2022年高考物理真题和模拟题分类汇编专题16机械振动和机械波含解析.doc

专题16 机械振动和机械波选择题1.(2021·浙江卷)将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳，它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端，同时用相同频率和振幅上下持续振动，产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同，分别得到了如图甲和乙所示的波形。下列说法正确的是()A.甲图中两手开始振动时的方向并不相同B.甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置C.乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形D.乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形答案 C解析：乙图中两手开始振动时的方向恰好相反，则乙图中分叉点是振动减弱的位置，则在分叉点的右侧终见不到明显的波形，所以C正确；故选C。2.(2021·湖南卷)均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播，波面为圆。t = 0时刻，波面分布如图(a)所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷。A处质点的振动图像如图(b)所示，z轴正方向竖直向上。下列说法正确的是( )A.该波从A点传播到B点，所需时间为B.时，处质点位于波峰C.时，处质点振动速度方向竖直向上D.时，处质点所受回复力方向竖直向上E.处质点起振后，内经过的路程为答案ACE解析：由图a、b可看出，该波的波长、周期分别为 = 10m，T = 4s则根据波速公式v = = 2.5m/s则该波从A点传播到B点，所需时间为t = m/s = 4m/sA正确；波从AE波面传播到C的距离为x =(10 - 10)m则波从AE波面传播到C的时间为t = 则t = 8s时，C处质点动了3.1s，则此时质点速度方向向上，C正确；由选项A知T = 4s，12s = 3T一个周期质点运动的路程为4cm，则3T质点运动的路程为12cm，E正确。故选ACE。3.(2021春·浙江卷)两列频率、振幅均相同的简谐波和分别从绳子的两端持续相向传播，在相遇区域发生了干涉，在相距0.48m的A、B间用频闪相机连续拍摄，依次获得1、2、3、4、5五个波形，如图所示，且1和5是同一振动周期内绳上各点位移都达到最大值时拍摄的波形。已知频闪时间间隔为0.12s，下列说法正确的是()A.简谐波和的波长均为0.24m B.简谐波和的周期均为0.48sC.绳上各点均做振幅相同的简谐运动 D.两波源到A点和C点的路程差之差的绝对值是0.48m【答案】D【解析】A.简谐波和的波长均为0.48m，选项A错误；B.从波形1到波形5经历的时间为，则可得简谐波和的周期均为T=0.96s选项B错误；C.绳上各点中加强点和减弱点振幅不相同，选项C错误；D.AC两点均为振动减弱点，则两波源到两点的距离只差分别为和，则 两波源到A点和C点的路程差之差的绝对值是选项D正确。故选D。4.(2021春·浙江卷)为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示。则()A.针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同B.随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大C.打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同D.稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同【答案】AD【解析】A.根据共振的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振，此时落果效果最好，而不同的树木的固有频率不同，针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，选项A正确；B.当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，则随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，选项B错误；C.打击杆对不同粗细树干打击的振动频率不同，则打击结束后，树干的振动频率不都是相同的，选项C错误；D.树干在振动器的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，选项D正确。故选AD。5.(2021·四川泸州三模)一列简谐横波在t=0时刻的波形如图中实线所示，从此刻起，经过t=0.2s波形图如图中虚线所示，若t<T (T为波的周期)，则下列说法正确的是()A.这列波沿着x轴正方向传播B.这列波的传播速度是15m/sC.若p点的纵坐标是2cm，则它对应的的横坐标是1.5mD.p质点在0到0.30s内通过的路程为8cmE.若此波遇到另一列频率为1.25Hz的简谐横波，能发生稳定的干涉现象【答案】ACD【解析】A.因为t<T，可知这列波沿着x轴正方向传播，选项A正确；B.波在0.2s内传播的距离为4m，可知波速选项B错误；C.该波的波长为12m，若p点的纵坐标是2cm，则根据数学知识可知，它对应的的横坐标是1.5m，选项C正确；D.0.30s内波向右传播的距离为6m，即传播半个波长，则质点振动半个周期，则p质点在0到0.30s内通过的路程为2A=8cm，选项D正确；E.该波的频率为若此波遇到另一列频率为1.25Hz的简谐横波，不能发生稳定的干涉现象，选项E错误。故选ACD。6.(2021·北京海淀一模)一列沿x轴传播的简谐横波，在t=0时的波形如图2甲所示，P、Q是波上的两个质点，此时质点P沿y轴负方向运动。图2乙是波上某一质点的振动图像。下列说法中正确的是A.该波沿x轴负方向传播 B.图2乙可能为Q点的振动图像C.t=0.10s时，质点P沿y轴正方向运动 D.该波的波速为80m/s【答案】C【解析】由于甲是波形图，此时质点P在向y轴负方向运动，根据“同侧法”可知，波沿x轴正方向传播，选项A错误；图2中的质点振动图像在t=0时刻向y轴负方向运动，而Q点的运动方向是沿y轴正方向的，故它不是A点的振动图像，而是原点或x=8m处的质点的振动图像，选项B错误；由乙图可知，质点的周期是0.2s，所以在t=0.1s时，是1/2周期的时候，质点P应该运动过最下端，且在向上运动，即沿y轴正方向运动，选项C正确；由甲可知，波长为=8m，则波速v=40m/s，选项D错误。7.(2021·云南曲靖一模)如图所示，两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于和处，两列波的速度大小均为，两列波的振幅均为。图示为时刻两列波的图像(传播方向如图所示)，该时刻平衡位置位于和的P、Q两质点刚开始振动，另有一质点M，平衡位置处于处。关于各质点运动情况的判断正确的是()A.两波源的起振方向均为y轴负方向B.t=0时刻质点P、Q均沿y轴负方向运动C t=0.75s时刻，质点P、Q都运动到x=0.5m处D.t=1s时刻，质点M的位移为-4cmE.t=ls时刻，质点M的位移为4cm【答案】ABD【解析】A B.根据波形平移法可知：时刻质点P、Q均沿y轴的负方向运动，则质点P、Q的起振方向均沿y轴的负方向运动，两波源的起振方向均为y轴负方向，故AB正确；C.质点P、Q在平衡位置附近振动，不会沿波的传播方向运动，故C错误；DE.由图知波长，由得，该波的周期为则时刻，两列波谷都传播到点，质点的位移为故D正确，E错误。故选ABD。8.(2021·江苏常州一模)如图甲所示，在一条张紧的绳子上挂几个摆。当a摆振动的时候，其余各摆在a摆的驱动下也逐步振动起来，不计空气阻力，达到稳定时，b摆的振动图像如图乙。下列说法正确的是()A.稳定时b摆的振幅最大 B.稳定时b摆的周期最大C.由图乙可以估算出b摆的摆长 D.由图乙可以估算出c摆的摆长【分析】受迫振动的频率等于驱动率的频率，当驱动力的频率接近物体的固有频率时，振幅最大，即共振；再利用单摆的周期公式求摆长。【解答】解：A、a摆摆动起来后，通过水平绳子对b、c两个摆施加周期性的驱动力，使b、c两个摆做受迫振动，由于a摆提供的驱动力的周期和c摆的固有周期相同，所以c摆发生了共振，c摆的振幅是最大的，故A错误；B、b、c两摆做受迫振动的频率等于驱动力的频率，都等于a摆的频率，则两摆的周期相同，都等于a摆的周期，因为Tbt0，所以c摆和a摆的周期也都为t0，故B错误；C、由于b摆做受迫振动，所以其固有频率未知，即固有周期未知，所以无法求得b摆的摆长，故C错误；D、根据单摆的周期公式T2，由于a摆提供的驱动力的周期和c摆的固有周期相同，结合图乙所可以估算出c摆的摆长，故D正确。故选：D。【点评】解决该题需要掌握故有周期的求解公式，知道a摆是作为驱动力，而b和c摆做的是受迫振动，其频率和周期与a摆的频率、周期相同。9.(2021·广西柳州一模) t=0时刻一列简谐横波在某弹性介质中波形图如图所示，介质中的三个质点a、b、c此时刻对应的位置如图，已知质点b在介质中振动的频率为5Hz，质点c的动能正在逐渐增大，且此时刻质点c对应的y轴坐标为-2.5cm， 则下列说法正确的是()A.t=0时刻质点a的加速度最大B.该波沿x轴正方向传播C.质点a、b做受迫振动，而且振动频率与质点c相同D.从t=0时刻开始经过0.05s，质点c运动的路程为5cmE.质点c的初相位为【答案】ACE【解析】A.t=0时刻质点a在波峰，位移最大，加速度最大，A正确；B.质点c的动能正在逐渐增大，一定向平衡位置运动，正在向上运动，波沿x轴负方向传播，B错误；C.除振源外的所有质点都做受迫振动，振动频率都等于振源的振动频率，C正确；D.质点b在介质中振动的频率为5Hz，则波的周期是0.2s，质点c从波谷运动到波峰的时间为0.1s，路程为10cm，平均速度设为v，则从t=0时刻开始经过0.05s，质点c运动的路程一定大于5cm，因为这段时间内的平均速度大于v，D错误；E.由解得 ，E正确。故选ACE。10.(2021·北京东城一模)一列简谐横波某时刻波形如图所示，此时质点P的速度方向沿y轴正方向，则A.这列波沿x轴负方向传播B.质点a此时动能最大，加速度最小C.再经过一个周期，质点P运动到x=6m处D.当质点P运动到最低点时，质点b恰好运动到平衡位置【答案】B【解析】因为此时质点P的速度方向沿y轴正方向，则根据同侧法可知，这列波沿x轴正方向传播，选项A错误；质点a此时处于平衡位置，故它的动能最大，加速度最小，选项B正确；再经过一个周期，质点P不会运动到x=6m处，因为质点P只会在平衡位置附近做上下振动，不会随波迁移，选项C错误；由图可知，质点P与质点b的位置相差一个波长，故当P运动到最低点时，质点b也运动到最低点，选项D错误。填空题11.(2021·全国乙卷)图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线，经过后，其波形曲线如图中虚线所示。已知该波的周期T大于，若波是沿x轴正方向传播的，则该波的速度大小为_，周期为_s，若波是沿x轴负方向传播的，该波的周期为_s。答案：(1).0.5 (2).0.4 (3).1.2解析：(1)若波是沿x轴正方向传播的，波形移动了15cm，由此可求出波速和周期：(2)若波是沿x轴负方向传播的，波形移动了5cm，由此可求出波速和周期：12.(2021·广东卷)如图所示，一个轻质弹簧下端挂一小球，小球静止。现将小球向下拉动距离A后由静止释放，并开始计时，小球在竖直方向做简谐运动，周期为T。经时间，小球从最低点向上运动的距离_(选填“大于”、“小于”或“等于”)；在时刻，小球的动能_(选填“最大”或“最小”)。答案：(1)小于 (2)最大解析：1根据简谐振动的位移公式则时有所以小球从最低点向上运动的距离为则小球从最低点向上运动的距离小于。2在时，小球回到平衡位置，具有最大的振动速度，所以小球的动能最大。13.(2021·河北卷)如图，一弹簧振子沿x轴做简谐运动，振子零时刻向右经过A点，后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，内经过的路程为0.4m。该弹簧振子的周期为_s，振幅为_m。答案：(1)4 (2)0.2解析：1根据简谐运动对称性可知，振子零时刻向右经过A点，后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，则A、B两点关于平衡位置对称，而振动经过了半个周期的运动，则周期为2从A到B经过了半个周期的振动，路程为，而一个完整的周期路程为0.8m，为4个振幅的路程，有解得振幅为计算题14.(2021·全国甲卷)均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB=16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v=20cm/s，波长大于20cm，振幅为y=1cm，且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔t=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻(t1>0)，质点A位于波峰。求(i)从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；(ii)t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。答案：(i)0.8s；(ii)-0.5cm解析：(i)因为波长大于20cm，所以波的周期由题可知，波的周期是波的波长在t1时刻(t1>0)，质点A位于波峰。因为AB距离小于一个波长，B到波峰最快也是A的波峰传过去，所以 从t1时刻开始，质点B运动到波峰所需要的最少时间(ii)在t1时刻(t1>0)，由题意可知，此时图象的函数是t1时刻质点B偏离平衡位置的位移11