三年高考(2016-2022)高考物理試題分項版解析 專題15 機械振動和機械波(含解析)
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1、三年高考(2016-2022)高考物理試題分項版解析 專題15 機械振動和機械波(含解析) 1.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(dāng)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,則這列波的波長可能是 A. 0.60 m B. 0.30 m C. 0.20 m D. 0.15 m 【來源】2018年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理(北京卷) 【答案】 B 【解析】可以畫出PQ之間的最簡單的波形,如圖所示: 點睛:解決機械波的題目關(guān)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。
2、 2.(多選)一振子沿x軸做簡諧運動,平衡位置在坐標(biāo)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 【來源】2018年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試?yán)砜凭C合物理試題(天津卷) 【答案】 AD ②,或者③,對于①式,只有當(dāng)n=0時,T=2s,為整數(shù);對于②式,T不為整數(shù);對于③式,當(dāng)n=0時,T=6s,之后只會大于6s,故C錯誤D正確 【點睛】t=0時刻振子的位移x
3、=-0.1m,t=1s時刻x=0.1m,關(guān)于平衡位置對稱;如果振幅為0.1m,則1s為半周期的奇數(shù)倍;如果振幅為0.2m,分靠近平衡位置和遠(yuǎn)離平衡位置分析. 3.(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 【來源】浙江新高考2
4、018年4月選考科目物理試題 【答案】 CD 【解析】AC、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; B、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; D、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(fù)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(fù)方向,所以d點的振動方向沿y軸的負(fù)方向,故D正確; 故選CD。 【點睛】兩列頻率相同的相干波,當(dāng)波峰與波峰相遇或波谷與波谷相
5、遇時振動加強,當(dāng)波峰與波谷相遇時振動減弱,據(jù)此分析。 4.一列簡諧橫波沿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___________。(填正確答案標(biāo)號。選對1個得2分,選對2個得4分,選對3個得5分。每選錯1個扣3分,最低得分為0分) 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 【來
6、源】2018年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理(全國III卷) 【答案】 ACE 5.一列簡諧橫波沿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 【來源】2018年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理(江蘇卷) 【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 6.聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,在鋼鐵
7、中的傳播速度為4900m/s。一平直橋由鋼鐵制成,某同學(xué)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1.00s。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。 【來源】2018年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試物理(全國II卷) 【答案】 365 (2)聲音在不同介質(zhì)中的頻率是不會改變的,由公式可知 x/k--w 解得 故本題答案是(1). 365 (2). 點睛:本題考查了波的傳播的問題,知道不同介質(zhì)中波的傳播速度不同,當(dāng)傳播是的頻率不會發(fā)生變化。 7.一列簡諧橫波在t=時的波形圖
8、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的振動圖像。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(biāo)。 【來源】2018年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理(新課標(biāo)I卷) 【答案】 (1)波沿負(fù)方向傳播; (2)xQ=9 cm ③式有 ⑤ 由④⑤式得,質(zhì)點Q的平衡位置的x坐標(biāo)為 ⑥ 【2017高考真題】 1.【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)
9、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 【考點定位】機械振動和機械波 【名師點睛】本題應(yīng)注意波的周期性,要從波長入手。 2.【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(fù)的最大值 B.t=2 s時,振子的速度為負(fù),加速度為正的最大值 C.t
10、=3 s時,振子的速度為負(fù)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(fù)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(yuǎn),速度為零,回復(fù)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,回復(fù)力和加速度均為零,BD錯誤。 【考點定位】振動圖象 【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。 3.【2017·新課標(biāo)Ⅲ卷】(5分)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
11、s時的波形圖。已知該簡諧波的周期大于0.5 s。關(guān)于該簡諧波,下列說法正確的是_______(填正確答案標(biāo)號。選對1個得2分,選對2個得4分,選對3個得5分。每選錯1個扣3分,最低得分為0分)。 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 【考點定位】機械波的傳播、質(zhì)點的振動 【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。 4.【2017·江蘇卷】野
12、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. 【考點定位】機械波 頻率 波速 【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. 5.【2017·新課標(biāo)Ⅰ卷】(5
13、分)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)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 【考點定位】波的疊加、干涉 【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
14、。 【2016高考真題】 1.【2016·北京卷】如圖所示,彈簧振子在M、N之間做簡諧運動。以平衡位置O為原點,建立Ox軸。向右為x的軸的正方向。若振子位于N點時開始計時,則其振動圖像為 【答案】A 【解析】由于向右為正方向,振子位于N點時開始計時,所以0時刻位移為正,在正向最大位移處,將向左運動,即向負(fù)方向運動,故A正確。 【考點定位】簡諧振動圖像 【方法技巧】在考綱上簡諧振動這一塊要求學(xué)生能從振動圖象上獲取信息,會求簡諧運動的路程和位移,以及掌握簡諧運動的表達式。 2.【2016·天津卷】在均勻介質(zhì)中坐標(biāo)原點O處有一波源做簡諧運動,其表達式為,它在介質(zhì)中形
15、成的簡諧橫波沿x軸正方向傳播,某時刻波剛好傳播到x=12 m處,波形圖象如圖所示,則 A.此后再經(jīng)6 s該波傳播到x=24 m處 B.M點在此后第3 s末的振動方向沿y軸正方向 C.波源開始振動時的運動方向沿y軸負(fù)方向 D.此后M點第一次到達y=–3 m處所需時間是2 s 【答案】AB 【考點定位】機械波的傳播、質(zhì)點的振動 【名師點睛】此題考查了質(zhì)點的振動及機械波的傳播;要知道質(zhì)點振動一個周期,波向前傳播一個波長的距離;各個質(zhì)點的振動都是重復(fù)波源的振動,質(zhì)點在自己平衡位置附近上下振動,而不隨波遷移;能根據(jù)波形圖及波的傳播方向判斷質(zhì)點的振動方向。 3.【2016·四
16、川卷】簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播,P、Q是傳播方向上相距10 m的兩質(zhì)點,波先傳到P,當(dāng)波傳到Q開始計時,P、Q兩質(zhì)點的振動圖像如圖所示。則 A.質(zhì)點Q開始振動的方向沿y軸正方向 B.該波從P傳到Q的時間可能為7 s C.該波的傳播速度可能為2 m/s D.該波的波長可能為6 m 【答案】AD 【解析】由圖線可知,質(zhì)點Q開始起振的方向沿y軸正方向,選項A正確;振動由P向Q傳播,由圖線可知T=6 s,故振動從P傳到Q的時間可能為(nT+4) s=v(6n+4) s,(n=1、2、3、……),故不可能為7 s選項B錯誤;根據(jù)(nT+4)v=10 m可得(n=1、2、3、……),
17、故波速不可能為2 m/s,選項C錯誤;根據(jù),當(dāng)n=1時,λ=6 m,選項D正確;故選AD。 考點:振動圖像;機械波的傳播 【名師點睛】此題是對振動圖像及機械波傳播問題的考查;首先要掌握已知振動圖像判斷質(zhì)點振動方向的基本方法以及波速、波長及周期的關(guān)系;此題中要考慮波形傳播的重復(fù)性及多解問題,這是題目的難點所在. 4.【2016·上海卷】甲、乙兩列橫波在同一介質(zhì)中分別從波源M、N兩點沿x軸相向傳播,波速為2 m/s,振幅相同;某時刻的圖像如圖所示。則 A.甲乙兩波的起振方向相反 B.甲乙兩波的頻率之比為3:2 C.再經(jīng)過3 s,平衡位置在x=7 m處的質(zhì)點振動方向向下 D.再
18、經(jīng)過3 s,兩波源間(不含波源)有5個質(zhì)點位移為零 【答案】ABD 【考點定位】機械波的傳播、質(zhì)點的振動 【方法技巧】通過波的前沿質(zhì)點振動方向判斷波的起振方向,根據(jù)波長、波速與頻率關(guān)系計算兩列波的頻率,通過平移法畫出3 s時的波形,再分析問題。 5.(4分)【2016·海南卷】下列說法正確的是________。(填入正確答案標(biāo)號。選對1個得2分,選對2個得3分,選對3個得4分;有選錯的得0分) A.在同一地點,單擺做簡諧振動的周期的平方與其擺長成正比 B.彈簧振子做簡諧振動時,振動系統(tǒng)的勢能與動能之和保持不變 C.在同一地點,當(dāng)擺長不變時,擺球質(zhì)量越大,單擺做簡諧振動的
19、周期越小 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及其振動周期,就可知振子在任意時刻運動速度的方向 【答案】ABD 【考點定位】簡諧運動、受迫振動 【名師點睛】本題關(guān)鍵抓住簡諧運動的周期性,分析時間與周期的關(guān)系分析振子的位移變化,要掌握加速度與位移的關(guān)系,根據(jù)計時開始時刻的加速度及方向解題。 6.【2016·全國新課標(biāo)Ⅰ卷】(5分)某同學(xué)漂浮在海面上,雖然水面波正平穩(wěn)地以1.8 m/s的速率向著海灘傳播,但他并不向海灘靠近。該同學(xué)發(fā)現(xiàn)從第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間間隔為15 s。下列說法正確的是_____。(
20、填正確答案標(biāo)號。選對1個得2分,選對2個得4分,選對3個得5分。每選錯1個扣3分,最低得分為0分) A.水面波是一種機械波 B.該水面波的頻率為6 Hz C.該水面波的波長為3 m D.水面波沒有將該同學(xué)推向岸邊,是因為波傳播時能量不會傳遞出去 E.水面波沒有將該同學(xué)推向岸邊,是因為波傳播時振動的質(zhì)點并不隨波遷移 【答案】ACE 【解析】水面波是一種機械波,故A正確;該同學(xué)發(fā)現(xiàn)從第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間間隔為15 s,所以周期,該水面波的頻率f=0.6Hz,故B錯誤;該水面波的波長,故C正確;水面波沒有將該同學(xué)推向岸邊,只能說是因為波傳播時振動的質(zhì)點并不隨波遷移
21、,不能說波傳播時能量不會傳遞出去,波的傳播過程也是能量傳遞過程,故D錯誤,E正確。 【考點定位】波的傳播 【名師點睛】本題考查了波的基本特點,波的波長、波速、周期三者的關(guān)系是考查的重點。還要理解波傳播時介質(zhì)中振動的質(zhì)點并不隨波遷移,只在各自的平衡位置附近振動;波的傳播過程也是能量傳遞過程。 7.【2016·全國新課標(biāo)Ⅲ卷】由波源S形成的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中向左、右傳播。波源振動的頻率為20 Hz,波速為16 m/s。已知介質(zhì)中P、Q兩質(zhì)點位于波源S的兩側(cè),且P、Q和S的平衡位置在一條直線上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8 m、14.6 m,P、Q開始振動后,下
22、列判斷正確的是_____。(填正確答案標(biāo)號。選對1個得2分,選對2個得4分,選對3個得5分;每選錯1個扣3分,最低得分為0分) A.P、Q兩質(zhì)點運動的方向始終相同 B.P、Q兩質(zhì)點運動的方向始終相反 C.當(dāng)S恰好通過平衡位置時,P、Q兩點也正好通過平衡位置 D.當(dāng)S恰好通過平衡位置向上運動時,P在波峰 E.當(dāng)S恰好通過平衡位置向下運動時,Q在波峰 【答案】BDE 【考點定位】考查了機械波的傳播 【方法技巧】在根據(jù)波的傳播方向判斷質(zhì)點振動方向或者根據(jù)質(zhì)點振動方向判斷波傳播方向時,“走坡法”是一種重要的方法,即“下坡上,上坡下”,簡諧橫波在傳播過程中波上的各個質(zhì)點只在平衡位置附
23、近上下振動,不會隨波遷移,當(dāng)兩個質(zhì)點相隔波長的整數(shù)倍時,則這兩個點為同相點,即振動步調(diào)相同,如果兩個質(zhì)點相隔半波長的奇數(shù)倍時,兩個點為反相點,即振動步調(diào)相反。 8.【2016·全國新課標(biāo)Ⅱ卷】(10分)一列簡諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正向傳播,波長不小于10 cm。O和A是介質(zhì)中平衡位置分別位于x=0和x=5 cm處的兩個質(zhì)點。t=0時開始觀測,此時質(zhì)點O的位移為y=4 cm,質(zhì)點A處于波峰位置;t=s時,質(zhì)點O第一次回到平衡位置,t=1 s時,質(zhì)點A第一次回到平衡位置。求: (i)簡諧波的周期、波速和波長; (ii)質(zhì)點O的位移隨時間變化的關(guān)系式。 【答案】(i)4 s 7.5 cm
24、/s 30 cm (2)y=0.08cos(+) 【解析】(i)設(shè)振動周期為T,由于質(zhì)點A 在0到1 s內(nèi)由最大位移處第一次回到平衡位置,經(jīng)歷的是個周期,由此可知T=4 s① 由于質(zhì)點O與A的距離5 cm小于半個波長,且波沿x軸正向傳播,質(zhì)點O在t=s時回到平衡位置,而質(zhì) 質(zhì)點O的位移隨時間變化的關(guān)系為 y=0.08cos(+)(國際單位制)⑦ 或y=0.08sin(+)(國際單位制) 【考點定位】機械振動和機械波 【名師點睛】此題是關(guān)于簡諧波的傳播問題;關(guān)鍵是搞清機械波形成的機理,知道質(zhì)點的位移隨時間變化的關(guān)系y=Acos(+φ0),根據(jù)已知條件確定振幅和角頻率等;此題有一定難度。
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