第三章 机械波 单元检测 2025-2026学年高二物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 本试卷为高中物理机械波单元检测，通过选择、实验、解答题梯度设计，融合超声波检测、心电图等真实情境，考查波的特性、衍射干涉等核心知识，培养科学思维与探究能力。 **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|机械波特性、衍射、干涉、多普勒效应|第6题结合超声波检测机翼缺陷，考查波的叠加与科学推理| |实验题|2题12分|波的衍射、受迫振动、振动周期|第12题通过心电图情境，考查振动周期性与科学探究| |解答题|3题42分|波形图、振动图像、波的叠加|第14题两列波相向传播问题，体现模型建构与综合应用|

第三章 机械波 单元检测 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．关于机械波的特性，下列说法正确的是（　　） A．只有波长比障碍物的尺寸小或相差不多的时候才会发生明显的衍射现象 B．火车鸣笛时向我们驶来，听到的笛声频率将比声源发出的频率低 C．向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血液的速度，这种方法应用的是多普勒效应 D．只要是性质相同的波，都可以发生干涉 2．一列简谐波在时刻的波形图如图所示，P点沿y轴方向做简谐运动的表达式为（y的单位是cm）。下列说法中正确的是（　　） A．P点的横坐标 B．该简谐波沿x轴负方向传播 C．该简谐波的传播速度为40m/s D．若该波与另一列简谐波相遇能够发生干涉并形成稳定的干涉图样，则另一列简谐波的振幅一定是10cm 3．一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处发生图示的现象，这是水波的（　　） A．反射现象 B．折射现象 C．衍射现象 D．干涉现象 4．一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图，关于质点P的说法正确的是（　　） A．该时刻速度沿y轴正方向 B．该时刻加速度沿y轴正方向 C．此后周期内通过的路程为A D．此后周期内沿x轴正方向迁移为 5．介质中一列简谐波沿PQ所在直线传播，P、Q两质点相距。如图所示，实线和虚线分别表示质点P、Q的振动图像。则（　　） A．波的传播速度可能等于10m/s B．介质中质点速度大小均为10m/s C．P、Q两质点相位差随时间改变 D．P、Q两质点的位移始终相同 6．如图（a）所示，利用超声波可以检测飞机机翼内部缺陷。在某次检测实验中，入射波为连续的正弦信号，探头先后探测到机翼表面和缺陷表面的反射信号，分别如图（b）、（c）所示。已知超声波在机翼材料中的波速为。关于这两个反射信号在探头处的叠加效果和缺陷深度d,下列选项正确的是（    ） A．振动减弱； B．振动加强； C．振动减弱； D．振动加强； 7．如图所示，方波1向右传播，波峰为2A，波谷为-A，方波2向左传播，波峰为A，波谷为-2A，两列波的波峰、波谷的宽度均相等。图示时刻，波1、波2分别传播到P、Q两个位置。若图示时刻t=0，则此后PQ连线上某一个点的振动图像可能是（　　） A．B．C． D． 8．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x轴正方向传播。平衡位置在处的质点P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0.1s B．波的振幅是0.2m C．波的传播速度是10m/s D．平衡位置在处的质点Q开始振动时，质点P处于波峰位置 9．波源O在时刻开始振动，产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，在某时刻的波形图如图甲所示，P点是平衡位置为处的质点，图乙为x轴上某质点的振动图象，下列说法正确的是（　　） A．O点起振方向沿y轴负方向 B．图乙中所表示的质点平衡位置离O点距离为1m C．该波所遇到的障碍物或孔的尺寸为4m时，能发生较明显的衍射现象 D．时处的质点第一次到达波峰 10．一只青蛙从一片荷叶跳入平静的湖水中，平静的水面以青蛙的入水点开始上下做简谐运动，在水面上激起一层涟漪。青蛙入水不远处的水面上有两片树叶，其振动图像分别为图中的a、b所示。已知水波的波长为0.4m，两片树叶在入水点的同侧且与入水点在一条直线上，则两片树叶之间的距离可能为（　　） A．0.4m B．0.5m C．0.6m D．0.7m 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 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．（6分）如图所示的三个图线分别是用不同的传感器测出的不同物体的振动图线。从三个图线可知，这三个物体振动的共同特点是具有_______性，三个物体中，最简单的振动是________的振动。图中心脏跳动的图线是某人的心电图，方格纸每个小方格的宽度是0.5 cm，心电图记录仪拖动方格纸的速度是1.8 cm/s。则此人的心率是________次/分。 三、解答题 13．（12分）一列简谐横波沿x轴正方向传播，时刻波的图像如图所示。若波速为4m/s，则：(1)波长和周期分别是多少？ (2)频率与振幅分别为多少？ (3)求该图像处，从时刻开始的振动图像的函数表达式。 14．（14分）甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿轴正向和负向传播，波速度均为。两列波在时的波形曲线如图所示，求： （1）时，介质中偏离平衡位置位移为的所有质点的坐标； （2）从开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为的质点的时间。 15．（16分）图甲是一列简谐横波在时刻的波形图，此时波恰好传到处，P是平衡位置的质点，Q是平衡位置的质点。已知时，Q质点第一次处于波谷状态，求： (1)波在介质中的传播速度； (2)在乙图中画出Q质点的振动图像（画一个完整周期的图像）； (3)从时刻开始到Q质点经历的路程时，求此时刻P质点的位移大小。 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 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C A B A A A B BC BCD BD 1．C 【详解】A．只有波长比障碍物的尺寸大或相差不多的时候才会发生明显的衍射现象，所以A错误； B．火车鸣笛向我们驶来时，间距变小，则我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高，所以B错误； C．向人体发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血液的速度，这种方法应用的是多普勒效应，所以C正确； D．产生干涉的两个条件是：两列波的频率必须相同，两个波源的相位差必须保持不变。所以D错误。 故选C。 2．A 【详解】A．由题意可知，在时刻这列波的波形方程为 由题图可知 由P点沿y轴方向做简谐运动的表达式为 可知，在时P点的位移 又由题图可知，P点横坐标 故P点的横坐标 故A正确； B．P点沿y轴方向做简谐运动的表达式为 可知在时刻P点正在沿y轴正方向运动，由“同侧法”可知，该简谐波沿x轴正方向传播，故B错误； C．由题意可知 则该简谐波的周期 传播速度 故C错误； D．两列波发生干涉，形成稳定的干涉图样的条件是两列波的频率相同，而不是振幅相同，故D错误。 故选A。 3．B 【详解】深度不同，则水压不同，水密度不同。水波在不同密度的水中传播速度不同，会发生折射现象。 故选B。 4．A 【详解】AB．波沿x轴正向传播，由“同侧法”可知，该时刻质点P的速度方向沿y轴正向，加速度沿y轴负向，选项A正确，B错误。 C．在该时刻质点P不在特殊位置，则在周期内的路程不一定等于A，选项C错误； D．质点只能在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，选项D错误。 故选A。 5．A 【详解】A．由图可知，质点振动的周期 、两点的振动情况相反，则、两点的距离为半波长的奇数倍，则有 可得 则波速为 当时 故A正确； B．波在传播的过程中，质点并不随波迁移，只在平衡位置做振动，各个质点的振动情况并不都相同，故介质中质点速度并不都相同，也不一定为10m/s，故B错误； C．由图可知，由于P、Q两点间的距离为半波长的奇数倍，故二者的相位差为 保持不变，故C错误； D．由题图可知，P、Q两质点的振动存在位移大小相同但方向相反的情况，则位移存在不同，故D错误。 故选A。 6．A 【详解】根据反射信号图像可知，超声波的传播周期为 又波速v=6300m/s，则超声波在机翼材料中的波长 结合题图可知，两个反射信号传播到探头处的时间差为 故两个反射信号的路程差 解得 两个反射信号在探头处振动减弱，A正确。 故选A。 7．B 【详解】图示时刻之后的某一刻，PQ连线上某一个点可能的振动情况如下所述。方波1或方波2首先传播到PQ连线上的这一个点，此时该点的位移为或。随后两列波在该点相遇，根据波的叠加原理，此时该点的位移为。之后两列波继续传播至波峰与波谷相遇，根据波的叠加原理，此时该点的位移为0。再之后两列波的波峰相遇，该点位移为，最后两列波在该点分离，该点位移为或。 故选B。 8．BC 【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A错误，B正确； 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正确； 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错误。 故选BC。 9．BCD 【详解】A．波传播过程中，各质点的起振方向均相同，由图乙知O点起振方向沿y轴正方向，A错误； B．由题图知，该简谐横波的波长，周期，波速 经，传播的距离为 B正确； C．由于该波的波长与障碍物尺寸相近，故可以发生明显的衍射现象，C正确； D．平衡位置距波源5m处的质点，第一次到达波峰时与时相比，波向前传播的距离为6m，时间为 D正确。 故选BCD。 10．BD 【详解】题意可知0时刻a波在波谷，b波在平衡位置，且波长均为，若波从b向a传播，则两片树叶之间的距离满足（n=0，1，2，3，...） 整理得（n=0，1，2，3，...） n=0、1、2时，x分别为0.1m、0.5m、0.9m 若波从a向b传播，则两片树叶之间的距离满足（n=0，1，2，3，...） 整理得 （n=0，1，2，3，...） n=0，1，2时，x分别为0.3m、0.7m、1.1m 故选BD。 11． 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． 周期性 弹簧振子 72 【详解】[1][2]机械波是由物体的机械振动产生的，由于物体的振动频率不同，产生的波形也不相同，有规律振动产生的波具有周期性，无规律振动产生的波不具有周期性。由图可知，心脏振动的波形和音叉振动的波形都具有周期性，它们都具有周期性（或它们都是有规律的），三个物体中，最简单的振动是弹簧振子的振动。 [3]图中心脏跳动的图线是某人的心电图，方格纸每个小方格的宽度是0.5 cm，心电图记录仪拖动方格纸的速度是1.8 cm/s．则此人的心脏振动的周期是 心率是 次/分 13．(1)， (2)， (3) 【详解】（1）由题图可知波长为，则周期为 （2）频率为 由题图可知振幅为。 （3）波沿x轴正方向传播，根据波形平移法可知，在时刻处质点从平衡位置向下振动，则从时刻开始的振动图像的函数表达式为 14．(1) ；(2)t=0.1s 【详解】（1）根据两列波的振幅都为，偏离平衡位置位移为16的质点即为两列波的波峰相遇。设质点坐标为，根据波形图可知，甲、乙的波长分别为，。则甲、乙两列波的波峰坐标分别为 综上，所有波峰和波峰相遇的质点坐标为整理可得      （2）偏离平衡位置位移为是两列波的波谷相遇的点，时，波谷之差          整理可得 波谷之间最小的距离为 两列波相向传播，相对速度为，所以出现偏离平衡位置位移为的最短时间 15．(1) (2) (3) 【详解】（1）时，Q质点第一次处于波谷状态，说明波向右传播了，故 （2）波从时刻到传递到Q需要 周期 由波形图和同侧法知波中每个点的起振方向一致，都沿y轴负方向，故Q质点的振动图像为 （3）Q质点经历的路程所需时间为 此时波传递的距离为 故此时刻P质点的位移为 位移大小为。 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 $