第三章 机械波-【突破课堂】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册同步单元达标检测卷（教科版）

( 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 封 线 内 不 要 答 题 ) ( 姓名 班级 考号 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 封 线 内 不 要 答 题 ) 第三章　机械波 注意事项 1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。 2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。 一、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.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生物,部分海洋生物有着独特的交流方式,如海豚通过发射频率高达150 000 Hz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1 500 m/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0.01 m 2.下列关于机械波的说法正确的是 (　　) A.波源的频率发生变化时会产生多普勒效应 B.当观察者靠近波源运动时,观察者观测到的波源的频率变大 C.在两个完全相同发声器的连线上行走,听到忽大忽小的声音的现象是多普勒效应 D.两列波相遇时,振幅小的一列波将减弱,振幅大的一列波将加强 3.在t=0时刻,一波源从坐标原点沿y轴正方向开始振动,振动周期为0.2 s,在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波。在t=0.3 s时,该波的波形图是 (　　) A　　　　　　B C　　　　　　D 4.水面上有两个频率、振幅、振动方向均相同的波源S1、S2,先后开始振动形成两列水波在空间叠加。S1先振动,形成的水波如图所示,a、b、c、d、e是S1、S2连线上的点,e点是S1S2的中点,a、c、e此时均处在波峰处,b点和d点分别是ac和ce的中点。当S2振动一段时间后,观察到e处水面始终平静。已知两振源的频率为f,波速为v,下列说法中正确的是 (　　) A.c点是振动加强点,b点是振动减弱点 B.振动加强区的质点一直处于最大位移处 C.d点到两振源之间的距离差为 D.d点到两振源之间的距离差为 5.在t=0时坐标原点处的质点O从平衡位置开始向上振动,带动x轴上的质点振动,形成简谐横波。波沿x轴正方向传播,t=0.5 s时,x轴上的0~4 m之间第一次出现如图所示的波形,此时质点P、Q到平衡位置的距离相等,则下列说法中正确的是 (　　) A.波的传播速度为8 m/s B.t=0.5 s时,质点P沿y轴负方向运动 C.t=0.5 s时,质点P和Q的加速度相同 D.t=0.75 s时,质点P和Q的速度大小相等 6.如图所示,S是波源,其振动频率为50 Hz,所产生的横波向右传播,波速是80 m/s,P、Q是传播方向上的两个质点,已知SP=8.4 m,SQ=10.8 m。当S通过平衡位置向上运动时,以下说法正确的是 (　　) A.P在波谷,Q在波峰　　　　　　B.P在波峰,Q在波谷 C.P、Q都在波谷　　　　　　D.P、Q都在平衡位置 7.一根长20 m的软绳拉直后放置在光滑水平地板上,以绳中点为坐标原点,以绳上各质点的平衡位置为x轴建立图示坐标系。两人在绳端P、Q沿y轴方向不断有节奏地抖动,形成两列振幅分别为10 cm、20 cm的相向传播的机械波。已知P的波速为2 m/s,t=0时刻的波形如图所示。下列判断正确的是 (　　) A.两波源的起振方向相反,Q的传播速度小于2 m/s B.t=4.5 s时,坐标原点处质点位移为30 cm C.两列波的频率均为2 Hz,叠加区域有稳定干涉图样 D.两列波在t=3.5 s时第一次相遇,相遇处质点位移为10 cm 二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有错选的得0分) 8.一列简谐横波在t=0.6 s时的波形如图甲所示,此时P、Q两质点的位移相等,波上x=15 m处的质点A的振动图像如图乙所示,则以下说法正确的是 (　　) 　　　 A.这列波沿x轴正方向传播 B.这列波的波速为0.06 m/s C.从t=0.6 s时刻开始,质点P比质点Q早回到平衡位置 D.若该波在传播过程中遇到一个尺寸为15 m的障碍物,则这列波不能发生明显衍射现象 9.如图所示,实线是一列简谐波在某一时刻的波形图,经0.5 s后,其波形如图中虚线所示,设该波的周期T大于0.5 s。以下说法正确的是 (　　) A.波的周期可能是 s B.波的周期可能是4 s C.如果波是沿x轴正方向传播的,波速是0.72 m/s D.如果波是沿x轴负方向传播的,波速是0.12 m/s 10.如图甲所示,在同一介质中,频率相同的波源S1与S2在t=0时刻同时起振,波源S1的振动图像如图乙所示,波源为S2的机械波在t=0.25 s时波形如图丙所示。P为介质中的一点,P点到波源S1与S2的距离分别是PS1=7 m,PS2=9 m,则 (　　) 　　 A.两列波的频率为5 Hz B.两波源的起振方向均沿y轴正方向 C.P点是振动加强点,振幅为5 cm D.t=1.25 s时,质点P位于波峰 三、非选择题(本题共5小题,共57分) 11.(6分)如图是观察水波衍射现象的实验装置,AB和CD是两块挡板,BC是一个孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长,则此时　　　　(选填“能”或“不能”)明显观察到波的衍射现象,挡板前、后波纹之间的距离　　　　(选填“相等”或“不相等”)。  12.(6分)S1、S2两波源同时同向起振并在水面激起两列水波,某时刻的波形如图所示(实线为波峰,虚线为波谷)。将水波视为简谐横波,且知水波的传播速度一定,不随波长而变。已知S1激起的水波振幅A1=3.0 mm,波长λ1=1.00 cm,S2激起的水波振幅为A2=2.0 mm,S1、S2间的距离为d=28.00 cm。欲使两波在叠加区域形成稳定的干涉图样,仅需适当　　　　(填“提高”或“降低”)S2的振动频率,使其等于S1的振动频率。在完成调节后,待振动稳定后,两波源连线上到S1的距离为d1=16.75 cm的P点振动的振幅为　　　　mm。  13.(12分)一列简谐横波在水平绳上沿x轴正方向传播,在t=0时刻的波形如图所示,绳上三个质点M、N、P的平衡位置分别为xM=10 m,xN=40 m,xP=25 m,从该时刻开始计时,M点的振动方程为y=2 sin (πt) cm。求: (1)该简谐横波的波速v; (2)从图示位置开始,质点P第一次到达波峰所通过的路程。 14.(15分)一列沿x轴正方向传播的横波,某时刻的波形如图甲所示,图乙表示介质中某一质点此后一段时间内的振动图像。 　 (1)图乙为K、L、M、N四个点中哪点的振动图像? (2)从该时刻起,甲图中原点O处质点经t=0.15 s恰好偏离平衡位置最大,求波传到平衡位置为x=36 cm处质点所需的最长时间; (3)若波沿x轴的负方向传播,传播速度为v=4 m/s,求原点O处质点的振动方程。 15.(18分)一列简谐横波沿x轴双向匀速传播,波源在坐标原点O,x轴上的P、Q两质点的平衡位置相距为d=10 m,它们的振动图像分别如图甲和乙所示。 　　 (1)若0<xP<xQ,求该波传播的最大速度; (2)若xP=-6 m且xQ>0,求该波传播的可能速度。 答案全解全析 1.D　超声波从海水传播到空气中时,频率不变,A错误;在同一介质中,超声波的传播速度与次声波相同,B错误;海豚用超声波探路是利用了波的反射原理,C错误;超声波在海水中的波长约为λ== m=0.01 m,D正确。 2.B　产生多普勒效应时,波源的频率不会发生变化,而是观测者接收到的波的频率发生变化,A错误;当观察者靠近波源运动时,观察者接收到的频率比波源的频率要大,即观察者观测到的波源的频率变大,B正确;在两个完全相同发声器的连线上行走,听到忽大忽小的声音的现象是波的干涉现象,C错误;两列波相遇时,波的振幅不会因为相遇而改变,它们各自保持原有的特性传播,D错误。 3.A　t=0时刻波源沿y轴正向开始振动,经过0.3 s,即1.5T,波沿x轴正、负方向各传播1.5λ,起振方向沿y轴正向,波源位于平衡位置且沿y轴负向振动;由于波沿正、负两方向传播的波形关于y轴对称,根据“同侧法”可判断A正确,B、C、D错误。 4.C　当S2振动一段时间后,观察到e处水面始终平静,说明e点为振动减弱点,由于e点是S1S2的中点,可得两波源都振动时,振动情况完全相反。由题意可知,c点到e点的距离为λ,则c点到两波源的距离差为2λ,所以c点为振动减弱点;b点到e点的距离为,则b点到两波源的距离差为3λ,所以b点亦为振动减弱点,A错误。振动加强区的质点在平衡位置附近做简谐运动,振幅最大,并不是一直处于最大位移处,B错误。d点到e点的距离为,则d点到两波源的距离差为λ,根据λ=,可得距离差为,C正确,D错误。 5.D　t=0时,质点O从平衡位置开始向上振动,则波最前方质点的起振方向应向上,结合题图可知t=0.5 s时波传播到了x=6 m处,则波速为v== m/s=12 m/s,A错误;由于波沿x轴正方向传播,由“微平移法”可知,t=0.5 s时质点P沿y轴正方向运动,B错误;由于质点P、Q到平衡位置的距离相等,结合对称性可知P和Q的加速度大小相同,方向相反,C错误;0.5~0.75 s波传播的距离为x=vΔt'=12×(0.75-0.5) m=3 m,此时x=2 m处的质点处于波谷,质点P、Q关于波谷对称,因此质点P和Q速度大小相等,D正确。 6.A　由v=λf得波长λ== m=1.6 m。SP=8.4 m=5λ,P的振动状态与S右侧λ处质点的相同,SQ=10.8 m=6λ,Q的振动状态与S右侧λ处质点的相同。当S通过平衡位置向上运动时,一个波长内的图像如图所示,可知,此时刻P在波谷,Q在波峰。故A正确,B、C、D错误。 7.B　根据“同侧法”,t=0时刻,x=-6 m处质点起振方向沿y轴负方向,所以波源P起振方向沿y轴负方向,x=8 m处质点起振方向沿y轴正方向,所以波源Q起振方向沿y轴正方向,因此两波源的起振方向相反,而两列波在同种介质中的传播速度相等,则Q的传播速度等于2 m/s,A错误;t=4.5 s时,两列波都向前传播x=vt=9 m,即P、Q的波峰同时传播到了坐标原点处,坐标原点处质点位移为10 cm+20 cm=30 cm,B正确;由题图可知,两列波的波长都是λ=4 m,而波速v=2 m/s,根据v=λf,可得f=0.5 Hz,因此两列波的频率均为0.5 Hz,叠加区域有稳定干涉图样,C错误;设两波经过时间t'第一次相遇,由x'=2vt'得t'== s=3.5 s,相遇处两列波都在平衡位置,因此相遇处质点位移为0,D错误。故选B。 8.AC　根据振动图像可知,质点A在t=0.6 s时由平衡位置向下振动,所以在波动图像上质点A向下振动,可知波沿x轴正方向传播,故A正确;由题图可知波长为λ=20 m,周期为T=1.2 s,所以波速为v== m/s,故B错误;波沿x轴正方向传播,在t=0.6 s时,质点P向上振动,质点Q向下振动,质点P比质点Q早回到平衡位置,C正确;由于障碍物尺寸小于波长,所以能发生明显衍射,故D错误。 9.AD　如果波沿x轴正方向传播,由于波的周期T大于0.5 s,则0.5 s时间内波向前传播了λ,即T=0.5 s,解得T= s,波速为v==×10-2 m/s=0.36 m/s;同理可知,如果波沿x轴负方向传播,则T=0.5 s,解得T=2.0 s,波速是v==×10-2 m/s=0.12 m/s。故A、D正确,B、C错误。 10.ABC　由题图乙可知,波的周期为T=0.2 s,则频率为f= Hz=5 Hz,故A正确。由题图乙可知波源S1的起振方向沿y轴正方向,结合波源S2在t=0.25 s时波形图可知,此时刚振动的质点的起振方向沿y轴正方向,与波源的起振方向相同,因此两波源的起振方向均沿y轴正方向,故B正确。由题图可知λ=2.0 m,则波速v==10 m/s,P点到两波源的波程差Δx=PS2-PS1=9 m-7 m=2 m,为波长的整数倍,且两波源的起振方向相同,因此P点为振动加强点,质点P的振幅为5 cm,故C正确。S1和S2产生的波传到P的时间分别为t1==0.7 s,t2==0.9 s,由此可知,在t=1.25 s时,波源S1在t=1.25 s-t1=0.55 s时的振动情况传到P点,波源S2在t=1.25 s-t2=0.35 s时的振动情况传到P点,在t=1.25 s时P处为两列波的波谷叠加,由波的叠加原理得质点P处于波谷,故D错误。 11.答案　能(3分)　相等(3分) 解析　由题图可知波长与孔的尺寸差不多,所以能观察到明显的衍射现象。波通过孔后,波速、频率、波长均不变,则挡板前、后波纹之间的距离相等。 12.答案　降低(3分)　1.0(3分) 解析　由题图可知λ1>λ2,因水波的传播速度v一定,根据v=λf,可知f1<f2,所以欲使两列波发生干涉,需降低f2,使得两列波的频率相等。因P到S1的距离d1=16.75 cm,P到S2的距离d2=d-d1=11.25 cm,故P点到两波源的路程差为Δx=d1-d2=5.5 cm=5λ1,是半波长的奇数倍,且两波源振动初相位之差为零,所以P点是振动减弱点,P点振幅为AP=A1-A2=1.0 mm。 13.答案　(1)20 m/s　(2)(6-) cm 解析　(1)由M点的振动方程可得简谐横波的振动周期为T= s=2 s(2分) 根据题图可知,简谐横波的波长为λ=40 m(2分) 则该简谐横波的波速v== m/s=20 m/s。 (2分) (2)质点P比M滞后的时间为t0== s=0.75 s(2分) 说明P点在t=0时刻所处的位置与M点在t=T-t0=1.25 s时所处的位置相同,t=1.25 s时质点M的位移为y=2 sin (πt) cm=- cm(2分) 所以从图示位置开始,质点P第一次到达波峰所通过的路程为 s=2×2 cm+(2-) cm=(6-) cm。 (2分) 14.答案　(1)L点　(2)0.3 s　(3)y=2 sin t cm 解析　(1)由题图乙可知,在t=0时刻该质点在平衡位置向上振动,波沿x轴正方向传播,结合题图甲可知,题图乙为L点的振动图像。 (3分) (2)该时刻原点O处的质点在平衡位置向下振动,而原点O处质点经t=0.15 s恰好偏离平衡位置最大 若偏离平衡位置为负向最大,则t=0.15 s=nT+,则T= s(n=0,1,2,3,…) (2分) 当n=0时有最大周期,为T=0.6 s(1分) 则波传到平衡位置为x=36 cm处质点所需的时间t==0.3 s(1分) 若偏离平衡位置为正向最大,则t=0.15 s=nT+,则T= s(n=0,1,2,3,…) (2分) 当n=0时有最大周期,为T=0.2 s(1分) 则波传到平衡位置为x=36 cm处质点所需的时间t==0.1 s(1分) 综上所述,波传到平衡位置为x=36 cm处质点所需的最长时间为0.3 s。 (1分) (3)若波沿x轴的负方向传播,传播速度为v=4 m/s 则T== s=0.06 s(2分) 原点O处质点的振动方程y=A sin t=2 sin t cm。 (1分) 15.答案　(1)100 m/s　(2) m/s(n=0,1,2,3,…) 解析　(1)由题图知该波的周期T=0.4 s(1分) 由于0<xP<xQ,所以波由P点向Q点传播,t=0时刻P点由平衡位置向上运动,Q点位于波谷。 (1分) 波形如图所示,此时Q点位于Q1、Q2、Q3、Q4等可能位置。 (2分) 设波由P传播到Q用时为t,则 t=T=(0.4n+0.1) s(n=0,1,2,3,…) (1分) 则该波传播的速度 v== m/s= m/s(1分) 当n取0时波速最大,则vmax=100 m/s。 (1分) (2)波沿x轴正、负方向匀速传播,设P点关于O点的对称点为P',P、P'点振动状态相同 (1分) PP'=12 m>10 m,波由Q点向P'点传播 (2分) t=0时刻P'点由平衡位置向上运动,Q点位于波谷 (1分) 波形如图所示,此时P'点位于P'1、P'2、P'3、P'4等可能位置 (2分) 则波由Q点传向P'点,历时 t'=T=(0.4n+0.3) s(n=0,1,2,3,…) (1分) QP'=PP'-d=12 m-10 m=2 m(1分) 该波传播的可能速度为v'= (1分) 解得v'= m/s(n=0,1,2,3,…)。 (2分) 学科网（北京）股份有限公司 $$