高中物理 第十二章机械波16单元测试 新人教版选修3-4

第十二章单元检测本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分．满分100分，时间90分钟．第Ⅰ卷(选择题共40分)一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项符合题目要求，有些小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．下列说法正确的是( )A．要让放在河中的纸船逐渐靠近河岸，可向比纸船更远处掷石子形成水波B．两个在水中潜泳并且靠得较近的运动员也能利用语言交流，是声波在液体中传播的应用C．宇航员在宇宙飞船里，击打船壁引起机械振动，不能在飞船体外形成波D．以上说法全错答案：BC解析：在波的传播过程中，介质不随波迁移，A错；由于声波不仅能在气体中传播，也能在液体及固体中传播，B正确；太空为真空，因而飞船外不传播声波，C正确．2．某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s和9 km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(如图)．在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5 s开始振动，则( )A．P先开始振动，震源距地震仪约36 kmB．P先开始振动，震源距地震仪约25 kmC．H先开始振动，震源距地震仪约36 kmD．H先开始振动，震源距地震仪约25 km答案：A解析：由两种波的传播速率可知，纵波先传到地震仪，设所需时间为t，则横波传到地震仪的时间为t＋5.由位移关系可得4(t＋5)＝9t，t＝4 s，距离l＝vt＝36 km，故A正确．3．(2010·泉州七中高二检测)如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷．设两列波的振幅均为5cm，且在图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1m/s和0.5m.C点是BE连线的中点，下列说法不正确的是( )A ．C 、E 两点都保持静止不动B ．图示时刻A 、B 两点的竖直高度差为20cmC ．图示时刻C 点正处在平衡位置且向水面运动D ．从图示的时刻起经0.25s 后，B 点通过的路程为20cm答案：A4．噪声会对人的心理、生理、生活与工作带来严重影响，通常用声强级L 1＝10lg I I 0(单位为dB )来表示噪声的大小．式中I 为声强，单位是W /m 2；I 0＝10－12W /m 2是人刚好能听到的声音强度．我国规定工作环境的噪声一般应低于85dB ，则以下最接近该标准的声强是( )A ．10－1W /m 2B ．10－2W /m 2C ．10－4W /m 2D ．10－6W /m 2 答案：C解析：由题意85＝10 lg I I 0，则I I 0＝108.5，可得I ＝10－3.5 W/m 2，选C. 5．(2009·沈阳高二检测)如图所示，虚线和实线分别为甲乙两个弹簧振子做简谐运动的图象，已知甲乙两个振子质量相等，则( )A ．甲乙两振子的振幅分别为2cm 、1cmB ．甲、乙两个振子的相位差总为πC ．前2秒内甲乙两振子的加速度均为正值D ．第2秒末甲的速度最大，乙的加速度最大答案：AD解析：两振子的振幅A 甲＝2cm ，A 乙＝cm ，A 对；两振子的频率不相等，相位差为一变量，B 错；前2秒内，甲的加速度为负值，乙的加速度为正值，C 错；第2s 末甲在平衡位置，速度最大，乙在最大位移处，加速度最大，D 对．6．(2010·浙江温州高二联考)一列简谐横波沿x 轴负方向传播，波速为v ＝4 m/s.已知坐标原点(x ＝0)处质点的振动图象如图所示(a)，在下列4幅图中能够正确表示t ＝0.15 s 时的波形的图是( )答案：A解析：λ＝vT ＝1.6m由振动图象知在t ＝0.15s 时刻，质点处于平衡位置上方且正在向下运动，结合机械波沿x 负方向传播可得A 选项正确． 7．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8LB ．周期为23Δt ，波长为8L C ．周期为23Δt ，波速为12L ΔtD ．周期为Δt ，波速为8L Δt 答案：BC解析：因质点开始振动方向向下，故经Δt 时间第一次出现图示波形时，质点1和质点9之间恰好是一个波长，说明波由质点1传播到质点9需要一个周期的时间，但质点9刚开始振动的方向是向下振动，而波形图中质点9是向上振动的，说明波传播到质点9后又振动了半个周期，故有32T ＝Δt ，T ＝23Δt ，由图知，λ＝8L ，由v ＝λT 得，v ＝12L Δt，故BC 正确． 8．一列简谐横波沿直线传播，该直线上的a 、b 两点相距4.42 m ，图中实、虚两条曲线分别表示平衡位置在a 、b 两点处质点的振动曲线．从图示可知( )A ．此列波的频率一定是10 HzB ．此列波的波长一定是0.1 mC ．此列波的传播速度可能是34 m/sD ．a 点一定比b 点距波源近答案：AC解析：由振动曲线知T ＝0.1 s ，故f ＝1T＝10 Hz ，A 正确．若波经a →b ，则Δt 1＝0.1k ＋0.03.若波经b →a ，则Δt 2＝0.1k ＋0.07.由v 1·Δt 1＝s ab 和v 2·Δt 2＝s ab ，取k ＝0,1,2……可知C 正确，B 、D 错．9．(2008广东模拟)如下图所示，沿x 轴正方向传播的一列简谐横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200 m/s ，下列说法中正确的是( )A ．从图示时刻开始质点a 的加速度将减小B ．从图示时刻开始，经过0.01 s ，质点a 通过的路程为0.4 mC ．若此波遇到另一列波并发生稳定的干涉现象，则另一列波的频率为50 HzD ．若该波传播过程中遇到宽约4 m 的障碍物，则会发生明显的衍射现象答案：ABCD解析：a 点在最大位移处，下个时刻向平衡位置运动，位移减小，所以加速度将减小，A 正确；由波的图象可知波长λ＝4 m ，T ＝λv ＝4200s ＝0.02 s,0.01 s 为半个周期，所以经过0.01 s ，a 点经过的路程为2A ＝0.4 m ，B 正确；发生稳定干涉，所以另一列波的频率与该波频率相同，为50 Hz ，C 正确；障碍物的尺寸与该波波长相同，能发生明显衍射，D10．(2008辽宁大连模拟)一列简谐横波以1 m/s 的速率沿绳子由A 向B 传播，质点A 、B 间的水平距离x ＝3 m ，如图甲所示．若t ＝0时，质点A 刚从平衡位置开始向上振动，其振动图如图乙所示．则B 点的振动图象为下面四个图中的( )答案：B解析：该波由A 传到B 所需时间为t ＝x v＝3 s ，所以质点B 在t ＝3 s 时才开始振动，且振动情况重复质点A 的振动，即振动方向为由平衡位置向上振动．故选B.第Ⅱ卷(非选择题 共60分)二、填空题(共4小题，共20分．把答案直接填在横线上)11．(4分)在做水波通过小孔衍射的演示实验时，激发水波的振子振动频率为5Hz ，水波在水槽中传播速度为0.05m/s ，为使实验效果更明显，使用小孔直径d 应________m.答案：≤0.01 解析：由发生明显衍射现象的条件知，当d ≤λ时满足要求，由v ＝λf 得λ＝v f ＝0.055m ，因为d ≤λ，所以d ≤0.01m.12．(5分)如图是一列沿x 正向传播的简谐横波在传播方向上相距3m 的两质点P 和Q 的振动图象，其实线是P 点的振动图象，虚线是Q 点的振动图象，若P 质点离波源比Q 质点近，则该波的最大波长为________m ，若Q 质点离波源比P 点近，则该波的最大波长是________m.答案：4m 12m解析：由同一时刻P 、Q 两点的位移，画出P 、Q 间的波形图．由图可知t ＝0时，P 在正向最大位移处，Q 在平衡位置且向负向运动．若P 质点离波源近，则P 、Q 间的波形如图1所示，有34λ＝3，λ＝4m ；若Q 质点离波源近，则P 、Q 间的波形如图2所示，则有14λ＝3，13．(5分)一列间谐横波，沿x 轴正向传播．位于原点的质点的振动图象如图甲所示．①该振动的振幅是________cm ；②振动的周期是________s ；③在t 等于14周期时，位于原点的质点离开平衡位置的位移是________cm.图乙为该波的某一时刻的波形图，A 点位于x ＝0.5 m处．④该波的传播速度为________m/s ；⑤经过12周期后，A 点离开平衡位置的位移是________cm.答案：①8 ②0.2 ③0 ④10 ⑤－814．(6分)如右图所示，在y 轴上的Q 、P 两点的位置上有两个频率相同，振动方向相同的振源，它们激起的机械波的波长为2 m ，Q 、P 两点的纵坐标为：y Q ＝6 m ，y P ＝1 m ，那么在x 轴上，从正无穷到负无穷的位置上，会出现振动减弱的区域有________个．答案：5个解析：因为两波源的波程差为半波长的奇数倍时，是减弱点，在正下方相遇波程差最大，QX 1－PX 1＝6－1＝5＝2.5λ 即坐标为(0,0)处有一个减弱点．越向x 轴的左右两侧Δx 越小，QX 2－PX 2＝1.5λ，有两个减弱点：QX 3－PX 3＝0.5λ.又有两个减弱点，故答案为5个点．三、论述·计算题(共4小题，共40分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)15．(9分)(2010·辽师大附中高二检测)图中的实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线．经0.2s 后，其波形如图中虚线所示．设该波的周期T 大于0.2s ，求：(1)由图中读出波的振幅和波长；(2)如果波向右传播，波速是多大？波的周期是多大？(3)如果波向左传播，波速是多大、波的周期是多大？答案：(1)10cm ；0.24cm (2)0.9m/s ；0.27s(3)0.3m/s ；0.8s解析：(1)振幅A ＝10cm ；波长λ＝0.24cm(2)波向右传播：波速v 1＝Δx 1t ＝0.180.2m/s ＝0.9m/s 34T 1＝t ，周期T 1＝43t ＝43×0.2s≈0.27s (3)波向左传播：速度v 2＝Δx 2t ＝0.060.2m/s ＝0.3m/s 14T 2＝t ，周期T 2＝4t ＝4×0.2s＝0.8s 16．(9分)某实验室中悬挂着一弹簧振子A 和一单摆B ，弹簧振子的弹簧和小球(球中间有孔)都套在固定的光滑竖直杆上．某次有感地震中观察到静止的振子A 开始振动4.0 s 后，单摆B 才开始摆动．此次地球中同一震源产生的地震纵波和横波的波长分别为10 km 和5.0 km ，频率为1.0 Hz.假设该实验室恰好位于震源的正上方，求震源离实验室的距离．答案：40 km解析：设地震纵波和横波的传播速度分别为v p 和v S ，则v p ＝fλp ①v S ＝fλS ②式中，f 为地震波的频率，λp 和λS 分别表示地震纵波和横波的波长．设震源离实验室的距离为s ，纵波从震源传播到实验室所需时间为t ，则s ＝v p t ③s ＝v S (t ＋Δt )④式中，Δt 为摆B 开始摆动的时刻与振子A 开始振动的时刻之差．由①②③④式得s ＝fΔt1λS －1λp⑤代入数据得s ＝40km⑥17．(10分)(2009·山东)下图为一简谐波在t ＝0时刻的波形图，介质中的质点P 做简谐运动的表达式为y ＝A sin5πt ，求该波的速度，并画出t ＝0.3s 时的波形图(至少画出一个波长)答案：10 m/s 波形图见解析解析：由简谐运动表达式可知ω＝5π，t ＝0时刻质点P 向上运动，故波沿x 轴正方向传播．由波形图读出波长λ＝4m ，T ＝2πω① 由波速公式v ＝λT②联立①②式，代入数据可得v ＝10 m/s③ t ＝0.3 s 时的波形图如图所示．18．(12分)有两列简谐横波a 、b 在同一媒质中沿x 轴正方向传播，波速均为v ＝2.5m/s.在t ＝0时，两列波的波峰正好在x ＝2.5m 处重合，如图所示．(1)求两列波的周期T a 和T b .(2)求t ＝0时，两列波的波峰重合处的所有位置．(3)辨析题：分析并判断在t ＝0时是否存在两列波的波谷重合处．某同学分析如下：既然两列波的波峰存在重合处，那么波谷与波谷重合处也一定存在．只要找到这两列波半波长的最小公倍数，……，即可得到波谷与波谷重合处的所有位置．你认为该同学的分析正确吗？若正确，求出这些点的位置．若不正确，指出错误处并通过计算说明理由．答案：(1)1 s ；1.6 s (2)x ＝(2.5±20k ) m ，k ＝0,1,2,3…… (3)不正确解析：(1)从图中可以看出两列波的波长分别为λa ＝2.5 m ，λb ＝4.0 m ，因此它们的周期分别为T a ＝λa v ＝2.52.5 s ＝1 s T b ＝λb v ＝4.02.5s ＝1.6s (2)两列波的最小公倍数为S ＝20 m ，t ＝0时，两列波的波峰重合处的所有位置为 x ＝(2.5±20k ) m ，k ＝0,1,2,3，……(3)该同学的分析不正确．要找两列波的波谷与波谷重合处，必须从波峰重合处出发，找到这两列波半波长的奇数倍恰好相等的位置．设距离x ＝2.5 m 的L 处两列波的波谷与波谷相遇，并设L ＝(2m －1)λa 2 L ＝(2n －1)λb 2式中m 、n 均为正整数 只要找到相应的m 、n 即可将λa ＝2.5 m ，λb ＝4.0 m 代入并整理，得2n －12m －1＝λa λb ＝4.02.5＝85由于上式中，m 、n 在整数范围内无解，所以不存在波谷与波谷重合处．。