三年高考(2017-2019)高考物理真題分項匯編 專題16 機械振動和機械波(含解析)

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1、專題16 機械振動和機械波 1.(2019·新課標全國Ⅰ卷)一簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=時刻,該波的波形圖如圖(a)所示,P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點。圖(b)表示介質(zhì)中某質(zhì)點的振動圖像。下列說法正確的是 A.質(zhì)點Q的振動圖像與圖(b)相同 B.在t=0時刻,質(zhì)點P的速率比質(zhì)點Q的大 C.在t=0時刻,質(zhì)點P的加速度的大小比質(zhì)點Q的大 D.平衡位置在坐標原點的質(zhì)點的振動圖像如圖(b)所示 E.在t=0時刻,質(zhì)點P與其平衡位置的距離比質(zhì)點Q的大 【答案】CDE 【解析】由圖(b)可知,在時刻,質(zhì)點正在向y軸負方向振動,而從圖(a)可知,質(zhì)點Q在 正在向y軸正方向運動,故A

2、錯誤;由的波形圖推知,時刻,質(zhì)點P正位于波谷,速率為零;質(zhì)點Q正在平衡位置,故在時刻,質(zhì)點P的速率小于質(zhì)點Q,故B錯誤;時刻,質(zhì)點P正位于波谷,具有沿y軸正方向最大加速度,質(zhì)點Q在平衡位置,加速度為零,故C正確;時刻,平衡位置在坐標原點處的質(zhì)點,正處于平衡位置,沿y軸正方向運動,跟(b)圖吻合,故D正確;時刻,質(zhì)點P正位于波谷,偏離平衡位置位移最大,質(zhì)點Q在平衡位置,偏離平衡位置位移為零,故E正確。故本題選CDE。 2.(2019·新課標全國Ⅱ卷)如圖,長為l的細繩下方懸掛一小球a。繩的另一端固定在天花板上O點處,在O點正下方l的處有一固定細鐵釘。將小球向右拉開,使細繩與豎直方向成一小角度(

3、約為2°)后由靜止釋放,并從釋放時開始計時。當小球a擺至最低位置時,細繩會受到鐵釘?shù)淖钃?。設小球相對于其平衡位置的水平位移為x,向右為正。下列圖像中,能描述小球在開始一個周期內(nèi)的x-t關系的是 【答案】A 【解析】由T=2π得:T1=2π,T2=2π=π=T1 ,故BD錯誤;, , ,由能量守恒定律可知,小球先后擺起得最大高度相同,故l-lcosθ1=,根據(jù)數(shù)學規(guī)律可得: 故,即第一次振幅是第二次振幅得2倍,故A正確,C錯誤。 3.(2019·新課標全國Ⅲ卷)水槽中,與水面接觸的兩根相同細桿固定在同一個振動片上。振動片做簡諧振動時,兩根細桿周期性觸動水面形成兩個波源。兩波源發(fā)出

4、的波在水面上相遇。在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣。關于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動的質(zhì)點,下列說法正確的是 A.不同質(zhì)點的振幅都相同 B.不同質(zhì)點振動的頻率都相同 C.不同質(zhì)點振動的相位都相同 D.不同質(zhì)點振動的周期都與振動片的周期相同 E.同一質(zhì)點處,兩列波的相位差不隨時間變化 【答案】BDE 【解析】兩列波疊加形成穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件是兩列波的頻率相同;任何質(zhì)點都在按照相同的頻率在振動,不同區(qū)域的質(zhì)點振幅和位移不一定相同,兩列波在水面上相遇時發(fā)生干涉,有的質(zhì)點振動加強,有的振動減弱,可知不同的質(zhì)點的振幅不一定相同,選項A錯誤;各質(zhì)點振動的頻率與波源頻率相同,波源振動頻率又與

5、振動片的振動頻率相同,不同質(zhì)點的振動頻率相同,都等于振源的頻率,選項B正確;因各質(zhì)點距離振源的距離不一定相同,則各質(zhì)點振動的相位不一定相同,選項C錯誤;不同的質(zhì)點振動的周期都與細桿的振動周期相同,細桿的振動周期與振動片的周期相同,則不同的質(zhì)點振動的周期都與振動片的振動周期相同,選項D正確;同一質(zhì)點處因與振源的位置關系一定,則兩列波的相位差不隨時間變化,選項E正確;故選BDE。 4.(2019·北京卷)一列簡諧橫波某時刻的波形如圖所示,比較介質(zhì)中的三個質(zhì)點a、b、c,則 A.此刻a的加速度最小 B.此刻b的速度最小 C.若波沿x軸正方向傳播,此刻b向y軸正方向運動 D.若波沿x軸負

6、方向傳播,a比c先回到平衡位置 【答案】C 【解析】由機械振動特點確定質(zhì)點的加速度和速度大小,由“上下坡法”確定振動方向。由波動圖象可知,此時質(zhì)點a位于波峰處,根據(jù)質(zhì)點振動特點可知,質(zhì)點a的加速度最大,故A錯誤,此時質(zhì)點b位于平衡位置,所以速度為最大,故B錯誤,若波沿x軸正方向傳播,由“上下坡法”可知,質(zhì)點b向y軸正方向運動,故C正確,若波沿x軸負方向傳播,由“上下坡法”可知,a質(zhì)點沿y軸負方向運動,c質(zhì)點沿y軸正方向運動,所以質(zhì)點c比質(zhì)點a先回到平衡位置,故D錯誤。 5.(2019·天津卷)一列簡諧橫波沿軸傳播,已知軸上和處質(zhì)點的振動圖像分別如圖1、圖2所示,則此列波的傳播速率可能是

7、 A. B. C. D. 【答案】BC 【解析】當該列波向右傳播時,根據(jù)題干可知1m和7m之間的距離滿足的關系為,則由可得波速為,當n=1時可得,故C正確,當波向做傳播時1 m和7 m之間的距離關系滿足,則,當n=1時可得,故B正確,講A和D選項代入兩個波速表達式,n均不是整數(shù),因此A和D錯誤。 6.(2019·江蘇卷)一單擺做簡諧運動,在偏角增大的過程中,擺球的 . A.位移增大 B.速度增大 C.回復力增大 D.機械能增大 【答案】AC 【解析】由簡諧運動的特點可知,當偏角增大,擺球偏離平衡位置的位移增大,故A正確;當偏角增大,動能轉(zhuǎn)化為重力勢能,所以速度減

8、小,故B錯誤;由回復力 可知,位移增大,回復力增大,故C正確,單擺做簡諧運動過程中只有重力做功,所以機械能守恒,故D錯誤; 7.(2019·浙江選考)如圖所示,兩種不同材料的彈性細繩在O處連接,M、O和N是該繩上的三個點,OM間距離為7.0 m,ON間距離為5.0 m。O點上下振動,則形成以O點為波源向左和向右傳播的簡諧橫波Ⅰ和Ⅱ,其中波Ⅱ的波速為1.0 m/s。t=0時刻O點處在波谷位置,觀察發(fā)現(xiàn)5s后此波谷傳到M點,此時O點正通過平衡位置向上運動,OM間還有一個波谷。則 A.波Ⅰ的波長為4 m B.N點的振動周期為4 s C.t=3 s時,N點恰好處于波谷 D.當M點處于波峰

9、時,N點也一定處于波峰 【答案】BD 【解析】OM之間有兩個波谷,即,解得波I的波長為,根據(jù)題意可知波I的波速為,故波的周期為,同一波源的頻率相同,故N點的振動周期為4 s,A錯誤,B正確;波II的波長為,故在t=0時刻N處于平衡位置向下振動,經(jīng)過3 s,即四分之三周期,N點在波峰,C錯誤;因為MN兩點到波源的距離都為其各自波長的,又兩者振動周期相同,起振方向相同,所以兩者振動步調(diào)相同,即當M點處于波峰時,N點也一定處于波峰,D正確。 8.(2018·北京卷)如圖所示,一列簡諧橫波向右傳播,P、Q兩質(zhì)點平衡位置相距0.15 m。當P運動到上方最大位移處時,Q剛好運動到下方最大位移處,則這

10、列波的波長可能是 A.0.60 m B.0.30 m C.0.20 m D.0.15 m 【答案】B 【解析】可以畫出PQ之間的最簡單的波形,如圖所示: 同時由于PQ可以含有多個完整的波形,則:,整理可以得到:,當時,,當時,,故選項B正確,ACD錯誤。 【名師點睛】解決機械波的題目關鍵在于理解波的周期性,即時間的周期性或空間的周期性,得到波長的通項,再求解處波長的特殊值。 9.(2018·天津卷)(多選)一振子沿x軸做簡諧運動,平衡位置在坐標原點。t=0時振子的位移為–0.1 m,t=1 s時位移為0.1 m,則 A.若振幅為0.1 m,振子的周期可能為 B.若

11、振幅為0.1 m,振子的周期可能為 C.若振幅為0.2 m,振子的周期可能為4 s D.若振幅為0.2 m,振子的周期可能為6 s 【答案】AD 【解析】t=0時刻振子的位移x=–0.1 m,t=1 s時刻x=0.1 m,關于平衡位置對稱;如果振幅為0.1 m,則1 s為半周期的奇數(shù)倍;如果振幅為0.2 m,分靠近平衡位置和遠離平衡位置分析。若振幅為0.1 m,根據(jù)題意可知從t=0 s到t=1 s振子經(jīng)歷的周期為,則,解得,當n=1時,無論n為何值,T都不會等于,A正確B錯誤;如果振幅為0.2 m,結(jié)合位移時間關系圖象,有①,或者②,或者③,對于①式,只有當n=0時,T=2 s,為整數(shù)

12、;對于②式,T不為整數(shù);對于③式,當n=0時,T=6 s,之后只會大于6 s,故C錯誤D正確 【名師點睛】t=0時刻振子的位移x=–0.1 m,t=1 s時刻x=0.1 m,關于平衡位置對稱;如果振幅為0.1 m,則1 s為半周期的奇數(shù)倍;如果振幅為0.2 m,分靠近平衡位置和遠離平衡位置分析。 10.(2018·浙江選考)(多選)兩列頻率相同、振幅均為A的簡諧橫波P、Q分別沿+x和–x軸方向在同一介質(zhì)中傳播,兩列波的振動方向均沿y軸,某時刻兩波的波面如圖所示,實線表示P波的波峰,Q波的波谷;虛線表示P波的波谷、Q波的波峰。a、b、c為三個等間距的質(zhì)點,d為b、c中間的質(zhì)點。下列判斷正確的

13、是 A.質(zhì)點a的振幅為2A B.質(zhì)點b始終靜止不動 C.圖示時刻質(zhì)點c的位移為0 D.圖示時刻質(zhì)點d的振動方向沿–y軸 【答案】CD 【解析】質(zhì)點a和c是兩列波的波峰與波谷相遇點,兩列波的振幅相等,所以a和c位移始終為0,即靜止不動,故A錯誤,C正確;在經(jīng)過四分之一周期,兩列波各向前傳播四分之一波長,P波a處的波谷和Q波在c處的波谷剛好傳播到b點,所以b點是波谷與波谷相遇,振幅為2A,為振動加強點,故B錯誤;圖示時刻,d點在P波的平衡位置與波峰之間,振動方向沿y軸的負方向,同時d點在Q波的波谷與平衡位置之間,振動方向沿y軸的負方向,所以d點的振動方向沿y軸的負方向,故D正確。

14、 11.(2018·新課標全國III卷)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=0和t=0.20 s時的波形分別如圖中實線和虛線所示。己知該波的周期T>0.20 s。下列說法正確的是 A.波速為0.40 m/s B.波長為0.08 m C.x=0.08 m的質(zhì)點在t=0.70 s時位于波谷 D.x=0.08 m的質(zhì)點在t=0.12 s時位于波谷 E.若此波傳入另一介質(zhì)中其波速變?yōu)?.80 m/s,則它在該介質(zhì)中的波長為0.32 m 【答案】ACE 【解析】根據(jù)波形圖可知,波長λ=16 cm=0.16 m,選項B錯誤;根據(jù)t=0時刻和t=0.20 s時刻的波形圖和該波的周期T>0.

15、20 s可知,可知該波的周期T=0.40 s,波速v=λ/T=0.40 m/s,選項A正確;簡諧波沿x軸正方向傳播,x=0.08 m的質(zhì)點在t=0時刻沿y軸正方向運動,在t=0.70 s時位于波谷,在t=0.12 s時位于y>0的某位置(不是位于波谷),選項C正確D錯誤;若此波傳入另一介質(zhì)中,周期T不變,其波速變?yōu)関=0.80 m/s,由λ=vT可得它在該介質(zhì)中的波長為λ=0.80×0.4 m=0.32 m,選項E正確。 12.(2018·江蘇卷)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在x=0和x=0.6 m處的兩個質(zhì)點A、B的振動圖象如圖所示。已知該波的波長大于0.6 m,求其波速和波長 【

16、答案】v=2 m/s λ=0.8 m 【解析】由圖象可知,周期T=0.4 s 由于波長大于0.6 m,由圖象可知,波從A到B的傳播時間Δt=0.3 s 波速,代入數(shù)據(jù)得v=2 m/s 波長λ=vT,代入數(shù)據(jù)得λ=0.8 m 13.(2018·新課標全國II卷)聲波在空氣中的傳播速度為340 m/s,在鋼鐵中的傳播速度為4 900 m/s。一平直橋由鋼鐵制成,某同學用錘子敲擊一鐵橋的一端而發(fā)出聲音,分別經(jīng)空氣和橋傳到另一端的時間之差為1.00 s。橋的長度為_______m,若該波在空氣中的波長為λ,則它在鋼鐵中波長為λ的_______倍。 【答案】365 【解析】可以假設橋

17、的長度,分別算出運動時間,結(jié)合題中的1 s求橋長,在不同介質(zhì)中傳播時波的頻率不會變化。 (1)設橋的長度為s 則聲音在鋼鐵中傳播的時間 聲音在空氣中的傳播時間為 根據(jù)題意 解得: (2)聲音在不同介質(zhì)中的頻率是不會改變的,由公式可知 解得 14.(2018·新課標全國I卷)一列簡諧橫波在t=時的波形圖如圖(a)所示,P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點,圖(b)是質(zhì)點Q的振動圖象。求 (i)波速及波的傳播方向; (ii)質(zhì)點Q的平衡位置的x坐標。 【答案】(1),波沿負方向傳播 (2)xQ=9 cm 【解析】本題考查波動圖象、振動圖象、波動傳播及其相關的知識點。 (1)

18、,波沿負方向傳播 (2)xQ=9 cm 【解析】(1)由圖a可以看出,改波的波長為 由圖b可以看出周期T=2 s,故波速為=18 cm/s 由圖b可知,當時,Q向上振動,結(jié)合圖a可知,該波沿x軸負方向傳播 (2)設質(zhì)點P、Q平衡位置的x坐標分別為、。由圖(a)知,處,因此④ 由圖(b)知,在時Q點處于平衡位置,經(jīng),其振動狀態(tài)向x軸負方向傳播至P點處,由此及③式有 ⑤ 由④⑤式得,質(zhì)點Q的平衡位置的x坐標為 ⑥ 15.(2017·天津卷)手持較長軟繩端點O以周期T在豎直方向上做簡諧運動,帶動繩上的其他質(zhì)點振動形成簡諧波沿繩水平傳播,示意如圖。繩上有另一質(zhì)點P,且O、P的平衡位

19、置間距為L。t=0時,O位于最高點,P的位移恰好為零,速度方向豎直向上,下列判斷正確的是 A.該簡諧波是縱波 B.該簡諧波的最大波長為2L C.時,P在平衡位置上方 D.時,P的速度方向豎直向上 【答案】C 【解析】繩波中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直,屬于橫波,縱波的傳播方向和質(zhì)點的振動方向在同一直線上,故A錯誤,根據(jù)波形圖和波的傳播方向可知,位移恰好為零且速度方向豎直向上的質(zhì)點與O點的距離應為,其中n=0、1、2……,波長,可知當n=0時有波長的最大值,為,故B錯誤;0~內(nèi)P由平衡位置振動到波峰,~內(nèi)P由波峰回動到平衡位置,可知時P在平衡位置上方向上振動,時P在平衡

20、位置上方向下振動,故C正確,D錯誤。 【名師點睛】本題應注意波的周期性,要從波長入手。 16.(2017·北京卷)某彈簧振子沿x軸的簡諧運動圖象如圖所示,下列描述正確的是 A.t=1 s時,振子的速度為零,加速度為負的最大值 B.t=2 s時,振子的速度為負,加速度為正的最大值 C.t=3 s時,振子的速度為負的最大值,加速度為零 D.t=4 s時,振子的速度為正,加速度為負的最大值 【答案】A 【解析】在t=1 s和t=3 s時,振子偏離平衡位置最遠,速度為零,回復力最大,加速度最大,方向指向平衡位置,A正確,C錯誤;在t=2 s和t=4 s時,振子位于平衡位置,速度最大

21、,回復力和加速度均為零,BD錯誤。 【名師點睛】根據(jù)振動圖象判斷質(zhì)點振動方向的方法:沿著時間軸看去,“上坡”段質(zhì)點向上振動,“下坡”段質(zhì)點向下振動。 17.(2017·新課標全國Ⅲ卷)如圖,一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,實線為t=0時的波形圖,虛線為t=0.5 s時的波形圖。已知該簡諧波的周期大于0.5 s。關于該簡諧波,下列說法正確的是 A.波長為2 m B.波速為6 m/s C.頻率為1.5 Hz D.t=1 s時,x=1 m處的質(zhì)點處于波峰 E.t=2 s時,x=2 m處的質(zhì)點經(jīng)過平衡位置 【答案】BCE 【解析】由波形圖可知,波長為4 m,A錯誤;實線為t=0時的

22、波形圖,虛線為t=0.5 s時的波形圖,波沿x軸正方向傳播,又該波的周期大于0.5 s,則0~0.5 s時間內(nèi)波傳播的距離,,故周期,頻率為1.5 Hz,波速,BC正確;由,t=0時,x=1 m處的質(zhì)點在波峰位置,t=1時,該質(zhì)點應該在平衡位置向上振動,D錯誤;由,t=0時,x=2 m處的質(zhì)點在平衡位置,t=2 s時,該質(zhì)點同樣經(jīng)過平衡位置,E正確。 【名師點睛】本題知道兩個時刻的波形,可以運用波形的平移法分析波傳播的最短距離,要理解“該簡諧波的周期大于0.5 s”表達的意義。 18.(2017·江蘇卷)野生大象群也有自己的“語言”.研究人員錄下象群“語言”交流時發(fā)出的聲音,發(fā)現(xiàn)以2倍速度

23、快速播放時,能聽到比正常播放時更多的聲音.播放速度變?yōu)樵瓉淼?倍時,播出聲波的___________(選填“周期”或“頻率”)也變?yōu)樵瓉淼?倍,聲波的傳播速度____________(選填“變大”、“變小”或“不變”)。 【答案】頻率 不變 【解析】頻率由波源決定,播放速度變?yōu)樵瓉淼?倍時,播出聲波的頻率變?yōu)樵瓉韮杀?,傳播速度由介質(zhì)決定,所以傳播速度不變。 【名師點睛】機械波在傳播的過程中,傳播的速度由介質(zhì)決定,而頻率由波源決定. 19.(2017·新課標全國Ⅰ卷)如圖(a),在xy平面內(nèi)有兩個沿z方向做簡諧振動的點波源S1(0,4)和S2(0,–2)。兩波源的振動圖線分別如圖(b)

24、和圖(c)所示,兩列波的波速均為1.00 m/s。兩列波從波源傳播到點A(8,–2)的路程差為________m,兩列波引起的點B(4,1)處質(zhì)點的振動相互__________(填“加強”或“減弱”),點C(0,0.5)處質(zhì)點的振動相互__________(填“加強”或“減弱”)。 【答案】2 減弱 加強 【解析】由幾何關系可知AS1=10 m,AS2=8 m,所以波程差為2 m;同理可求BS1–BS2=0,為波長整數(shù)倍,由振動圖象知兩振源振動方向相反,故B點為振動減弱點,CS1–CS2=1 m,波長,所以C點振動加強。 【名師點睛】本題只要考查產(chǎn)生兩列波相遇處是加強或減弱的條件,尤其小心兩波源振動的方向是相反的,即振動步調(diào)相反,剛好顛倒過來。 12

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