第十二章　机械波B综合拓展一遍过（2020一遍过·物理选修3-4RJ）

第十二章机械波,物理选修3-4RJ,一、选择题(每小题6分,共48分)1.(多选)2019山东青岛二中期末考试下列关于机械波的说法正确的是()A.一列声波由空气传播到水中,频率和波长都发生变化B.火车鸣笛时驶向观察者,观察者听到的鸣笛声频率比声源发出的频率高C.在波动中,振动相位总是相同的两个质点间的距离称为波长D.对于同一障碍物,波长越长的波越容易发生明显衍射现象,答案,1.BD【解题思路】一列声波由空气传播到水中,频率不变,波速变大,由v=f知波长变长,故A错误;火车鸣笛时驶向观察者,根据多普勒效应,观察者听到的鸣笛声频率比声源发出的频率高,故B正确;在波动中,相邻的振动相位总是相同的两个质点间的距离称为波长,故C错误;波长越长,波的波动性越强,对于同一障碍物,波长越长的波越容易发生明显衍射现象,故D正确。,2.关于多普勒效应,下列说法正确的是()A.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化B.产生多普勒效应的原因是观察者的听力出现了问题C.甲、乙两列车相向行驶,两车均鸣笛,且所发出的笛声频率相同,那么乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他听到的乙车笛声频率D.将哈勃太空望远镜接收到的来自遥远星系上的某种原子光谱,与地球上同种原子的光谱相比较,光谱中各条谱线的波长均变长(称为哈勃红移),这说明该星系正在远离我们而去,答案,2.D【解题思路】产生多普勒效应的原因不是波源频率发生了变化,而是观察者相对波源的位置变化引起了听觉频率的变化,故选项AB错误;甲、乙两列车相向行驶,两车均鸣笛,且发出的笛声频率相同,那么乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率高于他听到的乙车笛声频率,选项C错误;将哈勃太空望远镜接收到的来自遥远星系上的某种原子光谱,与地球上同种原子的光谱相比较,光谱中各条谱线的波长均变长(称为哈勃红移),即频率变小,这说明该星系正在远离我们而去,选项D正确。,3.(多选)2019浙江余姚中学月考如图所示,波源在O点的一列简谐横波沿x轴正方向传播,波速为10m/s。此时x=18m处的质点刚好起振,且质点P和Q的位移分别为1cm和-1cm。则()A.波源的起振方向沿y轴正方向B.P和Q两质点的速度相同C.P质点再经过0.5s回到平衡位置D.再经过10s,x=115m处的质点恰好在波谷处,答案,3.AC【解题思路】因为所有质点做的都是受迫振动,重复波源的振动,此时x=18m处的质点刚好起振,且波向x轴正方向传播,通过微平移法,可以判断x=18m处的质点向上振动,所以波源的起振方向沿y轴正方向,A正确;因为波向x轴正方向传播,通过微平移法,可以判断,P点速度向上,Q点速度向下,故P、Q两点速度方向不同,B错误;P点的纵坐标为1cm,而振幅为2cm,可以判断P点对应的正弦角度为512,可以判断P点的横坐标是5m;P点运动到平衡位置,只需将波源此时的振动传过来就可以,故t=510s=0.5s,C正确;再过10s,波向前传播x=vt=100m,故115m处的质点应该和此时15m处的质点振动相同,此时15m处的质点处于波峰,所以115m处质点应处于波峰,D错误。,4.(多选)2019天津一中期中考试一列简谐横波沿x轴传播,图(a)为t=1s时的波形图象,N、P、Q为介质中x=1m、x=2m和x=3m处的三个质点,图(b)为某质点的振动图象,由图象可知,下列说法正确的是()图(a)图(b)A.该简谐横波一定沿x轴正方向传播,速度大小为1m/sB.图(b)不可能是质点P的振动图象C.t=2s时,质点P的速度一定最大,且一定沿y轴负方向D.t=3s时,质点Q的速度一定最大,且一定沿y轴负方向,答案,4.BC【解题思路】根据振动图象可知,t=1s时质点经平衡位置向y轴正方向振动,若题图(b)是N点的振动图象,则根据平移法可判断,波向x轴负方向传播,A错误;因为题图(b)显示t=1s时质点经平衡位置向y轴正方向振动,而P点此时正在波峰位置,所以题图(b)不可能是质点P的振动图象,B正确;根据题图(b),可以求出质点振动周期T=4s,t=1s时P处于波峰,t=2s时,即过14T,P一定过平衡位置速度最大,向y轴负方向运动,C正确;若波向x轴负方向传播,t=3s时,即再过半个周期,Q到平衡位置且向y轴正方向运动,D错误。,5.(多选)2019江苏南京一中期末考试如图所示,图线为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t=0时的波形图,t=1s时,Q点在t=0时的振动状态传到了P点,则()A.t=1s时,1cmx2cm范围内的质点正在向y轴正方向运动B.t=1s时,2cmx3cm范围内的质点正在向y轴正方向运动C.此波的传播速度为(4n+3)cm/s,n=0、1、2、D.t=1s时质点Q正在波谷位置,加速度沿y轴的负方向,答案,5.AC【解题思路】当Q点在t=0时的振动状态(通过平衡位置向上振动)传到P点时,平衡位置在x=0处质点在波谷,平衡位置在x=2cm处质点在波峰,则1cmx2cm范围内的质点向y轴的正方向运动,2cmx1s,所以n=0,则T=43s,故A错误;N的速度与波传播速度不同,在t=13s时,N的速度不一定等于2m/s,故B错误;波传播过程中质点M不向前移动,M点只上下振动,故C错误;从t=13s到t=23s,即从14T到12T,M点正从波峰向平衡位置运动,动能逐渐增大,故D正确。,7.(多选)如图所示为甲、乙两列简谐横波在同一绳上传播时某时刻的波形图,甲波向右传播,乙波向左传播。质点M位于x=0.2m处,则()A.这两列波不会发生干涉现象B.质点M的振动总是加强C.质点M将做振幅为30cm的简谐运动D.由图示时刻开始,再经过14甲波周期,质点M将位于波峰,答案,7.BC【解题思路】两列简谐横波在同一均匀介质内传播,波速相等,由题图可知两列波的波长相等,由v=f可知,频率相等,所以两列波能产生干涉现象,选项A错误;从题中图示时刻开始,再过14周期,质点M处在两列波的波谷与波谷相遇处,振动总是加强,振幅等于两列波振幅之和,为A=20cm+10cm=30cm,则质点M将做振幅为30cm的简谐运动,选项BC正确;从题中图示时刻开始,两波中质点M都将沿y轴负向运动,经过14甲波周期,质点M会到达波谷,选项D错误。,8.(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,周期为T。在t=0时的波形如图所示,波上有P、Q两点,其纵坐标分别为yP=2cm、yQ=-2cm,下列说法正确的是()A.P点的振动形式传到Q点需要2B.P、Q在振动过程中,位移的大小总相等C.在54内,P点通过的路程为20cmD.经过38,Q点回到平衡位置,答案,8.AB【解题思路】由题图可看出,P、Q两点所对应的平衡位置间的距离等于半个波长,因简谐横波传播过程中,在一个周期内传播一个波长,则P点的振动形式传到Q点需要2,P、Q两点的振动情况总是相反,所以在振动过程中,它们的位移大小总是相等,故AB正确。若图示时刻P点在平衡位置或最大位移处,在54T内P点通过的路程为s=5A=54cm=20cm,而实际上图示时刻,P点不在平衡位置或最大位移处,所以在54T内,P点通过的路程不是20cm,故C错误。图示时刻Q点向下运动,速度减小,所以从图示位置运动到波谷的时间大于8,再从波谷运动到平衡位置的时间为4,所以经过38T,Q点没有回到平衡位置,故D错误。,二、非选择题(共22分)9.(10分)2019上海市北虹高级中学期中考试弹性绳沿x轴放置,左端位于坐标原点,用手握住绳的左端,当t=0时使其开始沿y轴做振幅为8cm的简谐振动。在t=0.5s时,绳上形成如图所示的波形。求:(1)该波的波长、周期和波速;(2)从图示时刻起,位于x2=45cm处的质点N恰好第三次沿y轴正方向通过平衡位置所需的时间。,答案,9.答案:(1)0.2m2s0.1m/s(2)9s解:(1)题图中看出,t=0至t=0.5s波向前传播了0.05m,则根据波形图有14=0.05m,14T=0.5s(2分)根据波长、频率和波速的关系有v=,联立解得=0.2m,T=2s,v=0.1m/s(3分)(2)x2=45cm的质点N距离题图中波的最前端为40cm即s=0.4m,因此从题图中波形至N刚开始振动需要时间为t1=4s(2分)点N从起振至恰好第三次沿y轴正方向通过平衡位置的时间为t2=12T+2T=5s,需要总时间为t=t1+t2,联立解得t=9s(3分),10.(12分)如图(a)所示,相距d=20m的波源A、B,在t=0时同时开始振动,波源A只振动了半个周期,其振动图象如图(b)所示;波源B连续振动,其振动图象如图(c)所示。两列简谐横波的传播速度都为v=1.0m/s。求:(1)022s内,波源A右侧1m处的质点C经过的路程;(2)016s内,从波源A发出的半个波传播过程中遇到波峰的个数。,答案,10.答案:(1)128cm(2)6解:(1)设波源A产生的波传到C的时间为t0,有t0=1s(1分)波源B的振动传播到C点的时间t0=19s(1分)则波源A引起的质点C振动的路程为s1=2A1=8cm(2分)19s之后的3s,波源B引起的质点C振动的路程为s2=324A2=120cm(2分)所以,在022s内质点C经过的路程s=s1+s2=128cm(1分)(2)16s内两列波相遇后相对运动的长度为l=lA+lB-d=2vt-d=12m(2分)B波的波长为B=vTB=2m(1分)波源A发出的波传播过程中遇到波峰的个数为n=6(2分),物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。本章通过学习机械波的形成与传播,了解波动的特征,认识波的反射、折射、干涉及衍射现象,体会其在生产生活中的应用,加深同学们对物理世界的认识和理解。拓展试题主要是机械波的传播的应用。,1.2019四川巴蜀中学期末考试,“物理观念”素养下列现象属于机械波的是()A.风吹过麦田时形成的滚滚麦浪B.船驶过平静的湖面,湖面上形成的水波C.团体操中演员们此起彼伏形成的人浪D.在船摇晃时,船上的乘客也左右摇晃,答案,1.B【解题思路】当物体的某一部分发生振动时,其余各部分由于质点的相互作用也会相继振动起来,物体本身没有相应的移动,所以麦浪的运动不是波,故A错误;水波是由于水之间相互带动而传播的,故属于波,故B正确;人浪是由于演员有节奏的起立和下蹲形成的,没有振动形式的传播和带动,故C错误;乘客左右摇晃为机械振动,不是机械波,故D错误。,2.(多选)“科学推理”素养B超成像的基本原理就是向人体发射一组超声波,超声波遇到人体组织会产生不同程度的反射,通过探头发送和接收超声波信号,经过计算机的处理,形成B超图像(如图甲所示)。图乙为沿x轴正方向发送的超声波图象,已知超声波在人体内传播速度约为1500m/s,下列说法正确的是()A.此超声波的频率约为1.25105HzB.图乙中质点A在此后的1s内运动的路程为1500mC.图乙中质点B此时沿y轴负方向运动D.图乙中质点A、B两点加速度相同,答案,2.AC【解题思路】由题图乙读出波长=12mm=1.210-2m,由v=f得频率f=1.25105Hz,故A正确;质点A振动的周期为T=1=810-6s,因为t=1s=1.25105T,所以质点A在1s内运动的路程为s=1.251054A=2000m,故B错误;由上下坡法知,此时质点B正向y轴负方向运动,故C正确;质点A、B位移大小相同,方向相反,则加速度方向相反,大小相同,故D错误。,3.(多选)“科学推理”素养如图所示为在同一绳上传播的两列简谐横波在t=0时刻的波形图,已知甲波向左传,乙波向右传,请根据图中信息判断以下说法正确的是()A.由于两波振幅不等,故两列波相遇时不会发生干涉现象B.两列波同时传到坐标原点C.x=0.2cm处的质点开始振动时的方向沿+y方向D.两列波相遇时会发生干涉且x=0.5cm处为振动加强的点,答案,3.BCD【解题思路】两波振幅不等,但频率相等,满足干涉的条件,故两列波相遇时会发生干涉现象,故A错误;由于波速相等,所以两列波同时传到坐标原点,故B正确;甲波向左传播,图中x=0.5cm处质点的振动方向沿+y方向,所以x=0.2cm处的质点开始振动时的方向沿+y方向,故C正确;两列波相遇时会发生干涉,两列波的波谷或波峰同时传播到x=0.5cm处,则该处是振动加强的点,故D正确。,4.(多选)2019陕西宝鸡中学期中考试,“科学推理”素养两列波速相同的简谐横波在同一介质中沿x轴相向传播,实线波的频率为3Hz,振幅为10cm,虚线波的振幅为5cm。t=0时,两列波在如图所示区域内相遇,则()A.两列波在相遇区域内会发生干涉现象B.实线波和虚线波的频率之比为3：2C.实线波和虚线波的波长之比为3：2D.t=16s时,x=9m处的质点实际振动方向向上,答案,4.BD【解题思路】实线波的波长为1=4m,虚线波的波长为2=6m,它们在同一种介质中传播时的波速相等,由波速公式v=f得,实线波和虚线波的频率之比为f1：f2=2：1=3：2,两列波的频率不同,不能发生干涉现象,故AC错误,B正确。波速v=1f1=43m/s=12m/s,则在16s时间内波传播的距离x=vt=2m=121=132,实线波单独传播时,在t=16s时,x=9m处的质点到达波谷,振动速度为零。虚线波单独传播时,在t=16s时,x=9m处的质点振动方向向上,则根据波叠加原理可知t=16s时,x=9m处的质点振动方向向上,故D正确。,5.2019浙江学军中学期末考试,“科学推理”素养一列向右传播的简谐横波,当波传到x=2.0m处的P点时开始计时,该时刻波形如图所示,t=0.9s时,观察到质点P第三次到达波峰位置,下列说法正确的是()A.波速为0.5m/sB.经1.4s质点P运动的路程为35cmC.t=1.6s时,x=4.5m处的质点Q第三次到达波谷D.与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率可能为5Hz,答案,5.C【解题思路】简谐横波向右传播,由波形平移法知,各点的起振方向为竖直向上,t=0.9s时,P点第三次到达波峰,即有(2+14)T=0.9s,得T=0.4s,波长为=2m,所以波速v=5m/s,故A错误;t=1.4s相当于3.5个周期,每个周期路程为4A=20cm,所以经过1.4s质点P运动的路程为s=3.54A=70cm,故B错误;经过t=4.525s=0.5s,波传到Q,经过2.75T,即再经过1.1s后Q第三次到达波谷,所以t=1.6s时,x=4.5m处的质点Q第三次到达波谷,故C正确;要发生干涉现象,另外一列波的频率与该波一定相同,即f=1=2.5Hz,故D错误。,6.(多选)2019浙江温州中学模拟考试,“科学本质”素养某同学注意到手机摄像头附近有一个小孔,查阅手机说明后知道手机内部小孔位置处安装了降噪麦克风。进一步翻阅技术资料得知:降噪麦克风通过降噪系统产生与外界噪音相位相反的声波,与噪音叠加从而实现降噪的效果。如图是理想情况下的降噪过程,实线对应环境噪声,虚线对应降噪系统产生的等幅反相声波。则()A.降噪过程实际上是声波发生了干涉B.降噪过程可以消除通话时的所有背景杂音C.降噪声波与环境噪声的传播速度相等D.P点经过一个周期传播的距离为一个波长,答案,6.AC【解题思路】由题图看出,降噪声波与环境声波波长相等,波速相等,则频率相同,叠加时产生干涉,由于两列声波等幅反相,所以振动减弱,起到降噪作用,故A正确;降噪过程不能消除通话时的所有背景杂音,只能消除与降噪声波频率相同的杂音,故B错误;机械波传播的速度由介质决定,则知降噪声波与环境噪声的传播速度相等,故C正确;P点并不随波移动,故D错误。,7.(多选)2019云南云天化中学期末考试,“科学推理”素养如图所示,一列横波在x轴上沿x轴正方向传播,实线表示t=0时刻的波形图,虚线是t=0.2s时刻的波形图,下列说法正确的是()A.质点的振动周期一定是0.8sB.该波的波速可能是10m/sC.t=0时刻,x=4m处的质点振动方向向上D.t=0.4s时刻,x=6m处的质点恰好位于波峰E.在00.2s时间内,x=4m处的质点运动的路程为5cm,答案,7.BCD【解题思路】0.2s内波向右传播的距离为x=8n+2(m),则波速v=8+20.2m/s=40n+10(m/s),当n=0时v=10m/s,选项B正确;周期为T=840+10s=420+5s(n=0、1、2、3、),则质点的振动周期不一定是0.8s,选项A错误;波沿x轴正方向传播,t=0时刻,x=4m处的质点振动方向向上,选项C正确;由波形图可知,t=0.4s时刻,在x=2m处的波峰恰能传到x=6m处,则此时x=6m处的质点恰好位于波峰,选项D正确;因为波的周期不一定是0.8s,则在00.2s时间内,不一定振动4,则x=4m处的质点运动的