(2020-2022)三年高考物理真题分项汇编(山东专用)专题15机械振动和机械波Word版含解析9206.pdf

2020-22年三年年山东卷高考汇编 专题15机械振动和机械波【考纲定位】高考命题点 考纲要求 高考真题 1.简谐运动及描述 通过实验，认识简谐运动的特征；能用公式和图象描述简谐运动.2.单摆及周期公式 通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系；知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系；会用单摆测量重力加速度的大小.3.受迫振动和共振 通过实验，认识受迫振动的特点；了解产生共振的条件及其应用.4.机械波及描述 通过观察，认识波的特征；能区别横波和纵波；能用图象描述横波；理解波速、波长和频率的关系.2022山东高考 T9 2021山东高考 T10 2020山东高考 T4 【知识重现】一、简谐运动 1定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(xt 图象)是一条正弦或余弦曲线，这样的振动叫简谐运动 2简谐运动的图象(1)意义：表示振动物体的位移随时间变化的规律(2)从平衡位置开始计时，函数表达式为 xAsint，图象如图所示 3简谐运动的能量 简谐运动过程中动能和势能相互转化，机械能守恒，振动能量与振幅有关，振幅越大，能量越大 二、单摆 1定义：在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果线的伸长和质量都不计，球的直径比摆线短得多，这样的装置叫单摆 2做简谐运动的条件：摆角小于 10.3回复力：由小球所受重力沿切线方向的分力提供，即 FG2Gsinmglx，F 的方向与位移 x 的方向相反 4周期公式：T2lg.单摆的振动周期取决于摆长 l 和重力加速度 g，与振幅和振子的质量都没有关系 三、受迫振动和共振 1受迫振动 振动系统在周期性外力作用下的振动叫受迫振动 其振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关 2共振 当驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大其共振曲线如图所示 四、机械波 1机械波的形成和传播(1)产生条件：有波源；有传播振动的介质，如空气、水、绳子等(2)传播特点：传播振动形式、能量和信息；介质中各质点的振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同 2机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，有波峰(凸部)和波谷(凹部)(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上的波，有疏部和密部 3波长、波速、频率及其关系(1)波长：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，用 表示(2)波速：波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定(3)频率：由波源决定，等于波源的振动频率(4)波长、波速和频率的关系：vfT.4波的图象(1)图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置；用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线 (2)意义：某一时刻介质中各个质点相对平衡位置的位移 五、波的特有现象 1波的衍射 波可以绕过障碍物继续向前传播的现象叫波的衍射发生 明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显的衍射现象 2波的干涉 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振幅增大、某些区域的振幅减小，而且增大与减小的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉 3多普勒效应 由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感觉到频率变化的现象如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小 【真题汇编】1（2022山东高考真题）一列简谐横波沿 x 轴传播，平衡位置位于坐标原点 O 的质点振动图像如右图所示。当7st 时，简谐波的波动图像可能正确的是（）A B C D【答案】AC【解析】由 O 点的振动图像可知，周期为 T=12s，设原点处的质点的振动方程为 2sin()yAtT 则 10=20sin 解得=6 在 t=7s 时刻 7220sin(7)=10 3cm17.3cm126y 因 117s212TT 则在 t=7s 时刻质点在 y 轴负向向下振动，根据“同侧法”可判断若波向右传播，则波形为 C 所示；若波向左传播，则波形如 A 所示。故选 AC。2（2021山东高考真题）一列简谐横波沿 x 轴传播，如图所示，实线为12st 时的波形图，虚线为25st 时的波形图。以下关于平衡位置在 O 处质点的振动图像，可能正确的是（）A B C D【答案】AC【解析】机械波的传播方向不确定，所以需要考虑机械波传播方向的不确定性。AB若机械波沿x轴正方向传播，在12st 时O点振动方向竖直向上，则传播时间213sttt 满足 34tTnT（n=0，1，2，3）解得 12s43Tn（n=0，1，2，3）当0n 时，解得周期 4sT A 正确，B 错误；CD若机械波沿x轴负方向传播，在25st 时O点处于波谷，则 14tTnT（n=0，1，2，3）解得 12s41Tn（n=0，1，2，3）当0n 时，解得周期 12sT C 正确，D 错误。故选 AC。3（2020山东高考真题）一列简谐横波在均匀介质中沿 x 轴负方向传播，已知54x处质点的振动方程为2cos()yAtT，则34tT时刻的波形图正确的是（）A B C D【答案】D【解析】根据题意可知，34tT时，在51+44处的质点处于 03223coscoscos42yAtAATTT 则此时该质点位于平衡位置，下一时刻，该质点向上运动，故 AB 错误；根据题意，横波沿x轴负方向传播，根据同侧法判断可知，C 错误，D 正确。故选 D。【突破练习】1（2022山东师范大学附中模拟预测）某健身者挥舞健身绳锻炼臂力，图甲为挥舞后绳中一列沿 x 轴传播的简谐横波在1.0st 时刻的波形。图乙为绳上质点 M 的振动图像。下列说法正确的是（）A波沿x轴正方向传播 B波速大小为 0.25m/s C若 Q 点平衡位置坐标为 3.5m，Q 质点的振动方程为0.2sin 24yt D从1.0st 时计时，再经过13s6，P 点经过的路程为 0.7m【答案】C【解析】AM质点1.0st 后开始向 y 轴负方向运动，根据同侧法可知简谐波在向 x 轴负方向传播，故 A 错误；B根据图甲可知道简谐横波的波长为 4m 同时根据图乙可知周期 1sT 波速 4m/s4m/s1vT 故 B 错误；C若质点 Q 平衡位置坐标为3.5mQx，根据简谐横波在1.0st 时刻的波形图，可知此时 Q 的 y 轴位置为其初始振动位置，可得振动方程为 277sin(m)0.2sin2(m)0.2si)4n(2(m)88yAtTttT 故 C 正确；D1.0st 时，质点P在最大位移处，再经过13s6即26TT，P 点经过的路程大于81.6mA，故 D 错误。故选 C。2（2022山东日照二模）一列在均匀介质中沿x轴正方向传播的简谐横波在2st时的波形如图所示，波速为 3m/s，下列关于质点 P 的振动图像正确的是（）A B C D【答案】B【解析】由题意可知简谐横波的波长为 12m，则简谐横波的振动周期为 4sTv 2st时质点 P 位移为 5cm，由同侧法可知2st时振动方向沿着 y 轴正方向，可知 B 正确，ACD 错误。故选 B。3（2022山东模拟预测）一列简谐波沿绳向右传播，P、Q 是绳上两点，振动图像分别如图中实线和虚线所示。5st时，下列 P、Q 两点间的波形图可能正确的是（）A B C D【答案】A【解析】由振动图像可知，5st时，P处于正向位移最大处，Q处于平衡位置且向y轴正方向运动，波向右传播，结合同侧法可知 A 正确，BCD 错误。故选 A。4（2022山东济南市历城第二中学高三开学考试）一列简谐横波沿x轴传播，10.1st 时的波形图如图甲所示，A、B 为介质中的两质点。图乙为质点 A 的振动图像。下列说法正确的是（）A30.225st 时，B的速度沿y轴正方向 B30.225st 时，B的加速度沿y轴负方向 C从20.15st 到30.225st，B的路程为7.5cm D从20.15st 到30.225st，波沿x轴负方向传播了7.5cm【答案】A【解析】AB由图乙可知，t=0.225s 时，质点 A 在平衡位置上方向向上运动 0.225s0.10s0.125st 324TtT 由甲图可推出此刻 B 在平衡位置下方向上运动，所以此刻 B 的速度沿 y 轴正方向，故 A 正确，B 错误；C 由波形移动特点可推知0.225s 时 B 在-2.5cm下方，故20.15st 到30.225st 时间内，B 的路程小于7.5cm，故 C 错误；D 由图乙可知在t=0.1s时质点A处于平衡位置且向下振动，波沿x轴负方向传播，由图甲可知，波长=10cm，由图乙可知，波的周期为 0.20s，则波速为 50cm/svT 从 t=0.15s 到 t=0.225s，波沿 x 轴负方向传播了 s=500.075cm=3.75cm 故 D 错误。故选 A。5（2022山东省实验中学模拟预测）一列沿x轴传播的简谐横波在 t=0 时刻的波形如图甲所示，图乙是位于 x=1m 的质点 N 此后的a t图像，Q 是位于 x=10m 处的质点。则下列说法正确的是（）A波沿 x 轴正方向传播，波源的起振方向向下 B在 55.5s 时间内，质点 M 的速度在增大，加速度在减小 C在 t=12s 时，质点 Q 的位置坐标为（10m，8cm）D在 t=7s 时，质点 Q 开始向下振动【答案】B【解析】A由图乙可知 0 时刻之后质点 N 的加速度先为正方向，所以质点 N 先向下振动，所以波沿 x 轴正方向传播。由“前一质点带动后一质点”可知 0 时刻质点 M 的振动方向向上，即波源的起振方向向上。故 A 错误；B由图乙可知=4sT，55.5s 时间内质点振动时间大于114周期，小于112周期，此时质点 M 正处于 x 轴上方且正向 y 轴负方向运动，所以其速度在增大，加速度在减小，故 B 正确；C波的传播速度为 4m/s=1m/s4vT 波从质点 M 处传播到质点 Q 处所需要的的时间 7s7s1t Q 的振动了1271144个周期，此时质点 Q 处于 x 轴上方最多大位移处，即（10m，8cm）处，故 C 错误；D由 C 项分析可知 t=7s 时波正好传播到质点 Q 处，其振动方向向上，故 D 错误。故选 B。6（2022山东烟台二中模拟预测）一简谐横波沿 x 轴负向传播，0t时刻的波形如图甲所示，0.50mx 处的质点振动图像如图乙所示，以下说法正确的是（）A0t时刻0.50mx 处的质点沿 y 轴负方向运动 B该质点的振动方程为2sin 10cm6yt C若该波的波长大于 0.50m，则该波波长一定为 4m D若该波的波长小于 0.50m，则该波波长可能为 0.4m【答案】C【解析】A由图乙可知0t时刻0.50mx 处的质点振动方向沿 y 轴正方向，A 错误；B由图乙可知，0.2sT 则 210T 0t位移为2cm，则初相4则有 2sin 1c40myt B 错误；CD由甲、乙两图可知，该质点的位置满足 10.5m (0 1 2 3)8nn、4m1 8n 当0n 时，波长大于 0.50m，且4m，若该波的波长小于 0.50m，则该波波长不可能为 0.4m，C 正确，D 错误。故选 C。7（2022山东淄博三模）均匀介质中有一列正在沿水平方向传播的简谐波，在某一时刻它的波形图如图甲所示，M 和 N 是介质中的两个质点，从该时刻起某同学记录下了 N 点在一段时间内的振动图像，如图乙所示。下列说法正确的是（）A该列简谐波正以 1.0m/s 的速度向左传播 BM 和 N 两质点的振动方向始终相同 C该简谐波遇到一列波长为 8m、传播方向相反的简谐波后不会发生干涉现象 D该简谐波遇到宽度为 4m 的障碍物时能发生明显的衍射现象【答案】AD【解析】A由图甲可知，该简谐横波波长为=8m，周期 T=8s，所以波速为 v=T=1.0m/s 根据乙图可知该时刻开始质点 N 向上振动，所以该波沿-x 方向传播，即向左传播；故 A 正确；B因为质点 M、N 相差半个波长，所以他们的振动方向总是相反的；故 B 错误；C根据机械波发生干涉的条件可知该简谐波遇到一列波长为 8m、且在同一介质中运动，则频率相同，所以传播方向相反的简谐波后会发生干涉现象，故 C 错误；D 根据机械波发生明显衍射条件可知，该简谐波遇到宽度为 4m 的障碍物时能发生明显的衍射现象，故 D正确。故选 AD。8（2022山东模拟预测）如图所示为一列沿 x 轴正方向传播的简谐横波，实线为 t=0 时刻的波形图，虚线为 t=0.9 s 时的波形图，已知波的周期 T0.9 s，则（）A在 t=0.45 s 时，Q 点到达平衡位置且向下运动 B在 t=0.45 s 时，Q 点到达平衡位置且向上运动 C经过 4.5 s，P 点通过的路程为 2 m D经过 4.5 s，P 点通过的路程为 20 m【答案】BC【解析】AB由图可知，简谐横波的波长 16m 依题意，波的周期 T0.9 s 则经0.9st，传播的距离为 14m4x 可知传播的时间为 10.9s4tT 解得 3.6sT 可知波速为 40m/s9vT 在 t=0.45 s 时，该波传播的距离为 2mxvt 根据波形的平移法可得 Q 点到达平衡位置且向上运动。故 A 错误；B 正确；CD根据上面选项分析可得 54.5s4T 则 P 点通过的路程为 52msA 故 C 正确；D 错误。故选 BC。9（2022山东枣庄模拟预测）如图所示，一列简谐横波沿 x 轴传播，实线和虚线分别为 t1=0 时刻和 t2时刻的波形图，P、Q分别是平衡位置为 x1=l.0m和 x2=4.0m的两质点，质点Q 的振动方程为10sin(10)cmyt，下列说法中正确的是（）A波沿 x 轴负方向传播 B波的传播速度为 40m/s Ct1时刻与 t2时刻之间的时间可能为 2.15s D质点 P 的振动方程为310sin(10)cm4yt【答案】BD【解析】A由 t1=0 时刻实线波形和质点 Q 的振动方程为10sin(10)cmyt，知 Q 在 0 时刻振动方向向上，说明波在沿 x 轴正方向传播，A 错误；B由波形图知：=8m，由 Q 的振动方程知：=10，则周期为 220.2s10T 波速为 8m/s40m/s0.2vT B 正确；C波沿 x 轴正方向传播，实线波形向右移动t变为虚线波形，则 11=41420tnTns n=0，1,2,3 将t=2.15s 代入上式，n 无法取正整数，C 错误；D设质点 P 的振动方程为10sin(10+)cmPyt，将 t=0 时 y=52cm 代入可得 3=44或 由于 t=0 时，质点 P 振动方向向下，所以取34，则 P 点的振动方程为 310sin(10)cm4yt D 正确。故选 BD。10（2022山东师范大学附中高三阶段练习）一列简谐横波沿水平方向向右传播，在该波上有 M、N 两质点，平衡位置间距为 3m。从某时刻开始计时，两质点的振动图像如图所示，若 M、N 两质点间平衡位置的距离小于该简谐横波的波长，下列说法正确的是（）A该简谐横波的传播周期为 3.6s B4.5st 时质点 M 偏离平衡位置的位移最大 C该简谐横波的传播速度为5.0m/s D沿振动方向两质点间最大距离为 20cm【答案】AC【解析】A由图像可知，M 点的振动方程为 210sincmMMytT 带入图像上的数据可得 M6，3.6sT 故 A 错误；B把4.5st 代入 M 点的振动方程得 510sincm96y 解得 5 3cmy 故 B 错误；C同理可知，N 点的振动方程为 51110sincm96Nyt 由于 M、N 两点间距离小于波长，且波由 M 点传到 N 点，可知 16MNL 根据 vT 可得 该简谐横波的传播速度为 5m sv 故 C 正确；D0t时刻，M 点速度减小，N 点速度增大，但此时两者速度相等，则沿振动方向两质点间最大距离为10cm，故 D 错误。故选。AC