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- 2021-05-27 发布
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第1、2章《机械振动》《机械波》单元测试
(时间60分钟,满分100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分)
1.下列关于波的衍射的说法正确的是 ( )
A.衍射是一切波特有的现象
B.对同列波,缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显
C.只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发生衍射现象
D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大
解析:衍射是一切波特有的现象,故A正确,C错误;发生明显衍射现象是有条件的,
只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时,才能观察到明显的衍
射现象,所以B正确;声波的波长在1.7 cm到17 m之间,一般常见的障碍物或孔的
大小与之比较较小,正是由于声波的波长较长,声波才容易发生明显的衍射现象,即
D正确.
答案:ABD
2.一列向x轴正方向传播的简谐横波在t=0时的波形如图1
所示,A、B、C分别是x=0、x=1 m和x=2 m处的三个
质点.已知该波周期为4 s,则 ( )
A.对质点A来说,在第1 s内回复力对它做正功
B.对质点A来说,在第1 s内回复力对它做负功
C.对质点B和C来说,在第1 s内回复力对它们做功相同
D.对质点B和C来说,在第1 s内回复力对它们做功不同
解析:由波的传播方向向右可判断A、B、C三个质点的振动方向,四分之一周期内,
A质点远离平衡位置,回复力做负功,动能转化为势能;B向下振动,C向上振动,
回复力对B做正功,对C做负功.
答案:BD
3.一质点做简谐运动的图象如图2所示,下列说法正确的是 ( )
图2
A.质点振动频率是4 Hz
B.在10 s内质点经过的路程是20 cm
C.第4 s末质点的速度是零
D.在t=1 s和t=3 s两时刻,质点位移大小相等、方向相同
解析:根据振动图象可知:该简谐运动周期T=4 s,所以频率f==0.25 Hz,A错;
10 s内质点通过路程x=×4A=10A=10×2 cm=20 cm,B正确;第4 s末质点经
过平衡位置,速度最大,C错;在t=1 s和t=3 s两时刻,质点位移大小相等,方向
相反,D错.
答案:B
4.如图3所示,为一列简谐横波在某一时刻的波的图象,
A、B、C是介质中的三个质点.已知波是向x正方向传
播的,波速为v=20 m/s,下列说法中正确的是 ( )
A.这列波的波长是10 m
B.质点A的振幅为零
C.质点B此刻向y轴正方向运动
D.质点C再经过0.15 s通过平衡位置
解析:由图可知,λ=12 m,A错误;各质点的振幅均相同,均为0.4 cm,B错误;
此波沿x轴正方向传播,由“上下坡法”可判定,B此刻向y轴正方向运动,C正确;
由T==0.6 s,经过t=0.15 s=,C点刚好经过平衡位置,D正确.
答案:CD
5.如图4所示为一在光滑的水平面上振动的弹簧振子的振
动图象,弹簧的劲度系数为20 N/cm,在图中A点对应
的时刻 ( )
A.振子所受的弹力大小为0.5 N,方向指向x轴的负方向
B.振子的速度方向指向x轴的正方向
C.在0~4 s内振子做了1.75次全振动
D.在0~4 s内振子通过的路程为0.35 cm,位移为0
解析:由图可知A在t轴上方,位移x=0.25 cm,所以弹力F=-kx=-5 N,即弹力
大小为5 N,方向指向x轴负方向,选项A不正确;由图可知过A点作图线的切线,
该切线与x轴的正方向的夹角小于90°,切线斜率为正值,即振子的速度方向指向x
轴的正方向,选项B正确.由图可看出,t=0、t=4 s时刻振子的位移都是最大,且
都在t轴的上方,在0~4 s内完成两次全振动,选项C错误;由于t=0时刻和t=4 s
时刻振子都在最大位移处,所以在0~4 s内振子的位移为零,又由于振幅为0.50 cm,
在0~4 s内振子完成了两次全振动,所以在这段时间内振子通过的路程为2×4×0.50
cm=4 cm,故选项D错误.故答案为B.
答案:B
6.一频率为600 Hz的声源以20 rad/s的角速度沿
一半径为0.80 m的圆周做匀速圆周运动,一观察者站在离圆心
很远的P点且相对于圆心静止,如图5所示,下列判断正确的
是 ( )
A.观察者接收到声源在A点发出声音的频率大于600 Hz
B.观察者接收到声源在B点发出声音的频率等于600 Hz
C.观察者接收到声源在C点发出声音的频率等于600 Hz
D.观察者接收到声源在D点发出声音的频率小于600 Hz
解析:在B、D两处波源与接收者之间的相对速度垂直于它们的连线,此时接收者接
收到的频率等于声源发出的声音的频率,故B正确D错误;在A处波源与接收者连
线上的相对运动是相互靠近,故观察者接收到的频率比波源发出的频率要高,故A正
确,同理C错误.
答案:AB
7.内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都伴随有噪
声,消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题.如图6
所示是干涉型消声器的结构及气流运行图.有一列波长为λ
的声波沿水平管道自左向右传播,当入射波到达a处时分成
两束相干波,它们分别通过r1和r2的路程,再在b处相遇,若Δr=|r2-r1|,则Δr
应该等于 ( )
A.波长λ的整数倍 B.半波长的奇数倍
C.波长λ的奇数倍 D.半波长的偶数倍
解析:要使两列波在b处相遇且振动减弱,则Δr=|r2-r1|=nλ+=(2n+1)(n=0、1、
2…)即半波长的奇数倍,故B对,A、C、D错.
答案:B
8.在一单摆装置中,摆动物体是个装满水的空心小球,球的正下方有一小孔,当摆开
始以小角度摆动时,让水从球中连续流出,直到流完为止,由此摆球的周期将( )
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.先增大后减小 D.先减小后增大
解析:单摆小角度摆动,做简谐运动的周期为T=2π,式中l为摆长,其值为悬
点到摆动物体重心之间的距离,当小球装满水时,重心在球心,水流完后,重心也在
球心,但水刚流出过程中重心要降低,因此,在水的整个流出过程中,重心位置先下
降后上升,即摆长l先增大后减小,所以摆动周期将先增大后减小.
答案:C
9.如图7所示,均匀介质中振动情况完全相同的两波源S1、
S2分别位于x1=-2×10-1m和x2=12×10-1m处,t=0时刻以频率为f=10 Hz同时
开始向上振动,振幅为A=2 cm,波的传播速度为v=4 m/s,P、M、Q三质点的平
衡位置离O点距离分别为OP=0.2 m和OM=0.5 m、OQ=0.8 m.则下列关于各质点
运动情况判断正确的是 ( )
图7
A.t=0.1 s时刻质点Q开始沿y轴正方向运动
B.经t=0.175 s,质点P通过的路程为14 cm
C.t=0.275 s时刻,质点M的位移为+4 cm
D.t=0.35 s时刻,S1S2之间(不包括S1、S2点)振动位移为零的点共有三处
解析:由v=λf,波长λ=0.4 m,t=0.1 s时刻,S1波正好传播到P点,S2波正好传播
到Q点,则Q质点起振方向与波源S2起振方向相同,即沿y轴正方向运动,A对;t
=0.175 s时刻,两列波均传播到M点,P质点已经振动了0.075 s,即0.75个周期,
处于波谷位置,路程为3A=6 cm,B错;t=0.275 s时刻,M质点正好在两列波的传
播下振动了一个周期,仍然处于平衡位置,位移为0,C错;t=0.35 s时刻,两列波
分别传播到彼此的波源处,此时两列波重合,振动位移为零的点(不包括S1、S2)有0、
2、4、6、8、10这些质点,D错.
答案:A
10.一列沿x轴正方向传播的简谐横波,其振幅为2 cm,
波速为30 cm/s,在传播过程中,介质中相距30 cm的
两质点a、b,某时刻均在x轴上方距离x轴1 cm的位
置,此时两质点运动方向相反,如图8所示,则下列
说法正确的是 ( )
A.从此时刻起,经过1秒钟a质点运动到b位置处
B.此时a、b两质点加速度大小相等,方向相反
C.b质点可能比a质点先回到平衡位置
D.a质点速度最大时,b质点速度为0
解析:波速v=30 cm/s,波在1秒钟前进30 cm,但介质中各质点并不随波迁移,故
A错误;此时刻a、b两质点位移相同,回复力的大小和方法均相同,因此加速度的
大小、方向均相同,B错误;a和b两点的距离可能大于且小于λ,也可能小于且
大于,因此,当a点在平衡位置,速度最大时,b质点一定不在波峰或波谷,因此D
错误;当a、b间距大于且小于λ时,a向上运动,b向下运动,b质点比a质点先
回到平衡位置,C正确.
答案:C
二、实验与计算题(本题共4小题,共50分)
11.(10分)某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作,请你判
断是否恰当(填“是”或“否”).
①把单摆从平衡位置拉开约5°释放:________;
②在摆球经过最低点时启动秒表计时:________;
③用秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期:________.
(2)该同学改进测量方法后,得到的部分测量数据见表.用螺旋测
微器测量其中一个摆球直径的示数如图9所示,该球的直径为
__________ mm.根据表中数据可以初步判断单摆周期随______
________的增大而增大.
数据组编号
摆长/mm
摆球质量/g
周期/s
1
999.3
32.2
2.0
2
999.3
16.5
2.0
3
799.2
32.2
1.8
4
799.2
16.5
1.8
5
501.1
32.2
1.4
6
501.1
16.5
1.4
解析:(1)①单摆在最大摆角不超过10°时可看做是简谐运动.②摆球经过最低点时速
度最大,滞留的时间最短,计时误差最小.③为减小测量周期时的误差,应测单摆完
成30~50次全振动所用的时间来求出周期.
(2)螺旋测微器上的固定刻度读数为20.5 mm,可动部分的读数约为18.5,则测量结果
为20.5 mm+18.5×0.01 mm=20.685 mm.分析表中数据可以看出,摆长不变时周期不
变,摆长变化时周期才发生变化.
答案:(1)①是 ②是 ③否 20.685(20.683~20.687)
(2)摆长
12.(15分)一列简谐横波某时刻的波形图如图10甲所示,从该时刻开始计时,波上A
质点的振动图象如图10乙所示.
图10
(1)若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象,则该波所遇到的波的频率为多
少?
(2)若该波能发生明显的衍射现象,则该波所遇到的障碍物尺寸应满足什么条件?
(3)从该时刻起,再经过Δt=0.4 s,P质点通过的路程和波传播的距离分别为多少?
(4)若t=0时振动刚刚传到A点,从该时刻起再经多长时间图甲中横坐标为45 m的质
点(未画出)第二次位于波峰?
解析:(1)由振动图象可以看出,此波的周期为0.8 s,所以频率为1.25 Hz.因为发生稳
定干涉的条件是两列波的频率相等,所以另一列波的频率为1.25 Hz.
(2)由波动图象可以看出,此波的波长为20 m,当障碍物的尺寸小于或等于20 m时能
够发生明显的衍射现象.
(3)因为Δt=0.4 s=,
所以质点P通过的路程为4 cm.
在内波传播的距离为=10 m.
(4)由A点t=0时刻向上振动知,波沿x轴正方向传播,波速v== m/s=25 m/s.
x=45 m处的质点第一次到达波峰的时间
t1= s=1 s
此质点第二次位于波峰的时间t=t1+T=1.8 s.
答案:(1)1.25 Hz (2)小于或等于20 m
(3)4 cm,10 m (4)1.8 s
13.(12分)一列横波在x轴上传播,t1=0和t2=0.005
s时的波形,如图11所示的实线和虚线,求:
(1)设周期大于(t2-t1),求波速;
(2)设周期小于(t2-t1),并且波速为6000 m/s,求波的传播方向.
解析:当波传播时间小于周期时,波沿传播方向前进的距离小于一个波长,当波传播
的时间大于周期时,波沿传播方向前进的距离大于波长,这时从波形的变化上看出的
传播距离加上几个波长才是波实际传播的距离.
(1)因Δt=t2-t1<T,所以波传播的距离可以直接由图读出.
若波向右传播,则在0.005 s内传播了2 m,故波速为
v== m/s=400 m/s.
若波向左传播,则在0.005 s内传播了6 m,故波速为
v== m/s=1200 m/s.
(2)因Δt=t2-t1>T,所以传播的距离大于一个波长,在Δt内传播的距离为:
Δx=vΔt=6000×0.005 m=30 m
Δx=30 m=3λ+λ,
因此,波的传播方向沿x轴的负方向.
答案:见解析
14.(13分)质量为m的均匀方形木块在平静的水面上处于平衡状态,用力F向下压木
块使之向下移动距离d,然后松开手,不计水的粘滞作用,木块做简谐运动.
(1)当木块正好经过平衡位置向下运动时,某同学开始观察木块的振动过程,该同学发
现经过0.5 s后木块第一次回到平衡位置.已知d=2 cm,取竖直向上为正方向,请将
该同学观察到的木块的振动过程用振动图象描述出来(在图12甲中画出).另一位同学
在该同学观察3.5 s后开始计时,请在图乙中画出后一位同学观察的振动图象.
图12
(2)如果由于该木块的振动,在水面形成机械波,3.5 s内传播了3.5 m,则该波的波长
是多少?
(3)画出该同学在3.5 s时观察到的某一方向的波形图.(至少画出一个周期)
解析:(1)图象如图所示
(2)因为水波在3.5 s内传播了3.5 m,
所以波速为v==1 m/s,又由图象得T=1 s,
根据v=,所以λ=1 m.
(3)如图所示
答案:(1)见解析图 (2)1 m (3)见解析图