2019年高考物理 真題和模擬題分項匯編 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
8、速度減小,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=3s時,N點恰好處于波谷 D.當M點處于
9、波峰時,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4s,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3s,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.(2019·廣東省潮州市模擬)下列說法正確的是 A.在同一地點,單擺做簡諧振動的周期與其擺長成正比 B.彈簧振子做簡諧振動時,振動系統(tǒng)的勢能與動能之
10、和保持不變 C.彈簧振子做簡諧振動時,彈簧的勁度系數(shù)越大,單擺做簡諧振動的周期越大 D.系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動時,系統(tǒng)振動的頻率等于周期性驅(qū)動力的頻率 E.已知彈簧振子初始時刻的位置、振幅及周期,仍不一定能確定振子在任意時刻的位置 【答案】BDE 【解析】根據(jù)單擺的周期公式,得;在同一地點,g一定,則知T2與L成正比,即單擺做簡諧振動的周期的平方與其擺長成正比。故A錯誤。彈簧振子做簡諧振動時,振動系統(tǒng)的機械能守恒,即振動系統(tǒng)的勢能與動能之和保持不變。故B正確。根據(jù)單擺的周期公式,可知彈簧的勁度系數(shù)越大,彈簧振子做簡諧振動的周期越小。故C錯誤;系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動時,系統(tǒng)振動的頻率等于周
11、期性驅(qū)動力的頻率,與固有頻率無關,故D正確。振動質(zhì)點在同一位置振動方向有兩種,所以已知彈簧振子初始時刻的位置,不知道初始時刻振子的振動方向,根據(jù)振動周期,不能知道振子在任意時刻運動速度的方向,仍不一定能確定振子在任意時刻的位置。故E正確。 9.(2019·山西省晉城市高三下學期第三次模擬)關于機械振動和機械波,下列說法正確的是 A.機械波的傳播過程是大量介質(zhì)質(zhì)點依次重復波源振動的過程 B.單個物體的振動在介質(zhì)中不會產(chǎn)生波 C.在波的傳播過程中,介質(zhì)質(zhì)點只振動不隨波遷移 D.在波的傳播過程中,介質(zhì)質(zhì)點均做受迫振動 E.橫波和縱波都能出現(xiàn)偏振現(xiàn)象 【答案】ACD 【解析】機械波是振
12、動在介質(zhì)中的傳播,需要大量介質(zhì)質(zhì)點依次重復波源的振動,A正確;單個物體可以作為波源,在介質(zhì)中會產(chǎn)生機械波,B錯誤;波傳播的是機械振動形式,同時傳播了能量,介質(zhì)中的質(zhì)點做受迫振動,質(zhì)點只在平衡位置附近振動,并不隨波遷移,CD正確;只有橫波會出現(xiàn)偏振現(xiàn)象,縱波不會出現(xiàn)偏振現(xiàn)象,E錯誤。 10.(2019·遼寧省沈陽市東北育才學校高三第八次模擬)下列說法中正確的是 A.做簡諧運動的質(zhì)點,經(jīng)過四分之一周期,所通過的路程不一定等于振幅 B.聲波從空氣傳入水中時頻率變大,波長不變 C.赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在 D.假設火車以接近光速通過站臺時,站臺上旅客觀察到車上乘客在變矮 E.拍攝
13、玻璃櫥窗內(nèi)的物品時,往往在鏡頭前加裝一個偏振片以減弱玻璃反射光的影響 【答案】ACE 【解析】做簡諧運動的質(zhì)點,經(jīng)過四分之一周期,所通過的路程不一定等于振幅,只有當質(zhì)點從平衡位置或者最高點最低點開始振動時,經(jīng)過四分之一周期所通過的路程才等于振幅,選項A正確;聲波從空氣傳入水中時頻率不變,波速變大,則波長變大,選項B錯誤;赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在,選項C正確;根據(jù)尺縮效應,沿物體運動的方向上的長度將變短,火車以接近光束通過站臺時,車上乘客觀察到站在站臺上旅客變瘦,而不是變矮,故D錯誤;拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時,反射光屬于偏振光,在鏡頭加偏振片的作用可以減弱玻璃的反射光的強度,故E正確
14、。 11.(2019·北京市人大附中模擬)用手握住較長軟繩的一端連續(xù)上下抖動,形成一列簡諧橫波向右傳播。某一時刻的波形如圖所示,繩上a、b兩質(zhì)點均處于波峰位置。下列說法正確的是 A.a(chǎn)、b兩點之間的距離為半個波長 B.a(chǎn)、b兩點振動開始時刻相差半個周期 C.a(chǎn)點完成全振動的次數(shù)比b點多一次 D.a(chǎn)點完成全振動的次數(shù)比b點少一次 【答案】C 【解析】由波形可知,a、b兩點之間的距離為一個波長,選項A錯誤;a、b兩點振動開始時刻相差一個周期,選項B錯誤;a點距離波源較近,且ab相差一個波長,則 a點完成全振動的次數(shù)比b點多一次,選項C正確,D錯誤。 12.(2019年東北三省四
15、市模擬)用彈簧將一物塊懸掛于天花板上,使物塊在豎直方向做簡諧振動,其振動圖象如圖所示,則 A.該簡諧振動的周期為2.0 s B.t=1.0 s時刻系統(tǒng)能量達到最小值 C.t=1.0 s和t=2.0 s兩個時刻物塊動能相等 D.t=0.5 s和t=1.5 s兩個時刻彈簧的彈性勢能相等 E.t=0.5 s和t=1.5 s兩個時刻物塊的加速度均為最大值但不相等 【答案】ACE 【解析】由圖讀出周期為T=2.0 s,故A正確。質(zhì)點做簡諧運動的過程中系統(tǒng)的機械能守恒,各時刻的機械能都是相等的。故B錯誤。由圖可知t=1.0 s和t=2.0 s兩個時刻物塊都在平衡位置,則兩個時刻的動能相等
16、且為最大值,故C正確。由圖看出,t=0.5s質(zhì)點位于正的最大位移處,t=1.5 s時質(zhì)點位于負的最大位移處,兩時間質(zhì)點的位移大小相等、方向相反;由于物塊在平衡位置時,彈簧處于拉長狀態(tài),所以t=0.5 s和t=1.5 s兩個時刻彈簧的彈性勢能不相等,故D錯誤。t=0.5 s質(zhì)點位于正的最大位移處,t=1.5 s時質(zhì)點位于負的最大位移處,兩時間質(zhì)點的位移大小相等、方向相反,所以兩個時刻物塊的回復力以及加速度都是大小相等,為最大值,但方向相反,故E正確。 13.(2019·湖北省宜昌市高三模擬)如圖所示為一列簡諧橫波在t=0時的波形圖,波沿x軸負方向傳播,傳播速度v=1 m/s,則下列說法正確的是
17、 A.此時x=1.25 m處的質(zhì)點正在做加速度增大的減速運動 B.x=0.4 m處的質(zhì)點比x=0.6 m處的質(zhì)點先回到平衡位置 C.x=4 m處的質(zhì)點再經(jīng)過1.5 s可運動到波峰位置 D.x=2 m處的質(zhì)點在做簡諧運動,其振動方程為y=0.4sinπt (m) E.t=2 s的波形圖與t=0時的波形圖重合 【答案】ACE 【解析】波沿x軸負向傳播,故此時x=1.25 m處的質(zhì)點向上運動,質(zhì)點縱坐標大于零,故由質(zhì)點運動遠離平衡位置可得:質(zhì)點做加速度增大的減速運動,故A正確;由波沿x軸負向傳播可得:x=0.6 m處的質(zhì)點向平衡位置運動,故x=0.4 m處的質(zhì)點、x=0.6 m處的
18、質(zhì)點都向平衡位置運動,且x=0.4 m處的質(zhì)點比x=0.6 m處的質(zhì)點距離遠,那么,x=0.6m處的質(zhì)點比x=0.4 m處的質(zhì)點先回到平衡位置,故B錯誤;由波沿x軸負向傳播可得:x=4 m處的質(zhì)點由平衡位置向下振動,故x=4 m處的質(zhì)點再經(jīng)過可運動到波峰位置,又有波長λ=2 m,波速v=1 m/s,所以,周期T=2s,那么,x=4 m處的質(zhì)點再經(jīng)過1.5 s可運動到波峰位置,故C正確;由C可知:x=2 m處的質(zhì)點在做簡諧運動的周期T=2s,又有振幅A=0.4m,t=0時,質(zhì)點位移為零,根據(jù)波沿x軸負向傳播可知質(zhì)點向下振動,故可得:振動方程為y=﹣0.4sin(πt)(m),故D錯誤;由C可知簡
19、諧波的周期T=2s,故經(jīng)過2s,波正好向前傳播一個波長,波形重合,故t=2 s的波形圖與t=0時的波形圖重合,故E正確。 14.(2019·安徽省六安市最后一卷)如圖所示,實線是沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t=0時刻的波形圖,虛線是這列波在t=0.6 s時刻的波形圖。已知該波的波速是1 m/s,則下列說法正確的是 A.這列波的波長是12 cm B.這列波可能是沿x軸正方向傳播的 C.t=0.04時,x=4 cm處的質(zhì)點速度沿y軸負方向 D.0~0.16 s內(nèi),x=6 cm處的質(zhì)點振動方向改變了3次 E.若此波傳入另一介質(zhì)中其波速變?yōu)?.5 m/s,則它在該介質(zhì)中的波長為6 cm
20、 【答案】ADE 【解析】由圖可知λ=12cm,選項A正確;則周期為:;,對應,則由圖可知傳播方向必向左,選項B錯誤;由圖可知,在t=0.04 s時刻x=4 cm處的質(zhì)點在y軸負方向位置沿y軸正方向振動,選項C錯誤;0.2 s=1T,x=6 cm處的質(zhì)點振動方向在4/3周期內(nèi)共改變了3次,選項D正確;若此波傳入另一介質(zhì)中速度變?yōu)?.5 m/s,但是周期不變,則它在該介質(zhì)中的波長為,選項E正確. 15.(2019·遼寧省沈陽市模擬)有兩列簡諧橫波的振幅都是10 cm,傳播速度大小相同。O點是實線波的波源,實線波沿x軸正方向傳播,波的頻率為3 Hz;虛線波沿x軸負方向傳播。某時刻實線波剛好傳到
21、x=12 m處質(zhì)點,虛線波剛好傳到x=0處質(zhì)點,如圖所示,則下列說法正確的是 A.實線波和虛線波的頻率之比為2:3 B.平衡位置為x=6 m處的質(zhì)點此刻振動速度最大 C.實線波源的振動方程為 D.平衡位置為x=6 m處的質(zhì)點始終處于振動加強區(qū),振幅為20 cm E. 從圖示時刻起再經(jīng)過0.75 s,平衡位置為x=5 m處的質(zhì)點的位移 【答案】BCE 【解析】在同一介質(zhì)中傳播的兩列簡諧橫波波速相等,由圖可知,實線波的波長λ1=4 m,虛線波的波長λ2=6 m,由v=λf可知,實線波和虛線波的頻率之比為f1:f2=λ2:λ1=3:2,故A錯誤;兩列波單獨引起平衡位置為x=6 m處的質(zhì)點的速度方向均向上,所以該質(zhì)點此時速度最大,故B正確;根據(jù)振動方程,而振幅,,因?qū)嵕€波沿x軸正向傳播,根據(jù)同側法克知x=12m處的質(zhì)點起振向下,則波源的起振向下,,故振動方程為;故C正確;兩列波的頻率不一致,不是相干波源無法產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,故不能形成振動加強和減弱的點;故D錯誤;,從圖示時刻起再經(jīng)過0.75 s實線波往x軸正向傳播了9 m,對應的x=5 m質(zhì)點位移為,虛線波往x軸負向傳播了9 m,對應的x=5 m的質(zhì)點位移,顯然;故E正確。 10
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