1、振动和波综合检测(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共12小题,每题4分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第17题只有一个选项正确,第812题有多项正确,全部选对得4分,选对但不全得2分,有选错或不选的得0分)1.关于电磁波,下列说法正确的是(B)A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B.电磁波和机械波都能传递能量和信息C.电磁波在介质中的传播速度比真空中快D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输解析:电磁波在真空中的传播速度为3108 m/s,与电磁波的频率无关,A项错误;电磁波和机械波都能传递能量和信息,故B项正确;电磁波在真空中的传播
2、速度c=3108 m/s,比介质中快,C项错误;光是电磁波,可以通过电缆、光缆传输,D项错误.2.如图(甲)所示,水平的光滑杆上有一弹簧振子,振子以O点为平衡位置,在a,b两点之间做简谐运动,其振动图象如图(乙)所示,取Ox方向为正方向.由振动图象可以得知(D)A.振子的振动周期等于t1B.在t=0时刻,振子的位置在a点C.在t=t1时刻,振子的速度为零D.从t1到t2,振子正从O点向b点运动解析:由题图振动图象可知振子的振动周期为2t1,选项A错误;在t=0时刻,振子的位移为零,所以振子应该在平衡位置O,选项B错误;在t=t1时刻,振子在平衡位置O,该时刻振子速度最大,选项C错误;从t1到t
3、2,振子的位移沿正向在增加,所以振子正从O点向b点运动,选项D正确.3.关于机械振动和机械波,下列说法不正确的是(B)A.机械波的传播过程是大量介质质点依次重复波源振动的过程B.单个物体的振动在介质中不会产生波C.在波的传播过程中,介质质点只振动不随波迁移D.在波的传播过程中,介质质点均做受迫振动解析:机械波是振动在介质中的传播,大量介质质点依次重复波源的振动,A正确;单个物体可以作为波源,在介质中会产生机械波,B错误;波传播的是机械振动形式,同时传播了能量,介质中的质点做受迫振动,只在平衡位置附近振动,不随波迁移,C,D正确.4.如图所示,半径为R的圆形偏振片P的透振方向为竖直方向,一束横截
4、面半径略小于R的平行自然光正对着偏振片P照射后射到屏上.现以光的传播方向OO为轴将偏振片P旋转90,则在偏振片P旋转的过程中(A)A.屏上出现圆形亮斑,亮度不变B.屏上出现圆形亮斑,亮度变暗C.屏上出现随偏振片P旋转的亮条纹,且亮度不变D.屏上出现随偏振片P旋转的亮条纹,亮度变暗解析:圆柱形光束通过偏振片后,屏幕上出现圆形亮斑,偏振片是让特定方向振动的光透过去,只是相对光源的亮度减弱,故屏幕上依然出现圆形亮斑,C,D错误;自然光包含在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,故转动偏振片,透射方向虽然改变,但屏上依然是圆形亮斑,且亮度不变,A正确,B错误.5.如
5、图所示,在一根张紧的绳子上挂几个摆,其中A,B的摆长相等.当A摆振动的时候,通过张紧的绳子给B,C,D摆施加驱动力,使其余各摆做受迫振动.观察B,C,D摆的振动发现(C)A.C摆的频率最小B.D摆的周期最大C.B摆的摆角最大D.B,C,D的摆角相同解析:由A摆摆动从而带动其他3个单摆做受迫振动,受迫振动的频率等于驱动力的频率,故其他各摆振动周期跟A摆相同,频率也相等,故A,B错误;受迫振动中,当固有频率等于驱动力频率时,出现共振现象,振幅达到最大,由于B摆的固有频率与A摆的相同,故B摆发生共振,振幅最大,摆角最大,故C正确,D错误.6.下列说法正确的是(C)A.肥皂泡呈现的彩色是光的衍射现象,
6、通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的干涉现象B.杨氏双缝干涉实验中,增大光屏到双缝间距离,可观察到干涉条纹间距变小C.泊松亮斑支持了光的波动说D.声源与观察者相对靠近时,观察者所接收的频率小于声源振动的频率解析:肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象,通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象,故A项错误;依据双缝干涉条纹间距y=,增大光屏到双缝间距离,可观察到干涉条纹间距变大,故B项错误;泊松亮斑支持了光的波动说,故C项正确;根据多普勒效应可知声源与观察者相对靠近时,观察者所接收的频率大于声源振动的频率,D错误.7.2017年10月16日,全球多国科学家同步举行新闻发布会,宣布人类第一次利用激光干涉法直接
7、探测到来自双中子星合并(距地球约1.3亿光年)的引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号,此后2秒,美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴,这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件,标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代,也证实了爱因斯坦100多年前在广义相对论中有关引力波的预言,引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪,宛如石头丢进水里产生的波纹.根据以上信息判断不正确的是(D)A.引力波的传播速度等于光速B.具有质量的物体能产生引力波C.引力波和光一样都可发生偏振现象D.引力波的传播需要空气作为介质解析:
8、发现引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号,说明引力波的传播速度等于光速,故A正确;引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪,因此具有质量的物体能产生引力波,故B正确;引力波是以光速传播的时空扰动,是横波,故引力波应该有偏振现象,故C正确;天文台探测到引力波,说明引力波可以在真空中传播,故D错误.8.下列属于光的干涉现象的是(BC)解析:图A属于单缝衍射,图B属于薄膜干涉,图C属于薄膜干涉,图D属于光的偏振,故选B,C.9.关于波的干涉、衍射等现象,下列说法正确的是(BCD)A.有的波只能发生干涉现象,有的波只能发生衍射现象B.产生干涉现象的条件之一,就是两列波的频率相等C
9、.薄膜干涉条纹的产生是由于光在膜的前后两表面反射,形成的两列光波叠加的结果D.屋外的人虽然看不到屋里的人,却能听到屋里人的声音,这属于波的衍射现象解析:干涉、衍射是波特有的现象,波可以发生干涉,也可以发生衍射,A错误;当两列波发生干涉时,两列波的频率相等,B正确;薄膜干涉条纹的产生是光在膜的前后两表面反射,形成的两列光波叠加的结果,C正确;屋外的人虽然看不到屋里的人,却能听到屋里人的声音,这属于声波的衍射现象,D正确.10.下列说法正确的是(AC)A.电磁波在真空中以光速c传播B.在空气中传播的声波是横波C.赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在D.两块捏紧在一起的玻璃片上的彩色条纹是光的衍射现象
10、解析:电磁波在真空中的传播速度等于光速,A正确;在空气中传播的声波是纵波不是横波,B错误;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,C正确;两块捏紧在一起的玻璃片上的彩色条纹是光经玻璃片之间的空气层的上、下表面反射相遇干涉而形成的,D错误.11.一物理教师某天正在一湖边钓鱼,突然湖的周围起了风,他发现湖中钓鱼的浮标上下浮动.他根据自己的经验认为浮标上下浮动可简化成竖直方向的简谐运动,他通过观测绘制出了浮标的振动图象,如图(甲)所示,接着他又根据湖面的波纹绘制出了水的波动图象,如图(乙)所示.假设图(乙)是一列沿x轴正方向传播的水波在t=0.5 s时的波形图,图(甲)是图(
11、乙)中离原点04 m 范围内某质点的振动图象,则下列说法正确的(ABC)A.浮标上下振动的周期为T=2 sB.该列波的波速为2 m/sC.图(甲)是x=2 m处质点的振动图象D.不能确定图(甲)是04 m范围内哪个质点的振动图象解析:由题图(甲)可知,浮标振动的周期T=2 s,由题图(乙)可知波长=4 m,该波的波速v=2 m/s,选项A,B正确;由题图(甲)可知,质点在t=0.5 s时处于平衡位置且沿y轴负方向运动,在04 m范围内的质点在t=0.5 s时刻有x=0,x=2 m,x=4 m处的质点处在平衡位置,但只有x=2 m处的质点是沿y轴负方向运动的,故题图(甲)是x=2 m处质点的振动
12、图象,选项C正确,D错误.12.某列简谐横波在t1=0时刻的波形如图(甲)中实线所示,t2=3.0 s时刻的波形如图(甲)中虚线所示,若图(乙)是图(甲)a,b,c,d四点中某质点的振动图象,则(AD)A.这列波沿x轴负方向传播B.图(乙)是质点b的振动图象C.从t1=0 s到t2=3.0 s这段时间内,质点a通过的路程为1.5 mD.t3=9.5 s时刻质点c沿y轴正向运动解析:由图(甲)知,波长为=2 m,由图(乙)知,周期T=4 s,因为t2=3 s=T,根据波形平移法可以知道波沿x轴负方向传播,故A正确;在t1=0时刻,质点b正通过平衡位置向下运动,与(乙)图情况不符,所以(乙)图不可
13、能是质点b的振动图线,故B错误;从t1=0 s到t2=3.0 s这段时间内,质点a运动了t2=3.0 s=T,所以质点a通过的路程为4A=15 cm=0.15 m,故C错误;t3=9.5 s=2T,结合振动可知质点c在平衡位置上方且沿y轴正向运动,故D正确.二、非选择题(共52分)13.(6分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图(甲)所示.(1)以线状白炽灯为光源,对实验装置进行了调节并观察实验现象后,总结出以下几点:A.灯丝和单缝及双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关D.干涉条纹间距与光的波长有关以上几点中你认为正确的是.(2)当测量头中的分
14、划板中心刻线对齐某干涉条纹线时,手轮上的示数如图(乙)所示,该读数为 mm.(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图(丙)所示.则在这种情况下测量干涉条纹的间距y时,测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值.解析:(1)为使屏上的干涉条纹清晰,灯丝与单缝和双缝必须平行放置,所得到的干涉条纹与双缝平行;由y=可知,条纹的疏密程度与双缝间距离d、光的波长、双缝到屏的距离l有关,所以选项A,C,D正确,B错误.(2)测量结果为0.5 mm+20.20.01 mm=0.702 mm.(3)测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,由几何知识可知测量头的读数大于条纹
15、间的实际距离.答案:(1)ACD(2)0.702(3)大于评分标准:每问2分.14.(6分)(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中,两位同学用游标卡尺测量小球的直径的操作如图(甲)、(乙)所示.测量方法正确的是选填“(甲)”或“(乙)”.(2)实验时,若摆球在垂直纸面的平面内摆动,为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数,在摆球运动的最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻,如图(丙)所示.光敏电阻与某一自动记录仪相连,该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t的变化图线如图(丁)所示,则该单摆的振动周期为.若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验,则该单
16、摆的周期将(选填“变大”“不变”或“变小”),图(丁)中的t将(选填“变大”“不变”或“变小”).解析:(1)游标卡尺应该用两外测量爪对齐的地方测量,正确的是图(乙).(2)一个周期内小球应该两次经过最低点,使光敏电阻的阻值发生变化,故周期为t1+2t0-t1=2t0;小球的直径变大后,摆长变长,根据T=2可知,周期变大;每次经过最低点时小球的挡光的时间变长,即t变大.答案:(1)(乙)(2)2t0变大变大评分标准:第(1)问2分,第(2)问第1个空2分,后两空每空1分.15.(8分)如图是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时的波形图.已知该波波源的位移y与时间t的关系式为y=Asin10
17、t+,波源的平衡位置与图中质点P的平衡位置之间的距离小于2.4 m.求:(1)该波的传播速度;(2)该波波源的平衡位置的x坐标.解析:(1)由图可知,该波的波长=1.2 m(1分)设波源的振动周期为T,则有=10 rad/s(1分)波的传播速度v=(1分)联立解得v=6 m/s.(1分)(2)设t=0时x=0处质点的运动状态由波源在t0时刻产生(t00),则Asin10t0+=A,解得t0=+s(n为整数且t00),(1分)故波源坐标x=-v(0-t0)=vt0=v+,(1分)根据题意xP-x2.4 m,且x0,得-2.1 mx0,(1分)对应-n-,故n=-1,代入可得x=-1.1 m.(1
18、分)答案:(1)6 m/s(2)-1.1 m16.(10分)一列简谐横波,某时刻的波形图象如图(甲)所示,从该时刻开始计时,波上A质点的振动图象如图(乙)所示,则:(1)从该时刻起,再经过t=0.4 s,P质点的位移、通过的路程和波传播的距离分别为多少.(2)若t=0时振动刚刚传到A点,从该时刻起再经多长时间坐标为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,波的周期为0.8 s,所以频率为1.25 Hz.(1分)因为t=0.4 s=,故经0.4 s P质点回到平衡位置,位移为0(1分)质点P通过的路程为2A=4 cm(1分)在时间内波传播的距离为=10 m.(1分)
19、(2)由A点在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(2分)x=45 m处的质点第一次到达波峰的时间t1= s=1 s(2分)此质点第二次位于波峰的时间t=t1+T=1.8 s.(2分)答案:(1)04 cm10 m(2)1.8 s17.(10分)一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长不小于10 cm.O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=5 cm处的两个质点.t=0时开始观测,此时质点O的位移为y=4 cm,质点A处于波峰位置;t= s时,质点O第一次回到平衡位置,t=1 s时,质点A第一次回到平衡位置.求(1)简谐横波的周期、波速和波长;(2)质点O
20、的位移随时间变化的关系式.解析:(1)设振动周期为T.由于质点A在0到1 s内由最大位移处第一次回到平衡位置,经历的是个周期,由此可知T=4 s(1分)由于质点O与A的距离为5 cm小于半个波长,且波沿x轴正向传播,O在t= s时回到平衡位置,而A在t=1 s时回到平衡位置,时间相差 s.两质点平衡位置的距离除以传播时间,可得波的速度v=7.5 cm/s(2分)利用波长、波速和周期的关系得,简谐横波的波长=30 cm.(1分)(2)设质点O的位移随时间变化的关系为y=Acos+0(1分)将式及题给条件代入上式得(2分)解得0=,A=8 cm(1分)质点O的位移随时间变化的关系式为y=0.08c
21、os+(国际单位制)或y=0.08sin+(国际单位制).(2分)答案:(1)4 s7.5 cm/s30 cm(2)y=0.08cos+(国际单位制)或y=0.08sin+(国际单位制)18.(12分)如图所示,a是一列正弦波在t=0时刻的波形曲线,P是波形曲线上的一个质点;b是t=0.4 s时的波形曲线.(1)求这列波的波速;(2)若波沿x轴正方向传播,质点P在t=0时刻振动方向如何?它的最大周期为多少?(3)若该波0.4 s内的传播距离为30 m,则此时波的传播方向如何?解析:(1)由图可知,波长=8 m,若波沿x轴正方向传播,则在0.4 s内传播的距离为n+(2分)故波速为v1=(20n+5)m/s(n=0,1,2)(2分)若波沿着x轴负方向传播,则在0.4 s内传播的距离为n+(1分)故波速为v2=(20n+15)m/s(n=0,1,2).(1分)(2)若这列波沿x轴正向传播,当n=0时,周期最大,即Tmax=40.4 s=1.6 s(2分)利用波形平移法,t=0时刻,P点向-y方向运动.(1分)(3)v= m/s=75 m/s(1分)若向x轴正方向传播,则20n+5=75,n不为整数,若向x轴负方向传播,则20n+15=75,可解得n=3.故此时波沿x轴负方向传播.(2分)答案:见解析
