高中物理单元测试——第三章机械波（较难版02）

**基本信息** 高中物理第三章机械波较难版单元测试，以科技前沿（超声波指纹识别、声悬浮仪）和自然现象（钱塘江大潮、星系红移）为情境，覆盖机械波核心知识，适配单元复习，注重物理观念建构与科学思维提升。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选题|7/28|振幅周期、波的传播、超声波应用、衍射条件|结合绳波实验图考查起振方向，联系指纹识别考超声波波长与精度关系| |多选题|3/18|横纵波判断、波的叠加干涉|以鱼鳞潮为模型分析振动加强点与质点运动，体现科学推理| |填空题|3/18|衍射现象、干涉条件、波速计算|通过发波水槽实验填衍射条件，结合干涉图样判断加强点| |解答题|3/36|波长波速综合计算、波形图分析|两波源叠加问题结合振动图像求位移与路程，考查模型建构与科学论证|

高中物理单元测试 —— 第三章 机械波（较难版02）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）某同学研究绳波的形成，取一条较长的软绳，用手握住一端水平拉直后，沿竖直方向抖动即可观察到绳波的形成。该同学先后两次抖动后，观察到如图中所示的甲、乙两个绳波情形。关于两次形成的绳波，下列判断正确的是（  ） A．波形甲的振幅比波形乙大 B．波形甲的周期比波形乙大 C．波形甲的形成时间比波形乙早 D．波形甲的起振方向与波形乙相同 2．（本题4分）如题图所示小鸭A（视为质点）在平静的河道内靠近岸边戏水，在水面上引起一列稳定的简谐水波，B为岸边的一点，已知P点为小鸭A和B点连线的中点，忽略传播时能量的衰减，下列说法正确的是（　　） A．P点与B点的振动频率相同 B．P点将随水波运动到B点 C．P点与B点的振动方向一定 D．P点的振幅一定大于B点的振幅 3．（本题4分）超声波指纹识别是第3代指纹识别技术，相较于电容和光学指纹识别，具有精度高且不易受到外界干扰等优点，在现在智能手机上得到了广泛的应用，其原理是指纹识别器发出一束超声波，超声波在手指表面指纹的峰和谷处反射情况不相同，构建出手指指纹情况，关于超声波指纹识别，下列说法正确的是（　　） A．指纹识别中的超声波可以用次声波代替 B．超声波频率越高，在同种介质中传播速度越快 C．超声波的频率越高，波长越短，识别就越精确 D．超声波在从玻璃进入空气时波速变慢，波长变长 4．（本题4分）如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距60m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法正确的是（　　） A．假设波浪的波长为10m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 B．假设波浪的波长为58m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 C．假设波浪的波长为61m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响 D．假设波浪的波长为85m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响 5．（本题4分）在天文学上，通过对比某些元素在地球上的发光频率和地球上接收到遥远星系发出的光的频率可以判断遥远星系相对于地球的位置变化。现观测到某遥远星系所发出的光谱呈现“红移”，即接收到的光的波长增大。下列说法正确的是（　　） A．遥远星系发出光的频率增大 B．遥远星系发出光的波长增大 C．该星系正在靠近观察者 D．该星系正在远离观察者 6．（本题4分）如图所示为声悬浮仪，当上、下两超声波发生器产生的振幅相同、频率相同的超声波在二者之间相遇形成稳定干涉，就可以使轻质泡沫颗粒在振幅几乎为零的点附近保持悬浮状态。若相邻两个轻质泡沫颗粒间的距离为（为半个波长），两列超声波的传播速度均为。则超声波的频率为（　　） A．17000Hz B．34000Hz C．68000Hz D．85000Hz 7．（本题4分）如图甲所示，波源S振动形成水平向右传播的脉冲横波，图乙为波源S的振动图像，0.3秒后波源停止振动。已知波在该介质中传播的速度为2m/s，以S点位置为原点，水平向右为正方向建立x轴，则在时的波形图正确的是（　　） A． B． C． D． 二、多选题 8．（本题6分）有关纵波与横波，下列说法不正确的是(　　) A．振源上下振动形成的波是横波 B．振源水平振动形成的波是纵波 C．波沿水平方向传播，质点上下振动，这类波是横波 D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波 9．（本题6分）苏轼的“八月十八潮，壮观天下无”描述的正是钱塘江大潮，鱼鳞潮就是其中的一种，如图甲所示。设某次观测到振幅均为0.4m的两列水波呈夹角以的速度向前行进，其模型可简化为图乙所示，实线表示波峰，虚线表示波谷，为的中点，是延长线上的点，与P点相交的两条实线是两列波最靠前的波峰，下列说法错误的是（　　） A．图中P、N两点振动始终加强，点振动始终减弱 B．点即将向上振动，经过一段时间质点P会运动到点 C．图示时刻、P两点间的高度差为 D．图中点稳定振动后的振幅为0.8m 10．（本题6分）如图所示，一列简谐横波沿x轴传播，在时刻和时刻的波形分别如图中实线、虚线所示。已知波的振动周期大于，则（　　） A．处质点的振动方程可能为 B．波源的振动周期可能为 C．若波沿x轴负方向传播，处质点在内通过的路程为 D．波的传播速度可能为 三、填空题 11．（本题6分）如图，在发波水槽中产生一列水波，将一支圆珠笔插入水中，可以观察到圆珠笔对波的传播几乎没有影响，这种现象叫做波的_____现象，明显产生这种现象的条件是________。 12．（本题6分）两列波的频率相等是产生波的干涉的________条件（选填“充分”、“必要”或“充要”）。右图是两列同频率水波叠加时所获得的干涉图样照片，其中A点________（选填“是加强点”、“是减弱点”或“既不是加强点也不是减弱点”）。    13．（本题6分）一列简谐横波沿轴正向传播，分别为平衡位置在和的两个质点，两质点的振动完全相反，质点的振动方程为时刻，两质点均位于平衡位置且两质点间有两个波峰，则波的传播速度大小为_____，质点比质点振动滞后_____，当质点开始起振时，质点运动的路程为_____。 四、解答题 14．（本题10分）为了保护海洋环境，某中学的学生在专业人员的带领下，去海边清理海洋垃圾，有学生观察到一列沿海面传播的水波（视为横波），在波的传播方向上相距的两处分别有漂浮的垃圾A和垃圾B，垃圾A、B随波上下运动（视为简谐运动），某时刻垃圾A在波峰时，垃圾B恰好运动到平衡位置。该同学记录的垃圾A的振动图像如图所示。 (1)求水波振动的振幅和波长； (2)若垃圾A、B之间（不含A、B）只有一个波谷，求这列水波的波速大小。 15．（本题12分）一列简谐横波沿轴正方向传播，时刻的波形如图甲所示，A、B、C是介质中的三个质点，时刻该波刚好传播到B点，质点A的振动图像如图乙所示，求： (1)该列简谐横波的传播速度大小； (2)从时刻起，经过多长时间质点C第二次到达波谷。 16．（本题14分）如图甲所示，均匀介质中波源P、Q的平衡位置位于x轴上，坐标分别为xP = 0、xQ = 14.0m。质点M的平衡位置坐标为xM = 6.0m。t = 0时刻，波源P、Q开始振动，振动图像分别如图乙、丙所示。波源P产生的简谐横波沿x轴正方向传播，波源Q产生的简谐横波沿x轴负方向传播，波速均为v = 1.0m/s。求： (1)波源P产生的简谐横波的波长； (2)质点M在t = 7.5s时刻偏离平衡位置的位移大小； (3)0 ~ 10.0s内，质点M运动的路程。 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 2 / 2 $ 高中物理单元测试 —— 第三章 机械波（较难版02）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）某同学研究绳波的形成，取一条较长的软绳，用手握住一端水平拉直后，沿竖直方向抖动即可观察到绳波的形成。该同学先后两次抖动后，观察到如图中所示的甲、乙两个绳波情形。关于两次形成的绳波，下列判断正确的是（  ） A．波形甲的振幅比波形乙大 B．波形甲的周期比波形乙大 C．波形甲的形成时间比波形乙早 D．波形甲的起振方向与波形乙相同 【答案】B 【详解】A．由图可知波形甲的振幅比波形乙小，A错误； B．甲乙两绳波在同一介质中传播，波速相等，波形甲的波长比波形乙的大，根据，波形甲的周期大于波形乙的周期，B正确； C．波形乙的形成时间比波形甲早，C错误； D．波形甲的起振方向向下，波形乙的起振方向向上，D错误。 故选B。 2．（本题4分）如题图所示小鸭A（视为质点）在平静的河道内靠近岸边戏水，在水面上引起一列稳定的简谐水波，B为岸边的一点，已知P点为小鸭A和B点连线的中点，忽略传播时能量的衰减，下列说法正确的是（　　） A．P点与B点的振动频率相同 B．P点将随水波运动到B点 C．P点与B点的振动方向一定 D．P点的振幅一定大于B点的振幅 【答案】A 【详解】A．水面上形成的是一列稳定的简谐水波，所有质点的振动频率均相等，均等于波源的频率，即P点与B点的振动频率相同，故A正确； B．机械波在传播的过程中，质点在各自平衡位置振动，质点并不随波迁移，即P点不会随水波运动到B点，故B错误； C．根据振动规律可知，简谐水波中的各个质点的振动方向呈现周期性的变化，故C错误； D．一列稳定的简谐波中，各个质点的振幅相等，即P点的振幅等于B点的振幅，故D错误。 故选A。 3．（本题4分）超声波指纹识别是第3代指纹识别技术，相较于电容和光学指纹识别，具有精度高且不易受到外界干扰等优点，在现在智能手机上得到了广泛的应用，其原理是指纹识别器发出一束超声波，超声波在手指表面指纹的峰和谷处反射情况不相同，构建出手指指纹情况，关于超声波指纹识别，下列说法正确的是（　　） A．指纹识别中的超声波可以用次声波代替 B．超声波频率越高，在同种介质中传播速度越快 C．超声波的频率越高，波长越短，识别就越精确 D．超声波在从玻璃进入空气时波速变慢，波长变长 【答案】C 【详解】A．超声波具有较强的穿透能力，而次声波没有这能力，所以指纹识别中的超声波不可以用次声波代替，故A错误； B．超声波属于机械波，传播速度由介质决定，与频率无关，则超声波频率越高，在同种介质中传播速度不变，故B错误； C．超声波的频率越高，周期越小，波速不变，则波长越短，识别就越精确，故C正确； D．超声波在从玻璃进入空气时波速变慢，频率不变，根据 可知波长变短，故D错误。 故选C。 4．（本题4分）如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距60m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法正确的是（　　） A．假设波浪的波长为10m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 B．假设波浪的波长为58m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 C．假设波浪的波长为61m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响 D．假设波浪的波长为85m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响 【答案】B 【详解】A．发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大。当波浪的波长为10m时，小于防波堤两端距离，不会有明显的衍射现象，受到影响较小，故A错误。 BCD．发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大。当波浪的波长为58m，或者 61m，或者85m时，接近防波堤两端距离，会有明显的衍射现象，故小船受到明显的波浪影响，故B正确，CD错误； 故选B。 5．（本题4分）在天文学上，通过对比某些元素在地球上的发光频率和地球上接收到遥远星系发出的光的频率可以判断遥远星系相对于地球的位置变化。现观测到某遥远星系所发出的光谱呈现“红移”，即接收到的光的波长增大。下列说法正确的是（　　） A．遥远星系发出光的频率增大 B．遥远星系发出光的波长增大 C．该星系正在靠近观察者 D．该星系正在远离观察者 【答案】D 【详解】多普勒效应改变的是接收到的频率和波长，光源本身发出的光的频率和波长不变。若该星系正在远离观察者，根据多普勒效应，观察者接收到的光的频率小于光的真实频率，根据，观察者接收到的光的波长大于光的真实波长，符合题意。故ABC错误，D正确。 故选D。 6．（本题4分）如图所示为声悬浮仪，当上、下两超声波发生器产生的振幅相同、频率相同的超声波在二者之间相遇形成稳定干涉，就可以使轻质泡沫颗粒在振幅几乎为零的点附近保持悬浮状态。若相邻两个轻质泡沫颗粒间的距离为（为半个波长），两列超声波的传播速度均为。则超声波的频率为（　　） A．17000Hz B．34000Hz C．68000Hz D．85000Hz 【答案】B 【详解】两波的波长为 根据得波的频率为 故选B。 7．（本题4分）如图甲所示，波源S振动形成水平向右传播的脉冲横波，图乙为波源S的振动图像，0.3秒后波源停止振动。已知波在该介质中传播的速度为2m/s，以S点位置为原点，水平向右为正方向建立x轴，则在时的波形图正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】该波为脉冲波，没有形成完整波，根据波源图像知，在内形成一个波形的波峰 长度 波源振动0.3s后停止，波源振动0.3s，产生间隔半个波长的1个波峰和1个波谷，且最前端质点起振方向向上（与波源起振方向一致）。 0.4s内波传播距离 且波源停止振动后，已传播的波形保持不变，可知D图像符合要求。 故选 D。 二、多选题 8．（本题6分）有关纵波与横波，下列说法不正确的是(　　) A．振源上下振动形成的波是横波 B．振源水平振动形成的波是纵波 C．波沿水平方向传播，质点上下振动，这类波是横波 D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波 【答案】AB 【详解】不论振源沿水平方向振动，还是竖直方向振动，只要振动方向与波传播方向垂直，则为横波；若振动方向与波传播方向在一条直线上则为纵波。则AB错误，CD正确。 此题选择不正确的选项，故选AB。 9．（本题6分）苏轼的“八月十八潮，壮观天下无”描述的正是钱塘江大潮，鱼鳞潮就是其中的一种，如图甲所示。设某次观测到振幅均为0.4m的两列水波呈夹角以的速度向前行进，其模型可简化为图乙所示，实线表示波峰，虚线表示波谷，为的中点，是延长线上的点，与P点相交的两条实线是两列波最靠前的波峰，下列说法错误的是（　　） A．图中P、N两点振动始终加强，点振动始终减弱 B．点即将向上振动，经过一段时间质点P会运动到点 C．图示时刻、P两点间的高度差为 D．图中点稳定振动后的振幅为0.8m 【答案】AB 【详解】AD．稳定的鱼鳞区域是干涉图样，波峰遇波峰振动加强，波谷遇波谷振动也加强，波峰遇波谷振动才减弱，因此O、P、Q、M点所在的直线上都是振动加强点，点稳定振动后的振幅为 故A错误，D正确； B．稳定干涉图样中的加强点并不是始终在波峰处，波是向前行进的，如图乙中的点暂时处于平衡位置，即将向下振动，波动传播的只是振动形式和能量，介质中的质点不随波迁移，因此一段时间后质点不会运动到点，故B错误； C．由于两列波的振幅均为，叠加的结果使点在平衡位置上方处，而点在平衡位置下方处，故图示时刻、两点间的高度差为，故C正确。 本题选错误的，故选AB。 10．（本题6分）如图所示，一列简谐横波沿x轴传播，在时刻和时刻的波形分别如图中实线、虚线所示。已知波的振动周期大于，则（　　） A．处质点的振动方程可能为 B．波源的振动周期可能为 C．若波沿x轴负方向传播，处质点在内通过的路程为 D．波的传播速度可能为 【答案】BC 【详解】AB．若波沿x轴正方向传播，则 因为波的振动周期大于，则n取0，周期 题图知振幅A为2cm，则处质点的振动方程 若波沿x轴负方向传播，则 因为波的振动周期大于，则n取0，周期 则处质点的振动方程 故A错误，B正确； C．若波沿x轴负方向传播，则周期为，则处质点在内通过的路程 故C正确； D．图像可知波长为4m，若波沿x轴正方向传播，当n取1时，周期为0.4s，波速 但由于周期要大于0.5s，不符合题意，故D错误。 故选BC。 三、填空题 11．（本题6分）如图，在发波水槽中产生一列水波，将一支圆珠笔插入水中，可以观察到圆珠笔对波的传播几乎没有影响，这种现象叫做波的_____现象，明显产生这种现象的条件是________。 【答案】 衍射 障碍物（或狭缝、小孔）的尺寸与波长相差不多或比波长小 【详解】[1]水波绕过圆珠笔继续传播的现象是波的衍射； [2]若要发生明显的衍射，需要障碍物（或狭缝、小孔）的尺寸与波长相差不多或比波长小。 12．（本题6分）两列波的频率相等是产生波的干涉的________条件（选填“充分”、“必要”或“充要”）。右图是两列同频率水波叠加时所获得的干涉图样照片，其中A点________（选填“是加强点”、“是减弱点”或“既不是加强点也不是减弱点”）。    【答案】 必要 是加强点 【详解】[1]两列波频率相等、相位差恒定，振动方向一致，波才能发生干涉，可知两列波的频率相等，波不一定能发生干涉，波能发生干涉，两列波的频率一定相等，故两列波的频率相等是产生波的干涉的必要条件； [2]A点位于水面两激烈振动区域的连线上，激烈振动区域是振动加强点，故A点是振动加强点。 13．（本题6分）一列简谐横波沿轴正向传播，分别为平衡位置在和的两个质点，两质点的振动完全相反，质点的振动方程为时刻，两质点均位于平衡位置且两质点间有两个波峰，则波的传播速度大小为_____，质点比质点振动滞后_____，当质点开始起振时，质点运动的路程为_____。 【答案】 10 0.6 0.6 【详解】[1]由于时刻均在平衡位置的两质点的振动方向相反点向下，点向上），两质点间只有两个波峰，因此 解得 由振动方程可知， 因此波传播的速度大小 [2]质点比质点振动滞后 [3]当质点开始起振时，质点运动的路程为 四、解答题 14．（本题10分）为了保护海洋环境，某中学的学生在专业人员的带领下，去海边清理海洋垃圾，有学生观察到一列沿海面传播的水波（视为横波），在波的传播方向上相距的两处分别有漂浮的垃圾A和垃圾B，垃圾A、B随波上下运动（视为简谐运动），某时刻垃圾A在波峰时，垃圾B恰好运动到平衡位置。该同学记录的垃圾A的振动图像如图所示。 (1)求水波振动的振幅和波长； (2)若垃圾A、B之间（不含A、B）只有一个波谷，求这列水波的波速大小。 【答案】(1)50cm， (2)， 【详解】（1）由图像可得振幅为50cm，由题意可知   解得 （2）A、B间只有一个波谷，故或2，则或 由图像可得周期，则波速 可得或 15．（本题12分）一列简谐横波沿轴正方向传播，时刻的波形如图甲所示，A、B、C是介质中的三个质点，时刻该波刚好传播到B点，质点A的振动图像如图乙所示，求： (1)该列简谐横波的传播速度大小； (2)从时刻起，经过多长时间质点C第二次到达波谷。 【答案】(1)20m/s (2)1.9s 【详解】（1）由甲图可知，该列简谐横波的波长，周期 由 知该列简谐横波的传播速度 （2）当时刻平衡位置的质点振动形式匀速传到质点点时，质点第一次到达波谷，由， 解得 故质点第二次到达波谷所需时间 另解：因为简谐横波沿轴正方向传播，且振动形式是由近向远匀速传播 所以，时刻质点沿轴正方向起振 质点的振动形式传到质点所需时间 质点起振后到第二次到达波谷所需时间 故总 即经过1.9s时间，质点第二次到达波谷。 16．（本题14分）如图甲所示，均匀介质中波源P、Q的平衡位置位于x轴上，坐标分别为xP = 0、xQ = 14.0m。质点M的平衡位置坐标为xM = 6.0m。t = 0时刻，波源P、Q开始振动，振动图像分别如图乙、丙所示。波源P产生的简谐横波沿x轴正方向传播，波源Q产生的简谐横波沿x轴负方向传播，波速均为v = 1.0m/s。求： (1)波源P产生的简谐横波的波长； (2)质点M在t = 7.5s时刻偏离平衡位置的位移大小； (3)0 ~ 10.0s内，质点M运动的路程。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）由图乙可知波源P产生的简谐横波的周期，波速均为 故波长满足 （2）波源P产生的简谐横波所需时间 波源Q产生的简谐横波所需时间 故时，波源Q产生的波还未到达质点M；质点M仅参与了波源P的振动，且振动了 故由图乙可知，质点M在时刻处于波谷，偏离平衡位置的位移为 （3）在前内，由于波源P、Q的振动还未传到质点M，故质点M运动的路程 在6.0s ~ 8.0s内，质点M仅参与了波源P引起的振动，振幅，且振动了1个周期的时间，故质点M运动的路程 在8.0s时刻，波源P在质点M引起的振动方向向上，波源Q在质点M引起的振动方向向下，故质点M为振动减弱点，振幅为P、Q振幅各自振幅、的差值，即 故8.0s ~ 10.0s内，质点M振动了1个周期的时间，运动的路程 故质点M运动的路程为 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 2 / 2 $