第3章 机械波 单元测验-【帮课堂】2024-2025学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第一册）

第三章 机械波 单元测验 （考试时间：60分钟，分值：100分） 一、选择题（本题共12小题，每小题3分，共36分） 1． 下列关于机械波的说法正确的是（　　） A．只要有质点的振动就一定能产生机械波 B．纵波有波峰和波谷，横波有疏部和密部 C．波不仅可以传递信息和能量，质点还可以随波迁移 D．机械波的传播必须依赖介质 2．人类生活的陆地被海洋紧密环绕着，美丽而神秘的大海中生活着许多海洋动物，部分海洋生物有着独特的交流方式，如海豚采用发射频率高达150000Hz的超声波和同类进行交流、探路和躲避天敌。已知超声波在海水中的传播速度约为1500m/s，下列说法正确的是（　　） A．超声波从海水传播到空气中时，频率增大 B．在同一介质中，超声波的传播速度比次声波快 C．海豚用超声波探路是利用了波的干涉原理 D．超声波在海水中的波长约为0.01m 3．火车上有一个声源发出频率一定的音乐。当火车静止，火车外的观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调。以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来降低的是（　　） A．观察者静止，火车向他驶来 B．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动 C．观察者乘汽车与火车以相同速度运动 D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动 4．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．振针向右移动 B．振针向左移动 C．在A处的观察者，接收到的水波频率等于振针的振动频率 D．在A处的观察者，接收到的水波频率比振针的振动频率大 5．一列简谐波某时刻的波形图如图所示，此时刻质点P的速度方向沿y轴负方向．则（ ） A．当质点P位于最低点时，质点b一定到达平衡位置 B．这列波沿x轴正方向传播 C．当质点P位于最低点时，质点b一定到达x轴下方 D．当质点P位于最低点时，质点a一定到达平衡位置 6． 如图所示是两个完全相同的波源在介质中叠加而成的干涉的示意图，实线表示波峰，虚线表示波谷，则下列说法正确的是（ ） A．A点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动减弱 B．B点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强 C．C点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动仍加强 D．D点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强 7．如图所示是主动降噪耳机的工作原理图。在耳机内设有麦克风，用来收集环境中的噪声信号，在此基础上，耳机的处理器产生与环境噪声相位相反的反噪声波来抵消噪声。下列说法正确的是（　　） A．主动降噪利用了声波的衍射 B．反噪声波频率和噪声波频率可以不同 C．理想情况下，反噪声波和噪声波振幅相同 D．主动降噪耳机可以使进入耳膜的声波频率变小 8．周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播，该波在某时刻的图像如图所示，此时质点P沿y轴负方向运动，则该波（　　） A．波长为40m B．频率为0.5Hz C．沿x轴负方向传播，波速v=10m/s D．沿x轴正方向传播，波速v=20m/s 9．取向上为质点振动的正方向，得到如图所示的两个图像，则图像上A、B两点的运动方向是（　　） ①A点向下  ②A点向上   ③B点向下  ④B点向上 A．①③ B．②③ C．①④ D．②④ 10．如图所示，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=-1.0m和x=5.0m处，两列波的速率均为v=2m/s，两波源的振幅均为A=2cm。图示为t=0时刻两列波的图像（传播方向如图所示），此刻平衡位置处于x=1.0m和x=3.0m的M、N两质点刚开始振动。质点P、Q的平衡位置分别处于x=2.0m和x=2.5m处，关于各质点运动情况判断正确的是（　　） A．质点Q的起振方向沿y轴负方向 B．t=1.25s时刻，质点M的位移为-4cm C．两列波能发生干涉，发生干涉后质点P处为振动减弱点 D．两列波能发生干涉，发生干涉后质点Q处为振动减弱点 二、填空题（本题共4小题，每空2分，共14分） 11．一列横波在某一时刻的波形图如图所示，处的P质点此时运动方向沿y轴的负方向，此后经过0.2s第一次到达波峰，由此判断波沿x轴 方向传播，波速大小为 m/s。 12．图a为利用发波水槽得到的水面波形图，这是波特有的现象：用实线表示波峰，虚线表示波谷，波的图样如图b所示，C点为AB连线的中点。则图示时刻C点的振动方向 。（选填“向上”或“向下”） 13．甲、乙两列机械波在同种介质中相向而行，甲波波源位于x=0处，乙波波源位于x=11m处，在t=0时刻所形成的波形与位置如图所示， 已知v乙=0.2m/s,甲、乙两列机械波相遇 （选填“能”或“不能”）形成稳定的干涉图样，甲的第1个波谷经过 秒会与乙的第1个波峰第一次相遇？ 14．如图所示，一列简谐横波向左传播，振幅为A，周期为T，某时刻介质中质点a的位移为，从该时刻起，质点a第一次回到平衡位置走过的路程为 A，经历的时间为 T。 三、计算题（本题共3小题， 12分+12分+12分，共36分） 15．如图所示，图中实线和虚线分别是x轴上沿x轴正方向传播的一列简谐横波在t=0和t=0.03s时刻的波形图，求： (1)该波的波长和振幅分别是多少？ (2)该波的波速是多少？ (3)该波的周期是多少？ 16．资料记载，海啸波是重力长波，波长可达100公里以上：它的传播速度等于重力加速度g与海水深度乘积的平方根，使得在开阔的深海区低于几米的一次单个波浪，到达浅海区波长减小，振幅增大。掀起10~40米高的拍岸巨浪，当波谷到达海岸时，水位下落，暴露出浅滩海底；几分钟后波峰到来，一退一进，造成毁灭性的破坏。 (1)在深海区有一海啸波（忽略海水深度变化引起的波形变化）如图甲，实线是某时刻的波形图，虚线是后首次出现的波形图。已知波沿x轴正方向传播。波源到浅海区的水平距离万公里，求海啸波到达浅海区的时间。 (2)在浅海区有一海啸波（忽略海水深度变化引起的波形变化）如图乙，海啸波从浅海区到海岸的水平距离为10公里，写出该海啸波波源的振动方程和波谷最先到达海岸的时间。 17．一简谐横波在某时刻（t=0）的波形图如图中的实线所示，图中的虚线是t=0.2s时刻该波的波形，P是平衡位置在x=3m处的质点。 (1)求该波在0~0.2s内传播的距离； (2)若该波的波速大小v=35m/s，请分析判断此波的传播方向，并求出质点P在内通过的路程。 四、情景综合题（本题共5小题，共20分） 浮标 足够大的平静湖面上，有一个浮标做周期性上下振动，形成水波。观察波形，发现相邻两个波峰之间距离为4m，在传播方向上某质点从最大位移处回到平衡位置的最短时间为1.0s。 18．这列波的波速为（    ） A．0.4m/s B．1m/s C．2.5m/s D．4m/s 19．在湖面上放置两块挡板，当中留一宽度为2m的窄缝，经过挡板后的水波图样可能是下图中的（    ） A． B． C． D． 20．截取这列波的部分，以质点的平衡位置为x轴，以质点离开平衡位置的位移为y轴建立坐标，时刻的波形如图所示。 （1）时刻P点正向y轴正方向振动，则波的传播方向是 。 （2）当时P点振动方向和位移分别为（ ） A．沿y轴正方向，cm     B．沿y轴正方向，0 C．沿y轴负方向，cm     D．沿y轴负方向，0 21．如右图是浮标在水面做阻尼振动的部分位移-时间图像，则浮标在1、2时刻，相同的物理量是（    ） A．机械能 B．路程 C．动量 D．重力势能 22．将浮标振动的频率记为，若有一艘船正在湖面上向浮标航行。 （1）浮标产生的水波频率记为，则（ ） A．     B．     C． （2）船上的人观察到的水波频率为，则（ ） A．     B．     C． / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 机械波 单元测验 （考试时间：60分钟，分值：100分） 一、选择题（本题共12小题，每小题3分，共36分） 1． 下列关于机械波的说法正确的是（　　） A．只要有质点的振动就一定能产生机械波 B．纵波有波峰和波谷，横波有疏部和密部 C．波不仅可以传递信息和能量，质点还可以随波迁移 D．机械波的传播必须依赖介质 【答案】 D 【详解】A．有振源和介质才能形成机械波，故A错误； B．纵波有疏部和密部，横波有波峰和波谷，故B错误； C．波可以传递信息和能量，但质点不能随波迁移，故C错误； D．机械波的传播必须依赖介质，故D正确。 2．人类生活的陆地被海洋紧密环绕着，美丽而神秘的大海中生活着许多海洋动物，部分海洋生物有着独特的交流方式，如海豚采用发射频率高达150000Hz的超声波和同类进行交流、探路和躲避天敌。已知超声波在海水中的传播速度约为1500m/s，下列说法正确的是（　　） A．超声波从海水传播到空气中时，频率增大 B．在同一介质中，超声波的传播速度比次声波快 C．海豚用超声波探路是利用了波的干涉原理 D．超声波在海水中的波长约为0.01m 【答案】D 【详解】A．超声波从海水传播到空气中时，频率不变，故A错误； B．在同一介质中，超声波的传播速度与次声波的相同，故B错误； C．海豚用超声波探路是利用了波的反射原理，故C错误； D．超声波在海水中的波长约为 故D正确。 3．火车上有一个声源发出频率一定的音乐。当火车静止，火车外的观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调。以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来降低的是（　　） A．观察者静止，火车向他驶来 B．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动 C．观察者乘汽车与火车以相同速度运动 D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动 【答案】D 【详解】根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距离变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高；当波源和观察者间距离变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低。观察者听到这个音乐的音调比原来降低，即接收到的声波频率降低，说明观察者和火车之间的距离在变大，故选D。 4．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．振针向右移动 B．振针向左移动 C．在A处的观察者，接收到的水波频率等于振针的振动频率 D．在A处的观察者，接收到的水波频率比振针的振动频率大 【答案】A 【详解】AB．由图可知振针（波源）前进方向上的水波变得密集，在其反方向的水波变得稀疏，因此振针向右移动，故A正确，B错误； CD．由于波源远离观察者，观察者接收到的水波频率比振针的振动频率小，故CD错误。 故选A。 5．一列简谐波某时刻的波形图如图所示，此时刻质点P的速度方向沿y轴负方向．则（ ） A．当质点P位于最低点时，质点b一定到达平衡位置 B．这列波沿x轴正方向传播 C．当质点P位于最低点时，质点b一定到达x轴下方 D．当质点P位于最低点时，质点a一定到达平衡位置 【答案】C 【解析】同侧法判断此刻P向下，b也向下，且速度相等。但P速度逐渐减小，而b速度逐渐增大，位移相同，所以P到达最低点所需时间大于b到达平衡位置所需时间，A错误。 质点P沿y轴负方向振动，同侧法判定该波是沿x轴负方向传播的，B错误； 由上述分析， P到最低点时，质点b已过平衡位置且继续沿y轴负方向运动，C正确； 因为a和P都在远离平衡点方向运动，由于对称性，P到达最低点时，a点在最高点，D错误。 6． 如图所示是两个完全相同的波源在介质中叠加而成的干涉的示意图，实线表示波峰，虚线表示波谷，则下列说法正确的是（ ） A．A点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动减弱 B．B点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强 C．C点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动仍加强 D．D点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强 【答案】C 【解析】振动加强和减弱不随时间而变化。A点为波峰+波峰，振动加强点，A错误； B，D为波峰+波谷，为振动减弱点，始终减弱，BD错误； C为振动加强点连线上一点，也是振动加强点，C正确。 7．如图所示是主动降噪耳机的工作原理图。在耳机内设有麦克风，用来收集环境中的噪声信号，在此基础上，耳机的处理器产生与环境噪声相位相反的反噪声波来抵消噪声。下列说法正确的是（　　） A．主动降噪利用了声波的衍射 B．反噪声波频率和噪声波频率可以不同 C．理想情况下，反噪声波和噪声波振幅相同 D．主动降噪耳机可以使进入耳膜的声波频率变小 【答案】C 【解析】ABC．主动降噪利用了声波的干涉原理，所以反噪声波频率和噪声波频率应相同，理想情况下，反噪声波和噪声波振幅相同，故AB错误，C正确； D．声波进入主动降噪耳机后频率不变，故D错误。故选C。 8．周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播，该波在某时刻的图像如图所示，此时质点P沿y轴负方向运动，则该波（　　） A．波长为40m B．频率为0.5Hz C．沿x轴负方向传播，波速v=10m/s D．沿x轴正方向传播，波速v=20m/s 【答案】B 【详解】A．根据波的图像可知 λ=20m 故A错误； B．根据题意可知 T=2.0s 则频率 故B正确； CD．已知质点P沿y轴负方向运动，根据同侧法可知，波沿x轴正方向传播，波速 故CD错误。 9．取向上为质点振动的正方向，得到如图所示的两个图像，则图像上A、B两点的运动方向是（　　） ①A点向下  ②A点向上   ③B点向下  ④B点向上 A．①③ B．②③ C．①④ D．②④ 【答案】A 【详解】图甲表示的是波的图像，由于波沿x轴负方向传播，根据 可知，题图甲中质点A的振动方向向下，①正确，②错误；图乙表示的是振动图像，在题图乙中B点所对应的时刻质点正向下运动（因为下一时刻位移为负值），③正确，④错误。故选A。 10．如图所示，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=-1.0m和x=5.0m处，两列波的速率均为v=2m/s，两波源的振幅均为A=2cm。图示为t=0时刻两列波的图像（传播方向如图所示），此刻平衡位置处于x=1.0m和x=3.0m的M、N两质点刚开始振动。质点P、Q的平衡位置分别处于x=2.0m和x=2.5m处，关于各质点运动情况判断正确的是（　　） A．质点Q的起振方向沿y轴负方向 B．t=1.25s时刻，质点M的位移为-4cm C．两列波能发生干涉，发生干涉后质点P处为振动减弱点 D．两列波能发生干涉，发生干涉后质点Q处为振动减弱点 【答案】C 【详解】A．M、N刚开始振动，由同侧法可知，质点M向下振动，质点N向上振动，即两列波的起振方向相反，由于两列波的传播速度相等，Q距N近，故质点N的振动形式先传播到质点Q，故质点Q的起振方向与质点N的起振方向相同，起振时沿y轴正方向，故A错误； B．由图可知，波长为2m，质点M的平衡位置距两波源的距离差值为2m，等于一个波长，因两列波的起振方向相反，故质点M处为振动减弱点，两列波的振幅相同，故1s后，质点M的位移始终为零，B错误； CD．质点P的平衡位置距两波源的距离差值为零，质点P为振动减弱点，质点Q的平衡位置距两波源的距离差值为1m，等于半个波长，所以Q为振动加强点，故C正确，D错误。 故选C。 二、填空题（本题共4小题，每空2分，共14分） 11．一列横波在某一时刻的波形图如图所示，处的P质点此时运动方向沿y轴的负方向，此后经过0.2s第一次到达波峰，由此判断波沿x轴 方向传播，波速大小为 m/s。 【答案】 负 3.5 【详解】[1]由题意知，P质点此时运动方向沿y轴的负方向，由上下坡法可得，波沿x轴负方向传播； [2]因为经过0.2s，P质点第一次到达波峰，即右侧x=1.0m处的波峰经过0.2s传播到x=0.3m处， 所以可得波速为 12．图a为利用发波水槽得到的水面波形图，这是波特有的现象：用实线表示波峰，虚线表示波谷，波的图样如图b所示，C点为AB连线的中点。则图示时刻C点的振动方向 。（选填“向上”或“向下”） 【答案】向下 【详解】当相位和频率完全相同的两列波相遇时，波程差为波长的整数倍时振动加强，波程差为半个波长的奇数倍时振动减弱，使有的地方振动加强有的地方振动减弱，且加强和减弱的区域交替出现，是波发生了干涉现象。根据题意可知，B点处于波谷，A点处于波峰，波由B向A传播，此时C处于平衡位置，根据同侧法知C点的振动方向向下。 13．甲、乙两列机械波在同种介质中相向而行，甲波波源位于x=0处，乙波波源位于x=11m处，在t=0时刻所形成的波形与位置如图所示， 已知v乙=0.2m/s,甲、乙两列机械波相遇 （选填“能”或“不能”）形成稳定的干涉图样，甲的第1个波谷经过 秒会与乙的第1个波峰第一次相遇？ 【答案】 能； 27.5 【详解】[1]两列机械波在同种介质中波速相同，由图像可知二者波长相等，由 可知频率相等，相位差恒定，所以是相干波，相遇后能形成稳定的干涉图样。 [2]设甲的第1个波谷与乙的第1个波峰第一次相遇的时间为t，则有 解得 14．如图所示，一列简谐横波向左传播，振幅为A，周期为T，某时刻介质中质点a的位移为，从该时刻起，质点a第一次回到平衡位置走过的路程为 A，经历的时间为 T。 【答案】 【详解】[1]根据波的传播方向可知，该时刻质点a的速度方向向上，第一次回到平衡位置走过的路程为 [2]经历的时间为 三、计算题（本题共3小题， 12分+12分+12分，共36分） 15．如图所示，图中实线和虚线分别是x轴上沿x轴正方向传播的一列简谐横波在t=0和t=0.03s时刻的波形图，求： (1)该波的波长和振幅分别是多少？ (2)该波的波速是多少？ (3)该波的周期是多少？ 【答案】(1)1.2m；5cm (2)（n=0，1，2…） (3)（s）（n=0，1，2…） 【详解】（1）由图可知振幅为5cm，波长为1.2m （2）t=0到t=0.03s时刻，波向右传播的距离为 （n=0，1，2…） 波速为 （n=0，1，2…） （3）根据波速与周期的关系有 （s）（n=0，1，2…） 16．资料记载，海啸波是重力长波，波长可达100公里以上：它的传播速度等于重力加速度g与海水深度乘积的平方根，使得在开阔的深海区低于几米的一次单个波浪，到达浅海区波长减小，振幅增大。掀起10~40米高的拍岸巨浪，当波谷到达海岸时，水位下落，暴露出浅滩海底；几分钟后波峰到来，一退一进，造成毁灭性的破坏。 (1)在深海区有一海啸波（忽略海水深度变化引起的波形变化）如图甲，实线是某时刻的波形图，虚线是后首次出现的波形图。已知波沿x轴正方向传播。波源到浅海区的水平距离万公里，求海啸波到达浅海区的时间。 (2)在浅海区有一海啸波（忽略海水深度变化引起的波形变化）如图乙，海啸波从浅海区到海岸的水平距离为10公里，写出该海啸波波源的振动方程和波谷最先到达海岸的时间。 【答案】(1) (2)， 【详解】（1）由图甲可得，海啸波波长，又有经过t = 900s，虚线所示波形图首次出现， 根据波向右传播可得 故波速 那么海啸波到浅海区的时间 （2）由图乙可得：波的振幅A = 20 m，波长， 由（1）可得波的周期 则 该海啸波的表达式为 海啸波在浅海区的传播速度 故波谷最先到达海岸的时间 17．一简谐横波在某时刻（t=0）的波形图如图中的实线所示，图中的虚线是t=0.2s时刻该波的波形，P是平衡位置在x=3m处的质点。 (1)求该波在0~0.2s内传播的距离； (2)若该波的波速大小v=35m/s，请分析判断此波的传播方向，并求出质点P在内通过的路程。 【答案】(1)若该波沿x轴正方向传播，；若该波沿x轴负方向传播， (2)x轴负方向；14cm 【详解】（1）由题图可知，该波的波长 若该波沿x轴正方向传播，则该波在时间内传播的最小距离 由周期性可知，该波在0～0.2s内传播的距离 若该波沿x轴负方向传播，则该波在时间内传播的最小距离 由周期性可知，该波在0～0.2s内传播的距离 （2）若波速大小v=35m/s，则该波的周期 因为 所以波沿x轴负方向传播。 在t=0时刻，质点P处于平衡位置并沿y轴正方向运动，则在t=0.2s时刻，质点P到达负方向的最大位移处，在0～0.2s内，质点P通过的路程 四、情景综合题（本题共5小题，共20分） 浮标 足够大的平静湖面上，有一个浮标做周期性上下振动，形成水波。观察波形，发现相邻两个波峰之间距离为4m，在传播方向上某质点从最大位移处回到平衡位置的最短时间为1.0s。 18．这列波的波速为（    ） A．0.4m/s B．1m/s C．2.5m/s D．4m/s 19．在湖面上放置两块挡板，当中留一宽度为2m的窄缝，经过挡板后的水波图样可能是下图中的（    ） A． B． C． D． 20．截取这列波的部分，以质点的平衡位置为x轴，以质点离开平衡位置的位移为y轴建立坐标，时刻的波形如图所示。 （1）时刻P点正向y轴正方向振动，则波的传播方向是 。 （2）当时P点振动方向和位移分别为（ ） A．沿y轴正方向，cm     B．沿y轴正方向，0 C．沿y轴负方向，cm     D．沿y轴负方向，0 21．如右图是浮标在水面做阻尼振动的部分位移-时间图像，则浮标在1、2时刻，相同的物理量是（    ） A．机械能 B．路程 C．动量 D．重力势能 22．将浮标振动的频率记为，若有一艘船正在湖面上向浮标航行。 （1）浮标产生的水波频率记为，则（ ） A．     B．     C． （2）船上的人观察到的水波频率为，则（ ） A．     B．     C． 【答案】18．B 19．C 20．向x轴负方向 D 21．D 22．B C 【解析】18．相邻两个波峰之间距离为4m，即波长为4m，某质点从最大位移处回到平衡位置的最短时间为1.0s，即 波速 故选B。 19．波长大于窄缝间距，发生明显衍射，图像为C图。故选C。 20．[1]时刻P点正向y轴正方向振动，根据平移法可知，波的传播方向是向x轴负方向。 [2]振动方程为 ， 其中振幅为8cm，将（0，4）代入得 当时，得 因为波的传播方向是向x轴负方向，时刻P点正向y轴正方向振动，因为 所以此时正沿y轴负方向运动。故选D。 21．浮标在水面做阻尼振动，所以机械能减小，由于速度方向不同，则动量不同，路程不同。 因为在同一高度，所以重力势能相同。故选D。 22．[1]浮标产生的水波频率与船无关，故 故选B。 [2] 船正在湖面上向浮标航行，两者靠近，根据多普勒效应可知，船上的人观察到的水波频率 故选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$