第三章 机械波 单元检测（三）-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

**基本信息** 以“海翼”号深海滑翔机、琉球群岛地震、肇兴侗寨鼓楼保护等真实情境为载体，覆盖机械波的传播、干涉、衍射、多普勒效应等核心知识，通过基础选择、实验探究、综合解答的梯度设计，培养物理观念与科学思维。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择题|10题/46分|波速波长关系、干涉加强点判断、振动与波形图结合|结合科技前沿（如“海翼”号）和社会热点（地震监测），考查科学推理| |实验题|2题/18分|波的衍射条件、超声测速原理|通过发波水槽实验、超声测速仪情境，培养科学探究能力| |解答题|3题/36分|波传播方向与速度计算、振动方程、干涉加强点坐标|以鼓楼无损检测为背景，综合应用波的传播规律，体现科学态度与责任|

第三章 机械波 单元检测（三） 第I卷（选择题） 一、选择题（共46分，本题共10小题，1-7题每小题4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，8-10题每小题6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6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）。 1．我国自主研发的“海翼”号深海滑翔机如图所示。悬停在深海中的“海翼”号发出声呐信号的频率为f，传播速度为v。现停泊在海面上的监测船收到的频率稍大于它发出声呐信号的频率，则（　　） A．该信号在海水中的波长为 B．该信号在海水中频率变大 C．监测船收到的频率稍大是波的干涉现象 D．滑翔机正在远离监测船 2．频率相同、振幅都为A的两列横波相遇，某一时刻的情况如图所示，实线表示波峰，虚线表示波谷。下列说法正确的是（　　） A．图中M点的位移不会为零 B．半个周期后图中M点的位移最大 C．图中N点的振动加强 D．图中N点的振幅为2A 3．位于坐标原点O的波源在时开始振动，振动图像如图所示，所形成的简谐横波沿轴正方向传播。平衡位置在处的质点开始振动时，波源恰好第2次处于波谷位置，则（　　） A．波的周期是 B．波的振幅是 C．波的传播速度是 D．平衡位置在处的质点开始振动时，质点处于平衡位置 4．关于机械波，下列说法正确的是（　　） A．只要有质点的振动，就能产生机械波 B．纵波中，质点的振动方向与波的传播方向垂直 C．波不仅能传递信息和能量，质点还可以随波迁移 D．横波中，凸起的最高处叫波峰 5．北京时间2025年6月22日16时15分，琉球群岛发生了一次5.2级地震，震中位于我国东部沿海方向的北纬29.26度、东经129.42度的琉球群岛，震源深度10千米。地震发生时，某监测站记录到一列沿x轴传播的横波。其t=0时刻的波形（图甲）和质点K的振动图像（图乙）如图所示。下列说法正确的是（　　） A．该列波的传播方向为x轴正方向 B．t=0时刻Q点振动方向沿y轴正方向 C．该波遇到障碍物只会发生反射不会发生衍射现象 D．Q点的振动方程为 6．一列简谐横波沿x轴传播，t＝0时的波形如图1所示，a、b、c是介质中的三个质点。图2是质点b的振动图像。下列说法正确的是（    ） A．该波的周期为0.9s B．该波沿x轴正方向传播 C．t＝0.5s时，质点a的速度最大，加速度为零 D．t＝0.5s时，质点c的位移为零，速度沿y轴负方向 7．如图所示，在均匀介质中有水平面内的A、B、C三点，，，时，位于两点的两个波源同时由平衡位置开始向上振动，产生的两列简谐横波在该介质中的传播速度均为，O是AC的中点，，D是CO线段上距O点最近的一个振动减弱点，下列说法正确的是（    ） A．O点始终位于波峰处 B．两列波的频率均为 C．A、C之间的连线上共有5个振动加强点 D．同时将两波源的频率增大一倍后，D点是振动加强点 8．在随州市2025年中小学师生数理科技节上，某学校物理兴趣小组的学生展示了音叉产生简谐声波的实验，如图所示，在水平桌面上将两个音叉A和B间隔一定距离正对放置，下列说法正确的是（　　） A．若音叉A与音叉B的固有频率不同，敲击音叉A，音叉B不可能发出声音 B．若音叉A与音叉B的固有频率相同，敲击音叉A，音叉B发出的声音最大 C．若只敲击音叉A，音叉B会发出声音，且音叉B发出声波的频率等于音叉A发出声波的频率 D．若同时敲击音叉A和B，音叉A和B发出的声波相遇时，一定会发生干涉 9．一列简谐横波，在t＝0.6s时刻的图像如图甲所示，此时，P、Q两质点的位移均为-1cm，波上A质点的振动图像如图乙所示，则以下说法正确的是（　　） A．这列波的波速是m/s B．从t＝0.6s开始，紧接着的Δt＝0.6 s时间内，A质点通过的路程是10m C．从t＝0.6s开始，质点P比质点Q早0.4s回到平衡位置 D．若该波在传播过程中遇到一个尺寸为21m的障碍物不能发生明显的衍射现象 10．如图所示，实线和虚线分别表示沿轴传播的一列简谐横波在和时刻的波形图，已知在时刻，平衡位置位于处的质点沿轴正方向运动，质点的纵坐标为，下列说法正确的是（　　） A．该波沿轴负方向传播 B．内，质点运动的路程可能为25 cm C．若周期，该波的传播速率可能为 D．若周期，质点的振动方程为 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 11．(10分)发波水槽是演示波动过程的重要实验仪器。其中包括波的形成、传播以及波的干涉和衍射等的物理现象。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缝隙后在水面上继续传播。 (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，频率由波源决定 C．受迫振动，频率由水体自身性质决定 D．受迫振动，频率由波源决定 (3)若使波源保持振动情况不变匀速向缝隙靠近，则在狭缝右侧的水波的_________增大，_________减小。（选填波长/频率/波速） (4)若将缝变大，则可在狭缝右侧观察到的衍射现象____________（选填“明显”、“不明显”）。 12．（8分）阅读短文，回答下列问题： 超声测速仪 如图甲所示是公路旁边的超声波测速仪，它向行驶的车辆发射频率为f0（一般为30kHz～100kHz）的超声波，当车辆向它靠近时，车辆反射回来的超声波频率f增大；当车辆远离时，反射回来的超声波频率f减小，变化的频率Δf=|f0-f|与车辆速度v关系如图乙所示．          超声波测速仪内部工作原理如图丙所示，P、Q是压电超声换能器，在外力作用下发生形变时会产生电压，形变消失后，电压随之消失；反之，当在其上加一定电压就会发生形变，电压消失后，形变随之消失．超声波测速仪内部振荡电路产生高频交流电压加到P上，P产生相同频率的超声波；被车辆反射回来的超声波在Q上产生交流电压，其频率与反射波的频率相同，比较电路将振荡电路和放大电路的两种频率的交流电压进行比较，计算出它们的差值Δf=|f0-f|，由Δf就能知道车辆的速度． （1）车辆靠近超声波测速仪时，反射回来的超声波频率f____f0(填：大于/等于/小于)； （2）超声测速仪工作时，压电超声换能器_____． A．均将形变转换成电压    B．P将形变转换成电压，Q将电压转换成形变 C．均将电压转换成电流    D．P将电压转换成形变，Q将形变转换成电压 （3）为使超声波测速仪正常工作，振荡电路中产生交流电的图像可能是下图中的_____． （4）汽车先后以v1和v2的速度远离超声波测速仪时，反射回来超声波的频率分别为f1和f2，且f1大于f2，则v1______v2(填：大于/等于/小于)． 三、解答题 13．（8分）贵州黎平的肇兴侗寨有“鼓楼之乡”的美誉，图（a）的建筑群展示了精湛的传统鼓楼木构技艺。为保护鼓楼等传统木质建筑，可采用超声横波法进行无损检测，获得其弹性模量等力学参数，从而采取相应的保护措施。在某次检测中，有一列简谐横波在木材中沿轴传播，时刻的波形图如图（b）所示，位于轴上的质点的振动图像如图（c）所示。求： (1)波在木材中的传播方向及速度； (2)在时间内，质点运动的路程。 14．（12分）如图所示，均匀介质中两相干波源、沿x轴固定放置，时刻两波源同时由平衡位置向y轴负方向起振，振动频率均为，形成的两列波波长均为，振幅均为，两列波沿x轴相向传播，不考虑波的反射与能量损耗。 (1)写出波源的振动方程； (2)求、之间距离最近的振动加强点的横坐标。 15．（16分）均匀同种介质中，A、B两质点分别处在和处，先后以相同频率振动，振幅均为2cm。当A振动后，B经1.5s开始振动，某时刻波形如图所示。此时两质点位移分别为，。求： (1)两波的波速； (2)稳定后，AB之间振幅为4cm质点的横坐标。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《第三章 机械波 单元检测（三）》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A B D D D D D BC AC ABC 1．A 【详解】A．根据波速定义，声呐信号在该处海水中的波长，故A正确； B．频率由波源决定，不变，故B错误； CD．根据多普勒效应，当滑翔机靠近监测船时，监测船接收到的频率大于滑翔机发出声呐信号的频率，故CD错误。 故选A。 2．B 【详解】B．图中M点为波峰与波峰叠加，为振动加强点，半个周期后图中M点振动到波谷处，位移最大，故B正确； A．M点为振动加强点，其振幅为两列波振幅之和，但该点仍在做简谐振动，会在平衡位置和最大位移处之间往复运动。当该点运动到平衡位置时，位移就为0，故A错误； CD．图中N点为波峰与波谷叠加，为振动减弱点，其振幅为两列波振幅之差，即振幅为0，故CD错误。 故选B。 3．D 【详解】AB．波的周期和振幅与波源相同，故可知波的周期为，振幅为，故AB错误； C．P开始振动时，波源第2次到达波谷，故可知此时经过的时间为 故可得波速为，故C错误； D．波从P传到Q点需要的时间为 故可知质点P处于平衡位置，故D正确。 故选D。 4．D 【详解】A．机械波产生需要两个条件：一是有做振动的振源，二是有传播振动的介质，仅有质点振动没有介质无法产生机械波，故A错误； B．纵波的定义是质点振动方向与波的传播方向在同一直线上，质点振动方向与波传播方向垂直的是横波，故B错误； C．波传播过程中仅传递信息和能量，介质中的质点只在平衡位置附近做往复振动，不会随波迁移，故C错误； D．横波中质点振动方向与波传播方向垂直，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷，故D正确。 故选D。 5．D 【详解】A．由图乙可知质点K在t=0时刻向下振动，根据波形平移法可知，该列波的传播方向为x轴负方向，故A错误； B．波沿x轴负方向传播，则Q点在t=0时刻向y轴负方向振动，故B错误； C．任何波碰到障碍物都会发生衍射现象，故C错误； D．由图可知，振幅为14cm，周期为1s，所以Q点的振动方程为，故D正确。 故选D。 6．D 【详解】A．根据图2可得该波的周期为，故A错误； B．图2是质点b的振动图像，t＝0的下一瞬间向轴负方向振动，根据“同侧法”，可得该波沿x轴负方向传播，故B错误； CD．根据图1可得该波的波长为，则波速为 波沿x轴负方向传播，t＝0.5s时，波向x轴负方向传播了 可得t＝0.5s时，波的图像如图中虚线所示。 可得t＝0.5s时，a点在y轴负最大值处，b点在y轴正最大值处，c点在平衡位置。所以，t＝0.5s时，质点a的速度为零，加速度最大。t＝0.5s时，质点c的位移为零，根据“同侧法”，速度沿y轴负方向，故C错误，D正确。 故选D。 7．D 【详解】A．根据斜边中线等于斜边一半可知，O点到两波源距离相等，且两个波源同时由平衡位置开始向上振动，所以O点是振动加强点，但位移随时间变化，不是始终位于波峰处，A 错误； B．由题意，△ABC是直角三角形，，由余弦定理得 D点到两波源的波程差 解得 频率为，B错误； C．C点到两波源的波程差 则OC之间连线上有2个振动加强点，A点到两波源的波程差 则AO之间连线上有7个振动加强点，故加上O点AC之间连线上共有10个振动加强点，C错误； D．同时将两波源的频率增大一倍后，波速不变，则 D点到两波源的波程差 D点是振动加强点，D正确。 故选D。 8．BC 【详解】ABC．若敲击音叉A，音叉B做受迫振动而发声，频率与音叉A的相同，如果AB的固有频率相同，则音叉B发生共振，声音最大，故A 错误，BC正确； D．同时敲击音叉A和B，它们发出的声音频率不一定相同，则不一定发生干涉现象（不一定满足相干条件），D错误。 故选BC。 9．AC 【详解】A．由题图甲读出该波的波长为λ＝20m，由题图乙知周期为T＝1.2s，则波速为，故A正确； B．Δt＝0.6s＝0.5T，A质点通过的路程是s＝2A＝2×2cm＝4cm，故B错误； C．根据质点A的振动图像可知t=0.6s时刻质点A沿y轴负向振动，可知波沿x轴正向传播，则图示时刻质点P沿y轴正方向运动，质点Q沿y轴负方向运动，所以质点P将比质点Q早回到平衡位置，将此图像与正弦曲线进行对比可知P点的横坐标为xP＝m，Q点的横坐标为xQ＝m，根据波形的微平移法可知质点P比质点Q早回到平衡位置的时间为，故C正确； D．发生明显衍射现象的条件是障碍物的尺寸比波长小或跟波长相差不多，该波的波长为20m，根据这个条件可知该波在传播过程中遇到一个尺寸为21m的障碍物，能发生明显衍射现象，故D错误。 故选AC。 10．ABC 【详解】A．在时刻，介质中处的质点P沿y轴正方向运动，由“同侧法”可知，该波沿x轴负方向传播，故A正确； B．波沿负方向传播，从到，波的传播时间满足（n=0，1，2，…） 时在平衡位置，内的总路程为（n=0，1，2，…） 由图可知，振幅 当时， 故B正确； C．若，则只能取，1，即或 得或 由图可得，波长，波速，故C正确； D．时，则只能取， 设的振动方程为 时， 代入得 波沿x轴负方向传播，点时沿轴负方向运动，因此 振动方程为，故D错误。 故选ABC。 11．(1)B (2)D (3) 频率 波长 (4)不明显 【详解】（1）图中可观察到波的衍射。 故选B。 （2）水面各点的振动均为受迫振动，频率由波源决定。 故选D。 （3）[1][2]若使波源保持振动情况不变匀速向狭缝靠近，相比于波源静止，根据多普勒效应可知狭缝右侧水波的频率变大；根据 可知狭缝右侧水波的波长减小。 （4）狭缝越小，衍射现象越明显，若将缝变大，则可在狭缝右侧观察到的波的衍射现象不明显。 12． 大于 D D 小于 【详解】(1)[1]由短文可知，当车辆向它靠近时，车辆反射回来的超声波频率f增大，所以f大于f0； (2)[2]超声波测速仪内部振荡电路产生高频交流电压加到P上，P产生相同频率的超声波，被车辆反射回来的超声波在Q上产生交流电压，其频率与反射波的频率相同，所以压电超声换能器P将电压转换成形变，Q将形变转换成电压．故应选D． (3)[3]超声波测速仪内部振荡电路产生高频交流电压加到P上，P产生相同频率的超声波；超声波的频率f>20000Hz，所以交流电的频率也大于20000Hz，其周期 故选D； (4)[4]汽车先后以v1和v2的速度远离超声波测速仪时，反射回来超声波的频率分别为f1和f2，且f1大于f2，当车辆远离时，反射回来的超声波频率f减小，则△f1<△f2，由图乙可知，变化的频率△f与车速v成正比，所以v1小于v2． 【名师点睛】超声波的频率是大于20000Hz，据此可求得时间，然后对照图象即可作出选择；根据“当车辆向它靠近时，车辆反射回来的超声波频率f增大；当车辆远离时，反射回来的超声波频率f减小”可知△f1<△f2，由图乙可知，变化的频率△f与车速v成正比，然后可得出结论；根据变化的频率△f与车速v成正比，可知汽车做变速运动，然后可知以测速仪为参照物，该汽车的运动情况． 13．(1)传播方向沿轴负方向， (2) 【详解】（1）由P点的振动图像可知，t=0时刻质点P在平衡位置沿y轴负向振动，结合波形图可知，波传播方向沿轴负方向； 根据波形图可知波长，证据振动图像可知周期。 波在木材中的传播速度 （2）时间关系，可知时间内，质点完成了3个全振动，故其运动的路程 14．(1) (2)2m 【详解】（1）由题意，角速度，振幅为，时刻两波源同时由平衡位置向y轴负方向起振，的振动方程为 （2）设向x轴正方向传播的波传播的距离为，向x轴负方向传播的波传播的距离为，两波源同时开始由平衡位置向y轴负方向振动，则 （k=1，2，3…）此时为振动加强点，即波源间振动加强点位于2m、6m、10m，即振动加强点的横坐标为2m、6m、10m，可知距离最近的振动加强点的横坐标为2m。 15．(1)2cm/s (2)见解析 【详解】（1）由图知A质点刚开始时由平衡位置向上振动： 代入数据解得： 由即 解得 由图知B质点刚开始时由平衡位置向下振动 代入数据解得 由 解得 则波速 （2）图示时刻右列波传至处，以和处质点为波源 设振幅为质点的横坐标为，则振动加强点满足 时， 时， 时， 时， 时， 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $