2013屆高考物理 專題沖刺集訓(xùn) 第4講《機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械波》（含解析）

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1、第四講　機(jī)械振動(dòng)　機(jī)械波 一、單項(xiàng)選擇題 1．一列簡諧橫波在t＝0時(shí)的波形圖如圖所示．介質(zhì)中x＝2 m處的質(zhì)點(diǎn)P沿y軸方向做簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y＝10 sin(5πt)cm.關(guān)于這列簡諧波，下列說法不正確的是(　　) A．周期為4.0 s　　　　　　 B．振幅為10 cm C．傳播方向沿x軸正向 D．傳播速度為10 m/s 解析：選A.由波形圖可知振幅A＝10 cm，波長λ＝4 m，由y＝10sin(5πt)cm可知，ω＝5π，根據(jù)ω＝得簡諧運(yùn)動(dòng)的周期T＝＝s＝0.4 s；根據(jù)v＝，得波速v＝＝m/s＝10 m/s，根據(jù)y＝10sin(5πt)cm知，t＝＝0.1

2、s時(shí)，y＝10 cm，即質(zhì)點(diǎn)P位于波峰處，所以t＝0時(shí)刻時(shí)P點(diǎn)向上振動(dòng)，根據(jù)振動(dòng)方向和波傳播方向的關(guān)系知該波沿x軸正向傳播，綜上所述應(yīng)選A項(xiàng)． 2．某振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為f0，在周期性驅(qū)動(dòng)力的作用下做受迫振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力的頻率為f.若驅(qū)動(dòng)力的振幅保持不變，下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．當(dāng)f＜f0時(shí)，該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨f增大而增大 B．當(dāng)f＞f0時(shí)，該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨f減小而增大 C．該振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)穩(wěn)定后，振動(dòng)的頻率等于f0 D．該振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)穩(wěn)定后，振動(dòng)的頻率等于f 解析：選C.根據(jù)共振曲線可知，當(dāng)f＜f0時(shí)，該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨f增大而增大，當(dāng)f＞f0時(shí)，該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨f減小而

3、增大，即A、B正確；根據(jù)受迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率應(yīng)等于驅(qū)動(dòng)力的頻率可知D正確，C錯(cuò)誤． 3. 擺球表面包有一小塊橡皮泥，在豎直平面內(nèi)其振動(dòng)圖象如圖所示，某時(shí)刻橡皮泥瞬間自然脫落，不考慮單擺擺長的變化，下列說法正確的是(　　) A．t＝0時(shí)刻橡皮泥脫落，此后單擺周期T＜4 s B．t＝1 s時(shí)刻橡皮泥脫落，此后單擺周期T＞4 s C．t＝0時(shí)刻橡皮泥脫落，此后單擺振幅A>10 cm D．t＝1 s時(shí)刻橡皮泥脫落，此后單擺振幅A＝10 cm 解析：選D.因?yàn)閱螖[周期與擺球質(zhì)量無關(guān)，所以A、B錯(cuò)誤；因?yàn)橄鹌つ嗍亲匀幻撀洌韵鹌つ嗯c擺球之間無相互作用，擺球仍在原范圍內(nèi)振動(dòng)，振幅不變，C錯(cuò)

4、D正確． 4. 一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，某時(shí)刻的波形如圖所示．P為介質(zhì)中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，從該時(shí)刻開始的一段極短時(shí)間內(nèi)，P的速度v和加速度a的大小變化情況是(　　) A．v變小，a變大 B．v變小，a變小 C．v變大，a變大 D．v變大，a變小 解析：選D.根據(jù)題目條件可知，由于波沿x軸正方向傳播，故質(zhì)點(diǎn)P此時(shí)正向平衡位置附近運(yùn)動(dòng)，則其動(dòng)能變大，故v變大，而a減小，此題正確選項(xiàng)為D. 5．一列沿x軸負(fù)方向傳播的簡諧橫波在某時(shí)刻(設(shè)該時(shí)刻為t＝0時(shí)刻)的波形如圖所示，在0.7 s末，質(zhì)點(diǎn)P恰好第二次到達(dá)波峰，則下列說法不正確的是(　　) A．該列波的傳

5、播速度是10 m/s B．在0.9 s末，質(zhì)點(diǎn)Q第一次到達(dá)波峰 C．如果x＝5 m處就是波源，則它剛開始起振的方向是y軸的正方向 D．當(dāng)質(zhì)點(diǎn)Q到達(dá)波峰時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P到達(dá)波谷 解析：選C.由題意T＝0.4 s，λ＝4 m. 則v＝＝10 m/s. 根據(jù)波形平移法，波峰“移”至Q點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過的路程是0.9 m．v＝10 m/s所需時(shí)間為0.9 s．從－1處質(zhì)點(diǎn)的起振方向可知波源的起振方向?yàn)橄蛳拢?.9 s之后P點(diǎn)處于波谷，故本題應(yīng)選C. 6．在O點(diǎn)有一波源，t＝0時(shí)刻開始向上振動(dòng)，形成向右傳播的一列橫波．t1＝4 s時(shí)，距離O點(diǎn)為3 m的A點(diǎn)第一次達(dá)到波峰；t2＝7 s時(shí)，距離O點(diǎn)為4 m

6、的B點(diǎn)第一次達(dá)到波谷．則以下說法正確的是(　　) A．該橫波的波長為2 m B．該橫波的周期為2 s C．該橫波的波速為1 m/s D．距離O點(diǎn)為1 m的質(zhì)點(diǎn)第一次開始向上振動(dòng)的時(shí)刻為6 s末 解析：選C.設(shè)波速為v，橫波波長為λ，周期為T，則 ＋＝t1① ＋＝t2② 解①②得：v＝1 m/s，T＝4 s 則λ＝vT＝4 m，距O點(diǎn)1 m的質(zhì)點(diǎn)第一次開始向上振動(dòng)的時(shí)刻為1 s末． 7．如圖所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是(　　) A．同時(shí)被照亮

7、 B．A先被照亮 C．C先被照亮 D．無法判斷 解析：選C.由多普勒效應(yīng)知，C先被照亮，A、B、D錯(cuò)，C對(duì)． 8．如圖所示，一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，從波傳到x＝5 m的M點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，已知P點(diǎn)相繼出現(xiàn)兩個(gè)波峰的時(shí)間間隔為0.4 s，下面說法中正確的是(　　) A．若該波傳播中遇到寬約3 m的障礙物不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 B．質(zhì)點(diǎn)Q(x＝9 m)經(jīng)過0.5 s第一次到達(dá)波谷 C．質(zhì)點(diǎn)P在0.1 s內(nèi)經(jīng)過的位移大小為10 cm D．若在Q處放一接收器，接收到的波的頻率小于2.5 Hz 解析：選B.由圖知該波波長為4 m，Q與M間距離為一個(gè)波長，波前的振動(dòng)方向向

8、下．因障礙物的寬度比波長小，A錯(cuò)誤．由P點(diǎn)相繼出現(xiàn)兩個(gè)波峰的時(shí)間間隔為0.4 s知該波的周期為0.4 s，波從M點(diǎn)傳播到Q點(diǎn)需一個(gè)周期，故經(jīng)過0.5 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q已振動(dòng)了四分之一周期，B正確．因質(zhì)點(diǎn)P既不在平衡位置又不在波峰或波谷上，則四分之一周期內(nèi)通過的位移大小不等于一個(gè)振幅，C錯(cuò)誤．因接收器是固定不動(dòng)的，接收器接收到的頻率應(yīng)等于波的頻率，D錯(cuò)誤． 9． A、B兩列簡諧橫波均沿x軸正向傳播，在某時(shí)刻的波形分別如圖甲、乙所示，經(jīng)過時(shí)間t(t小于A波的周期TA)，這兩列簡諧橫波的波形分別變?yōu)閳D丙、丁所示，則A、B兩列波的速度vA、vB之比不可能是(　　) A．1∶1 B．1∶2

9、 C．1∶3 D．3∶1 解析：選D.由題述及波形圖可知，A波波長為λA＝24 cm，周期TA＝2t；B波波長為λB＝12 cm，周期TB＝t/n，波速vA＝λA/TA＝12/t，vB＝λB/TB＝12n/t，vA∶vB＝1∶n，所以A、B兩列波的波速vA、vB之比可能的是A、B、C三項(xiàng)，故選D. 10．如圖甲所示，橫波1沿BP方向傳播，B質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖乙所示；橫波2沿CP方向傳播，C質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖丙所示．兩列波的波速都為20 cm/s.P質(zhì)點(diǎn)與B質(zhì)點(diǎn)相距40 cm，P質(zhì)點(diǎn)與C質(zhì)點(diǎn)相距50 cm，兩列波在P質(zhì)點(diǎn)相遇，則P質(zhì)點(diǎn)振幅為(　　) A．70 cm

10、B．50 cm C．35 cm D．10 cm 解析：選A.由振動(dòng)圖象知兩列波的周期T＝1 s，因兩波的波速相同，則波長λ＝vT＝20 cm. 因xBP＝2λ，故橫波1在P點(diǎn)引起的振動(dòng)，與B點(diǎn)振動(dòng)相同．因xCP＝λ，故橫波2在P點(diǎn)引起的振動(dòng)與C點(diǎn)振動(dòng)相反． t＝0 s時(shí)刻B、C兩點(diǎn)振動(dòng)相反，故兩列波在P點(diǎn)引起的振動(dòng)相同，P點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，振幅為70 cm，A正確． 二、非選擇題 11. 漁船常利用超聲波來探測遠(yuǎn)處魚群的方位，已知某超聲波的頻率為1.0×105 Hz，某時(shí)刻該超聲波在水中傳播的波動(dòng)圖象如圖所示． (1)從該時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，畫出x＝7.5×10－3 m處質(zhì)

11、點(diǎn)做簡諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖象(至少一個(gè)周期)． (2)現(xiàn)測得超聲波信號(hào)從漁船到魚群往返一次所用的時(shí)間為4 s，求魚群與漁船間的距離(忽略船和魚群的運(yùn)動(dòng))． 解析：(1)因?yàn)槌暡ǖ念l率為f＝1.0×105 Hz，所以質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期T＝＝10－5 s x＝7.5×10－3 m處質(zhì)點(diǎn)圖示時(shí)刻處于波谷，所以可畫出該質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象如圖所示． (2)因?yàn)槌暡ǖ念l率為f＝1.0×105 Hz，由波的圖象可知超聲波的波長λ＝15×10－3 m，由v＝λf可得超聲波的速度v＝λf＝15×10－3×1.0×105 m/s＝1500 m/s 所以魚群與漁船間的距離x＝＝ m＝3000 m. 答案：

12、(1)見解析　(2)3000 m　 12． 2011年第26屆世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)跳水比賽于8月16日在深圳游泳跳水比賽場館舉行，設(shè)水池中一點(diǎn)O上下振動(dòng)，振幅為0.2 m，以O(shè)點(diǎn)為圓心形成圓形水波，如圖所示，A、B、O三點(diǎn)在一條直線上，OA間距離為4.0 m，OB間距離為2.4 m．某時(shí)刻O點(diǎn)處在波峰位置，觀察發(fā)現(xiàn)2 s后此波峰傳到A點(diǎn)，此時(shí)O點(diǎn)正通過平衡位置向下運(yùn)動(dòng)，OA間還有一個(gè)波峰．將水波近似為簡諧波． (1)求此水波的傳播速度、周期和波長； (2)以O(shè)點(diǎn)處波峰位置為0時(shí)刻，某同學(xué)打算根據(jù)OB間距離與波長的關(guān)系確定B點(diǎn)在0時(shí)刻的振動(dòng)情況，畫出B點(diǎn)的振動(dòng)圖象．你認(rèn)為該同學(xué)的思路是否可

13、行？若可行，畫出B點(diǎn)振動(dòng)圖象．若不可行，請(qǐng)給出正確思路并畫出B點(diǎn)的振動(dòng)圖象．(假設(shè)B的振幅仍為0.2 m) 解析：(1)在O點(diǎn)左側(cè)，波向左傳播，波峰由O點(diǎn)傳到A點(diǎn)的時(shí)間為2 s，則波速v＝＝ m/s＝2.0 m/s 由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況及A點(diǎn)位置可畫出t＝2 s時(shí)OA間的波形如圖甲所示，則：xOA＝λ，得λ＝xOA＝3.2 m 周期T＝＝ s＝1.6 s. (2)可行xOB＝2.4 m＝λ，t＝0時(shí)刻OB間波形如圖乙所示，則知B此刻正經(jīng)過平衡向下運(yùn)動(dòng)，波的周期T＝1.6 s，B的振動(dòng)圖象如圖丙所示． 答案：(1)2 m/s　1.6 s　3.2 m　(2)可行　圖象見解析