数） (2) 【详解】（1）在时刻，由知，当时，有 其中为自然数且，得 （为自然数） （2）由题意知，两质点平衡位置间的距离满足，即 故 可作出时刻的波的图像如图所示，由图可知 平衡位置在点左侧距点的质点（该点正处于平衡位置）速度最大，利用平移法可知，经过 点速度第一次达到最大。 15．（16分）两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x=-0.2m和x=1.2m处，两列波的波速均为0.4m/s，波源的振幅均为时刻两列波的图像如图所示，此刻平衡位置在x=0.2m和x=0.8m的P、Q两质点刚开始振动。 （1）写出x=-0.2m处波源的振动方程； （2）x轴上PQ间振动加强点的横坐标； （3）求0~2.0s内质点M运动的路程s。 【答案】（1）；（2）0.5m、0.7m、0.3 m；（3）40cm 【详解】（1）由波形图可得 λ=0.4m 周期 角速度 x=-0.2m处波源的振动方程 y=Asin（ωt+π） 解得 y=4sin（2πt+π）cm （2）设某振动加强点到波源1的距离为x+0.2，则到波源2的距离为1.2-x，加强点到两波源的路程差 △x=nλ=x+0.2-（1.2-x） 当n=0，1，-1时，振动加强点的坐标分别为0.5m、0.7m、0.3 m （3）两列波传播到M点的时间 其中 x=0.3m 质点M为振动加强点，0~2.0s内，M振动的时间 0~2.0s内，M运动的路程 s=5×2A 解得 s=40cm 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C点是B、D连线的中点，P点是B、C连线的中点。下列说法正确的是（　　） A．A、B两点的振动减弱 B．C点的振幅为0，但是它是振动加强点 C．时刻P、C两点振动方向相反 D．若两振源振幅相同，则 E、F两点的位移始终为零 2、 多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分） 8．B超是以灰阶即亮度（brightness）模式形式来诊断疾病的，称“二维显示”，因亮度第一个英文字母是B，故称B超，又称二维超声或灰阶超声。B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号由计算机处理，从而形成B超图像。如图所示为探头沿x轴正方向在血管内发送的简谐超声波图像，t=0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为。下列说法正确的是（　　） A．该超声波的波长为 B．该超声波在血管中的传播速度为800m/s C．该超声波遇到尺寸约为1cm的人体组织时会发生明显衍射 D．质点M振动的方程为 9．一列波长为10m的简谐横波沿x轴传播，时刻波形如图1所示。经0.4s后，质点M振动至波峰位置，质点N的振动图像如图2所示，则（　　） A．该简谐波沿x轴负方向传播 B．该简谐波沿x轴正方向传播 C．该简谐波的周期可能为0.24s D．该简谐波的波速可能为 10．在均匀介质中建立图甲所示三维直角坐标系，xOy平面水平。在x轴上的两个波源、的坐标分别为，振幅分别为和。当时两波源同时垂直水平面开始同频振动，原点O的振动图像如图乙所示，y轴上P点的坐标为，则（  ） A．两列波的起振方向相反 B．振幅 C．两列波的波速均为8m/s D．两列波在P处叠加后，质点P是干涉加强点 3、 非选择题（本题共5小题，共54分。请按题目要求作答） 11．（6分）如图所示，某同学使用发波水槽观察到一列水波通过障碍物上的狭缝后在水面继续传播。 （1）图中可观察到波的 A．干涉　　B．衍射　　C．折射　　D．反射 （2）水面各点的振动均为 A．自由振动，频率由水体自身性质决定　　B．自由振动，频率由驱动力决定 C．受迫振动，频率由水体自身性质决定　　D．受迫振动，频率由驱动力决定 （3）若使波源保持振动情况不变并同时向狭缝靠近，相比于波源静止，狭缝右侧水波的 增大（选填“频率”、“波长”“波速”）。 12．（8分）当声源与观察者相对运动时，观测到的声音频率会发生变化，可以用此现象的原理测量运动员移动速度的大小。某同学查阅资料得知声源发出的声音频率是不变的，而观察者接收的频率由下述公式决定，其中v是声速，是观察者的速度，是声源的速度，以上速度均是沿声源与观察者连线方向的速度大小。是声源发出声音的频率，f是观察者接收到的频率。当两者靠近时，观察者接收的频率变高，反之变低。该同学为进一步研究此规律，设计了如下实验：下图中的扬声器可以发出特定频率的声音，滑片可在气垫导轨上做匀速直线运动。在滑片上固定一部智能手机，手机中的声学传感器可以记录手机接收到的声音频率随时间变化的情况。 （1）图甲是实验过程中手机接收到的频率信息，其中手机在①段处于静止状态，在②段 ，在③段 （分别填“向左运动”“向右运动”或“静止”）； （2）手机静止一段时间后以的速度运动，由图乙信息可得声速为 ； （3）在跳台滑雪、速降雪车等项目中，固定在地面的发声器（同时也是接收器）若对着运动员发射频率为33kHz的超声波，声波遇到运动员后会立即反射，反射波的频率等于运动员接收的频率，发声器最终接收的频率是27.5kHz。已知声速是330m/s，测得运动员的速度大小是 m/s。 13．（10分）某超声波在玻璃中的波速为5000m/s，波长为，该超声波在空气中的波速为340m/s，求： (1)该超声波在空气中的波长； (2)如图为某时刻该超声波在玻璃中的部分波形图，已知该超声波沿x轴正方向传播，请用虚线画出从此时刻起经过周期后的波形图（图中坐标范围内）。 14．（14分）如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，振幅为2cm，周期为。已知在时刻沿波传播方向上相距40cm的两质点a、b的位移都是1cm，但运动方向相反，质点a沿y轴负方向运动，质点b沿y轴正方向运动。 (1)求该简谐波的波长； (2)若两质点a、b平衡位置间的距离满足，则从时刻开始计时，经多长时间质点b的速度第一次达到最大？ 15．（16分）两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x=-0.2m和x=1.2m处，两列波的波速均为0.4m/s，波源的振幅均为时刻两列波的图像如图所示，此刻平衡位置在x=0.2m和x=0.8m的P、Q两质点刚开始振动。 （1）写出x=-0.2m处波源的振动方程； （2）x轴上PQ间振动加强点的横坐标； （3）求0~2.0s内质点M运动的路程s。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$