教科版 高中物理 选修3-4 第二章 机械波 寒假复习题(解析版)

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教科版高中物理选修3-4 第二章机械波寒假复习题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。

分卷I
一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.在y轴上的A、B两点有两个频率和振动方向都相同的声源，它们激起的声波的波长为2 m，A、B两点的坐标分别为(0, ＋6)和(0，－1)，如图所示，则在x轴上(除无穷远)有几处声音特别强的点()
A． 6处
B． 4处
C． 5处
D．无数处
【答案】B
【解析】在x轴上距离两点距离差的范围是0<Δx≤5，当距离差为波长整数倍的时候为振动加强点，因此距离差为2 m、4 m时为振动加强点，根据对称性可知负半轴上也有两个点为加强点，故选B. 2.在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子的振动频率是5 Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔直径d应为()
A． 10 cm
B． 5 cm
C．d≥1 cm
D．d＜1 cm
【答案】D
【解析】在水槽中激发的水波波长为λ＝＝m＝0.01 m＝1 cm.若要在小孔后产生明显的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长或与波长相差不多．
3.如图所示，实线为简谐波在时刻t的图像，虚线为简谐波经Δt时间后的图像，则下列说法中正确的是()
A．这列简谐波一定沿x轴正向传播
B．这列简谐波一定沿x轴负向传播
C．实线上的质点a经过Δt时间后位于虚线上a1位置
D．实线上的质点a经过Δt时间后位于虚线上a2的位置
【答案】D
【解析】经Δt时间后的波形可能是t时刻的波形向右平移(向右传播)得到的，也可能是向左平移(向左传播)得到的，根据题意无法判断，A、B错误；波上质点在平衡位置上下两侧振动，并不随波迁移，故C错误，D正确．
4.如图是观察水波衍射的实验装置．AB和CD是两块挡板，BC是两块挡板之间的空隙，O为水波的波源，图中已画出波源附近区域波的传播情况，实线波纹表示波峰．关于水波经过BC空隙之后的传播情况，下列说法中正确的是()
A．观察不到明显的衍射现象
B．水波经过空隙BC后波纹间距变小
C．若保持波源的频率不变，而增大空隙BC的宽度，有可能观察不到明显的衍射现象
D．若保持空隙BC的宽度不变，而增大波源的频率，可以观察到更加明显的衍射现象
【答案】C
【解析】因为波长与孔的尺寸差不多，所以能够观察到明显的衍射现象，故A错误；波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等，故B错误；如果将孔BC扩大，孔的尺寸大于波的波长，可能观察不到明显的衍射现象，故C正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据λ＝知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，故D错误．
5.当火车匀速向我们驶来时，到达我们之前我们听到的音调将()
A．变高了
B．变低了
C．不变化
D．不能确定
【答案】A
【解析】由多普勒效应的成因，当波源与观察者互相接近时，接收到的频率变大，音调高．
6.关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()
A．如果波源停止振动，在介质中传播的波动也立即停止
B．物体作机械振动，一定产生机械波
C．波的传播速度即波源的振动速度
D．波动的频率，与介质性质无关，仅由波源的振动频率决定
【答案】D
【解析】振源停止振动时，由于惯性，其他振动质点并不立即停止振动，所以在介质中传播的波动并不立即停止，故A错误．
物体作机械振动，不一定产生机械波，还需要传播振动的介质，故B错误．
波在均匀介质中匀速传播，速度不变，而质点的振动速度随时间是周期性变化的，所以波的速度与振源的振动速度不同．波的传播速度与波源的振动速度无关，故C错误．
波在介质中传播的频率等于振源的振动频率，与介质性质无关，仅由振源决定，故D正确．
7.用手握住较长软绳的一端连续上下抖动，形成一列简谐横波．某一时刻的波形如图所示，绳上a、b两质点均处于波峰位置．下列说法正确的是()
A．a、b两点之间的距离为半个波长
B．a、b两点振动开始时刻相差半个周期
C．b点完成全振动次数比a点多一次
D．b点完成全振动次数比a点少一次
【答案】D
【解析】相邻的两个波峰之间的距离为一个波长，A错误．波在一个周期内向前传播的距离为一个波长，a点比b点早振动一个周期，完成全振动的次数也比b点多一次，故B、C错误，D正确．8.同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如图所示．以下说法正确的是()
A．声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线
B．声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线
C．水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线
D．空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线
【答案】A
【解析】波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同．但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质，与波的频率无关，声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度．由v＝λf知，声波在水中的波长应较大，对应于题图中波形曲线b，故只有A正确．
9.一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如图所示．P为介质中的一个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度v和加速度a的大小变化情况是()
A．v变小，a变大
B．v变小，a变小
C．v变大，a变大
D．v变大，a变小
【答案】D
【解析】从波的图像可以判断此时P点向上运动，正靠近平衡位置，做加速度逐渐减小的加速运动，故D项正确．
10.如图为一横波发生器的显示屏，可以显示出波由O点从左向右传播的图像，屏上每一小格长度为1 cm.在t＝0时刻横波发生器上能显示的波形如图所示．因为显示屏的局部故障，造成从水平位置A到B之间(不包括A、B两处)的波形无法被观察到(故障不影响波在发生器内传播)．此后的时间内，观察者看到波形相继传经B、C处，在t＝5.5 s时，观察者看到B处恰好第三次出现波谷，下列判断错误的是()
A．该波的振幅为10 cm
B．该波的波长为12 cm
C．该波的周期为2 s
D．在t＝5.5 s时，C处应显示为波峰
【答案】A
【解析】由图读出振幅A＝5 cm，故A错误．由图读出波长λ＝12 cm，故B正确；波由A传到B 的距离为波长，传到B所用时间为周期，则t＝5.5 s＝2T＋T，得到周期T＝2 s，故C正确；B、C平衡位置间距离为半个波长，振动情况总是相反，在t＝5.5 s时，B处恰好第三次出现波谷，则在t＝5.5 s时，C处应显示为波峰，故D正确．
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)如图所示，S是振源，MN是带孔的挡板，其中M固定，N可以上下移动，为了使原来不振动的A点振动起来，可采用的办法是()
A．增大S的振动频率
B．减小S的振动频率
C．N上移
D．N下移
【答案】BC
【解析】要使A振动起来，则S振动产生的波必须经小孔发生明显衍射，原来A未振动，说明孔的尺寸太大，所以应使孔减小，C选项正确；当然A未振动的另一个原因是波长太小，在v一定的前提下，要增大波长则必须减小S的振动频率，所以B正确．
12.(多选)两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇．下列说法正确的是()
A．波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|
B．波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2
C．波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移
D．波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅
【答案】AD
【解析】波峰与波谷相遇时，振幅相消，故实际振幅为|A1－A2|，故选项A正确；波峰与波峰相遇处，质点的振幅最大，合振幅为A1＋A2，但此处质点仍处于振动状态中，其位移随时间按正弦规律变化，故选项B错误；振动减弱点和加强点的位移随时间按正弦规律变化，选项C错误；波峰与波峰相遇时振动加强，波峰与波谷相遇时振动减弱，加强点的振幅大于减弱点的振幅，故选项D 正确．
13.(多选)在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点，相邻两质点的距离均为L，如图甲所示．一列横波沿该直线向右传播，t＝0时到达质点1，质点1开始向下运动，经过时间Δt第一次出现如图乙所示的波形，则该波的()
A．周期为Δt，波长为8L
B．周期为Δt，波长为8L
C．周期为Δt，波速为
D．周期为Δt，波速为
【答案】BC
【解析】由图知波长λ＝8L，简谐横波向右传播，图中质点9的振动向上，而波源1起振方向向下，所以质点9并非刚刚起振，而是已经振动了0.5T，则质点1振动了1.5T，即1.5T＝Δt，得到T＝
Δt，故B、C正确．
14.(多选)关于机械波的形成，下列说法中正确的是()
A．物体做机械振动，一定产生机械波
B．后振动的质点总是跟着先振动的质点振动，只是时间上落后一步
C．参与振动的质点都有相同的频率
D．机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递
【答案】BC
【解析】机械波的形成必须具备的两个条件：波源和介质，物体做机械振动，若其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A选项错误；任何一个振动的质点都是一个波源带动它附近的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后于前一质点，但振动频率相同，故B、C选项正确；形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近做往复运动，并不随波迁移，离振源较远处的质点振动的能量，是通过各质点的传递从波源获得，故D选项错误．
分卷II
三、计算题(共3小题, 共40分)
15.一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时刻的波形如图所示，介质中质点P、Q分别位于x＝2 m、x＝4 m处．从t＝0时刻开始计时，当t＝15 s时质点Q刚好第4次到达波峰．
(1)求波速．
(2)写出质点P做简谐运动的表达式(不要求推导过程)．
【答案】(1)1 m/s(2)y＝0.2sin(0.5πt) m
【解析】(1)从图示开始Q点还需要T到达波峰，所以3T＝15 s，解得T＝4 s
从图中可得λ＝4 m，所以v＝＝1 m/s
(2)ω＝＝0.5π，A＝0.2 m，该时刻位移为零，向上振动，所以有y＝0.2sin (0.5πt) m.
16.一列简谐横波沿x轴正向传播，传到M点时波形如图所示，再经过0.6 s，N点开始振动，
(1)则该波的波速等于多少？
(2)在此0.6 s内P点运动的路程是多少？
【答案】(1)10 m/s(2)2 m
【解析】(1)通过波传播的距离除以传播的时间求出波速．质点在一个周期内振动的路程为4A.波速v＝＝10 m/s.
(2)该波的波长λ＝4 m，则周期T＝＝0.4 s，一个周期内振动的路程为4A，波传播到P的时间t1＝＝0.2 s，所以在0.6内质点P振动的时间为0.4 s，即一个周期T，振动的路程为4A＝2 m.
17.如图所示，在同一均匀介质中有S1和S2两个波源，这两个波源的频率、振动方向均相同，且振动的步调完全一致，S1与S2之间相距为4 m，若S1、S2振动频率均为5 Hz，两列波的波速均为10 m/s，B点为S1和S2连线的中点，今以B点为圆心，以R＝BS1为半径画圆．
(1)该波的波长为多少？
(2)在S1、S2连线上振动加强的点有几个，它们距S1的距离为多少？
(3)在该圆周上(S1和S2两波源除外)共有几个振动加强的点？
【答案】(1)2 m(2)3个 1 m 2 m 3 m(3)6个
【解析】(1)由公式λ＝，
得λ＝＝2 m.
(2)S1、S2之间恰好有2个波长，由对称性可直接判断B点为加强点，A、B、C三点分别为S1、S2连线的等分点，由图形可知，AS2－AS1＝λ，CS1－CS2＝λ，故A与C两点也为加强点，故在S1、S2连线上有3个加强点分别为：
AS1＝＝1 m，BS1＝λ＝2 m，CS1＝λ＝3 m.
(3)A、B、C三点为振动加强的点，过A、B、C三点作三条加强线(表示三个加强区域)交于圆周上A1、A2、B1、B2、C1、C2六个点，显然这六个点也为加强点，故圆周上共有六个加强点．。