2023山东版物理高考第二轮复习--专题十五 机械振动与机械波.pdf

2023山东版物理高考第二轮复习专题十五机械振动与机械波一、选择题1.物理生活I（2 02 2 江西新余期末）（多选）下列说法正确的是（）A.男高音和女高音歌唱家所发出的声波可能会发生干涉现象B.机械波中某一质点的振动频率一定等于该机械波波源的振动频率C.如果波源停止振动,在介质中传播的机械波也会立即消失D.空气中的声波是不可能发生偏振现象的E.若观察者逐渐靠近波源，则所接收到的波的频率大于波源的频率答 案 B D E男、女高音歌唱家所发出的声波的频率不同,不可能发生干涉现象，故 A 错误;根据机械波产生的原理可知,机械波中某一质点的振动频率一定等于该机械波波源的振动频率,故B正确;机械波传播的是振动形式和能量,当波源停止振动时,机械波不会立即消失，已产生的波会继续传播,故C错误;空气中的声波是纵波,是不可能发生偏振现象的,故D正确;根据多普勒效应,若观察者逐渐靠近波源,则所接收到的波的频率大于波源的频率,故E 正确。2 .物理生活I（2 02 2 安徽滁州定远第六次检测）侈选）如图甲所示,通过战斗绳进行高效全身训练是健身房的最新健身潮流之一,健身爱好者训练时，手持绳的一端上下甩动形成的绳波可简化为简谐横波，手的平衡位置在x=0处，手从平衡位置开始甩动时开始计时,图乙是t=0.3 s 时的波形图,此时波刚好传播到 x=6用处，则（）甲A.x=6 m 处质点的起振方向沿y轴正方向B.x=6 m 处的质点振动的周期为0.3 sC.波传播的速度大小为2 0 m/sD.当 x=6 m 处的质点第一次到达波峰时,x=3 m 处的质点通过的路程为0.8 mE.手握着绳端上下做简谐运动的振动方程为y=-2 0 sin(cm)答 案 B C E根据波的传播方向与振动方向的关系可知,x=6 m 处质点的起振方向沿y轴负方向，故 A 错误;图乙是t=0.3 s 时的波形图，此时波刚好传播到x=6 m 处，可知此波的周期为T=0.3 s,故 x=6 m 处的质点振动的周期为0.3 s,故 B 正 确;波 传 播 的 速 度 m/s=2 0 m/s,故 C 正确;x=6 m 处质点的起振方向沿v 轴负方向,当x=6 m 处的质点第一次到达波峰时,x=3 m 处的质点已经振动了 tT+T,经过的路程为5 个振幅,由图可知A=2 0 cm,即 s=5X2 0 cm=100 cm=l m,故 D 错误;由以上分析可知,手从平衡位置开始甩动时起振方向沿y轴负方向，简谐运动的振动方程为y=-A sin yt=-2 0 sin争t(cm),故 E 正确。3.物理模型I(2 02 2 江苏南京二模)将较长的绳一端固定在墙上,另一端用手捏住以恒定振幅上下持续振动,产生的绳波沿绳自左向右传播，图示时刻波形刚好传播到A 点。下列判断正确的是()A.手的起振方向向下B.若减小手的振动频率,绳波的传播速度不发生变化C.若增大手的振动频率,绳波的波长将增大D.若停止手的振动，绳中波形立即消失答 案B根 据“同侧法”可知,A点的起振方向向上，由于A点的起振方向与手的起振方向相同，故手的起振方向向上,A错误;由于波的传播速度只与介质有关,故减小手的振动频率,绳波的传播速度不发生变化,B正确;波的传播速度只与介质有关,根据公式X方可知，若增大手的振动频率,绳波的波长将减小,C错误;若停止手的振动,绳中波形会继续传播,不会立即消失,D错误。4.物理探索（2 02 2浙江台州二模）（多选）如图所示,一个竖直圆盘转动时,固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动,T形支架下面系着一个弹簧和小球组成的振动系统，小球浸没在水中,当圆盘静止时,让小球在水中振动,其阻尼振动频率约为0.5 Hz。现使圆盘由静止开始缓慢加速转动,直至以1 s的周期匀速转动稳定下来,在此过程中,下列说法正确的为（）ioA.圆盘静止和转动时，小球都是做受迫振动B.最终稳定时小球的振动频率为1 HzC.小球的振幅先逐渐增大后又逐渐减小D.圆盘缓慢加速转动时,以T形支架为参考系，小圆柱的运动可视为简谐运动答 案B C振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动，圆盘静止时对振动系统无周期性驱动力作用，小球不是受迫振动,A错误;小球稳定振动时的频率为f*l Hz,故B正确;圆盘转速由零逐渐增大,转动的频率逐渐接近小球振动的固有频率时振幅增大,与固有频率相等时振幅最大,超过固有频率后转速继续增大，振幅减小,故小球的振幅先增大后减小,c 正确;圆盘缓慢加速转动时，以 T 形支架为参考系,小圆柱运动到T 形支架的中间位置时是非平衡状态,有加速度，不满足简谐运动的条件,D 错误。5.物理科技I（2 02 2 海南文昌模拟）（多选）某同学通过查阅手机说明,知道手机摄像头附近有一个小孔，小孔位置内部处安装了降噪麦克风。进一步翻阅技术资料得知:降噪麦克风通过降噪系统产生与外界噪声相位相反的声波,与噪声叠加从而实现降噪的效果。如图是理想情况下的降噪过程,实线对应环境噪声,虚线对应降噪系统产生的等幅反相声波。则（）降噪孔降噪声波A.降噪过程实际上是声波发生了衍射B.降噪过程实际上是声波发生了干涉C.降噪声波与环境噪声的频率相等D.a 点经过一个周期运动到b 点位置答 案 B C 由图看出，降噪声波与环境声波波长相等,又知波速相等，则频率相同，叠加时发生干涉，由于两列声波等幅反相，所以能使振幅减为零，起到降噪作用,故A 错误,B、C 正确;a 点并不随波的传播方向移动，故 D 错误。6.物理科技I（2 02 2 浙江强基联盟模拟）如图甲所示,第五代移动通信技术（简称5G）是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。为研究波的传播，小明利用一波源起振器产生的波进行观察,如图乙所示,波源起振器处于。点,该图是t=2 s 时的波形图，已知波速为4 cm/s,则下列说法正确的是（）甲乙A.波源的起振方向竖直向下B.若有一 P点位于x=2 4 cm的位置,则t=5 s时,该P点第一次到达波峰的位置C.若有一 P点位于x=36 cm的位置，则t号s时,该P点第一次到达振幅的一半的位置D.若有一 P点位于x=48 cm的位置，则t卷s时，该P点第一次到达振幅的当的位置答 案D由波形图可知，波源的起振方向竖直向上，故A错误;振动从波源传播到P点的时间t=亍6s5s,所以t=5 s时振动还未传播到P点,故B错误;振动从波源传播到P点的时间t,=i=9 s,七 号s-9 s=|s,由波形图可知T=4 s,则y=A sin步A sin（|）=争,故C错误;振动从波源传播到P点的时间t=12s,t4 s-12 s=|s,贝（!y=A sin信 x|）=与,故 D 正确。7.竖直弹簧振子的平衡位置（2 02 2天壹名校联盟3月大联考,7）（多选）轻质弹簧的下端悬挂一个钢球,上端固定,它们组成了一个振动系统,称为竖直弹簧振子,如图甲所示。用手把钢球向上托起一段距离，然后释放,钢球便上下振动。如图乙所示的照片是通过频闪照相得到的，频闪仪每隔0.05 s闪光一次，闪光的瞬间振子被照亮,从而得到闪光时钢球的位置,相邻两个位置之间的时间相隔为0.05 s。拍摄时底片从左往右匀速运动,因此在底片上留下了钢球的一系列的像,下列说法正确的是（）图甲图乙A.钢球原来静止时的位置就是振子的平衡位置B.释放钢球的初始位置就是振子的平衡位置C.忽略空气阻力，以地面为参考系可以将钢球的运动看作简谐运动D.忽略空气阻力,以底片为参考系可以将钢球的运动看作简谐运动答 案 A C 钢球的平衡位置是弹力和重力相平衡的位置，也就是钢球静止时所处的位置;钢球在释放时的初始位置,合力是竖直向下的,此位置不是平衡位置,选项A 正确,B 错误。忽略空气阻力,以地面为参考系,可以将钢球在竖直方向上的运动看作简谐运动;而以底片为参考系时,钢球还参与水平方向的匀速直线运动,则钢球的运动不是简谐运动,选项C 正确,D 错误。易错纠错把弹簧原长的位置认为是平衡位置,平衡位置是回复力为零的位置。8.振动加强点I 2 02 2 湖南百校联考一模,16（1）（多选）如图所示,有两列频率相同、振动方向相同、振幅均为A、传播方向互相垂直的平面波相遇发生干涉,两列波的传播方向如图中箭头所示。图中实线表示波峰，虚线表示波谷,a 为波谷与波谷相遇点,b、c 为波峰与波谷相遇点,d 为波峰与波峰相遇点,e、g是 a、d 连线上的两点,其中e 为连线的中点,则下列描述正确的是（）A.a、d 处的质点位移始终为2 A,b、c 处的质点位移始终为0B.图示时刻,e 正处于波峰位置C.从图示时刻经过*个周期,e处质点将处于波谷位置D.e处的质点振幅为2 AE.图示时刻,g 处质点正向下振动答 案C D E由图可知,a、d为振动加强点，振幅为2 A,但位移时刻变化,A错误;a正处于波谷,d正处于波峰,e为ad的中点,应该处于平衡位置,B错误;经过 个周期a点的振动刚好传播到e点,e点处于波谷,C正确;e点为振动加强点,振幅为2 A,D正确;图示时刻g点正处于“上坡”位置，所以振动向下,E正确。9.(2 02 2长沙雅礼中学一模,17)(多选)如图甲所示,轻质弹簧下端固定在水平地面上，上端连接一轻质薄板。t=0时刻，一物块从其正上方某处由静止下落,落至薄板上后和薄板始终粘连，其位置随时间变化的图像(x-t)如图乙所示,其中t=0.2 s时物块刚接触薄板.弹簧形变始终在弹性限度内,空气阻力不计,KM卬6050403020100A.t=0.2 s后物块做简谐运动B.t=0.4 s时物块的加速度大于重力加速度C.若增大物块自由下落的高度,则物块与薄板粘连后振动的周期增大D.t=0.2 s后物块位置坐标随时间变化关系为x=0.3+0.2 sin 呼(t-0.2)-,(m)E.t=0.2 s后物块位置坐标随时间变化关系为x=0.3+0.2 s i n呼(t-0.2)+田(m)答 案ABD t=0.2 s时物块刚接触薄板，落至薄板上后和薄板始终粘连，构成竖直方向的弹簧振子，并且0.2 s以后的图像为正弦函数曲线,A正确;B点是图像的最高点,C点是图像最低点,根据简谐运动的对称性可知,最高点的加速度和最低点的加速度大小相等,即aB=ac,且加速度满足a-得,可知a与x成正比,设A点处偏离平衡位置的位移大小为XA,C点处偏离平衡位置的位移大小为xc,有XAg,B正确;弹簧振子的周期只与振动系统本身有关,与物块起始下落的高度无关,故物块与薄板粘连后振动周期不变,C错误;由图可知,T=0.6 s,3号 呼,振幅为0.2 m,0.2 s后物块位置坐标随时间变化关系式为x=0.3+0.2 -sin 等（t-0.2）+（p0 （m），将 t=0.4 s、x=0.5 m 代入上式得6 产吟所以x=0.3+0.2 sin 竽（t-0.2）用（m）,D 正确,E 错误。10.（2 02 2 长沙长郡中学月考六,17）（多选）一波源位于。点,波源质点沿y 轴做不连续的简谐运动,振幅为 10 cm,形成沿x 轴正方向传播的波。某时刻波刚好传到P 点，平衡位置在x=0.8 m 处的质点已经振动了 0.2 s,0、P 间各质点形成的波形如图所示,此时由波形可知（）A.波源的最初起振方向沿y 轴负方向B.波在介质中传播的速度为2.0 m/sC.质点Q此时已经通过的路程为40 cmD.此波形是波源先振动0.4 s后停止振动0.6 s,接着再振动0.2 s 形成的E.从此时开始计时,再过0.55 s,质点P 的位移为T O cm答 案 B C E波源的最初起振方向与波刚好传到P 点时P 点的振动方向一致,因为波沿x轴正方向传播,因此P 点的起振方向沿y轴正方向,即波源的最初起振方向沿y轴正方向,A 错误;波刚好传到P 点时平衡位置在x=0.8 m 处的质点已经振动了 0.2 s,则波速v=*m/s=2.0 m/s,B 正确;由图可知,不连续简谐运动形成的波从波源传播到P点过程中,Q 点已经振动了 1个周期，则通过路程为x=4A=4 X 10 cm=40cm,C 正确；由图可知波长入=1.2 m-0.8 m=0.4 m,则周期T=嗤s=0.2 s,由图可知,0.2 nT O.8 m 之间没有波形，说明波停止振动的时间为t警 s=0.3 s,此时0-0.2 m 又出现半个波长的波形，说明波又振动半个周期，所以此波形是波源先振动0.2 s后停止振动0.3 s,接着再振动0.1 s形成的,D 错误;从图示时刻开始计时,经0.1 s后P质点位于平衡位置且沿y轴负方向振动,波源处再次停止振动,再经0.1s 后 P 质点停止振动,再经0.3 s 即从计时开始0.5 s 后 P 质点恢复振动,则再过0.05 s 时 P 点的波形与图示时刻x=0.1 m 处质点波形相同，位于波谷，其位移为T O cm,E 正确。11.（2 02 2 河西一模,4）如图所示为一个水平弹簧振子的振动图像,下列说法不正确的是（）A.t=l s 到 t=2 s 内,弹簧振子的动能不断减小B.该弹簧振子的振动方程为x=-10 sin 5t cmC.t=3 s时,弹簧振子的加速度沿x 轴负方向D.从 t=0到 t=10 s 弹簧振子通过的路程为100 cm答 案 A t=l s至（J t=2 s 内,弹簧振子从位移最大位置向平衡位置运动,则振子的动能不断增加,选项A错误;因为3专 苫 rad/s,所以该弹簧振子的振动方程为x=-10 sin=t cm,选项B 正确;t=3 s 时，弹簧振子的位移正向最大,则加速度沿x 轴负方向,选项C 正确;因10 s=2.5T,则从t=0到 t=10 s 弹簧振子通过的路程为10A=100 cm,选项D 正确。12.（2 02 2 十二区二模,5）一列简谐波在t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.05 s 时刻的波形图如图中虚线所示,若该波传播的速度为2 0 m/s,则（）A.这列波的周期为0.4 sB.t=0时刻质点a 沿 y 轴正方向运动C.x=2 m 处质点的振动方程为y=0.2 sin（10兀t+n）（m）D.t=0时刻开始,质点a 经过0.05 s通过的路程为0.2 m答 案 C由图可知X=4 m,根据波速与周期的关系可得T=J=0.2 s,故 A 错误;在 t=0.05 s 时刻,波传播的距离为x=vt=l m=*对比波形图可知该波沿x 轴负方向传播,根据波形平移法可知,t=0时刻质点a沿 y轴负方向运动,由于质点a 在 t=0时刻不在波峰、波谷或平衡位置,经过0.05 s 即/后,通过的路程肯定不是0.2 m,故 B、D错误;x=2 m 处质点的起始位置在平衡位置且向y 轴负方向运动,因此其振动方程为 y=A sin t+n）=0.2 sin（10 n t+n）（m）,故 C 正确。13.物理生活|（2 02 2 浙江上虞中学月考,6）战绳训练被称为身体训练的“综合训练神器”，如图所示，训练者跨步蹲,双手各正握同一材质的两绳一端,在竖直方向上下甩动,绳子上下交替做出不同的波动,其运动状态可视为简谐运动。由于初练者双手肌肉力量不一致,左手每秒抖动3 下,右手每秒抖动4 下,则在左、右两绳上传播的波（）A.周期之比为3：4 B.速度之比为4:3C.波长之比为4：3 D.振幅之比为3:4答 案 C左手每秒抖动3 下,右手每秒抖动4 下,左右手抖动的频率之比为3:4,则左右绳的周期之比为4：3,故A错误;因为两绳是同一材质，机械波的传播速度由介质决定，所以左右绳的波速之比为1 ：1;故 B错误;由入=vT 可知左右绳的波长之比为4：3,故 C 正确;由于左右手甩动的幅度未知，所以无法判断两波的振幅之比，故 D 错误。14.物理生活|（2 02 2 浙江嘉兴一中选考模拟,14）（多选）B 超检查是医学上常用的诊断方法，其基本原理是探头向人体内发射超声波,超声波遇到人体不同的组织会产生不同程度的反射,它不会对人体产生电离作用，利用超声的回声原理进行定位，通过计算机分析产生的二维图像（如图甲所示）。图乙、图丙是仪器检测到的探头发送和接收的超声波图像（图乙为某时刻沿x 轴正方向发送的超声波,图丙为一段时间后沿x 轴负方向返回的超声波）已知超声波在人体内传播速度约为1 500 m/s,下列说法正确的是A.图丙中质点b 正沿y轴负方向运动B.图乙和图丙中,质点a 和质点b 加速度相同C.图乙中质点a 的振动周期为T=8.0 X 10 5 sD.图乙中质点a 在此后的0.1 s 时间内运动的路程为2 00 m答 案 A B D 图丙中波沿x轴负向传播,根据“同侧法”可知,质点b 正沿y轴负方向运动,选项A 正确;图乙和图丙中,质点a 和质点b 位移相同,则根据a=-,可知两质点的加速度相同,选项B 正确;图乙中质点a 的振动周期为T=：啮 s=8.0X10 s,选项C 错 误;因 为 品=12 500,图乙中质点a 在此后的0.1 s 时间内运动的路程为12 500X4A=2 00 m,选项D 正确。15.（2 02 2 江苏南京三模,4）将一根粗绳A和一根细绳B连接起来,再将其放在光滑的水平玻璃面上,在粗绳左端抖动一下产生如图甲所示的入射波，图乙是绳波经过交界点之后的某一时刻首次出现的波形,返回粗绳的为反射波,在细绳上传播的为透射波，可以判断（）入 交1点粗绳.4细绳8甲A.入射波和反射波的速度大小不相等B.入射波和透射波的速度大小相等C.反射波和透射波的速度大小不相等D.入射波和透射波的频率不相等答 案 C波的传播速度取决于介质，所以入射波与反射波的速度大小相等、入射波与透射波的速度大小不相等、反射波与透射波的速度大小不相等，故 C 正确,A、B 错误;波的频率取决于波源的频率，故频率都相等,D 错误。二、非选择题16.物理学史|2 02 2 广东茂名五校联考（四），16（1）在历史进程中,我们的祖先在不同的时期发明和制造了不同的计时器。其中有圭表、日暑、漏刻、单摆计时器等。如图甲所示,0是单摆的平衡位置，单摆在竖直平面内左右摆动,M、N 是摆球所能到达的最高点。设向右为正方向，图乙是单摆的振动图像。已知当地重力加速度g=10 m/s,贝（I t=0时摆球在（填“M”“0”或“N”）点单摆的摆长约为m（n 43,计算结果保留两位有效数字）.解析 由题图乙知周期T=0.8 s,t=0时摆球在负向最大位移处,向右为正方向，则开始时摆球在M 点;由单摆的周期公式T=2 J t 解得1-0.18 m。17.物理探索|2022广东肇庆二模,16(1)如图甲所示，将一质量为m、边 长 为 L、质量分布均匀的正方体木块放在水桶内,木块静止时有一半浮在水面上，现将木块缓慢下压至木块上表面与水面平齐后由静止释放并开始计时,木块的重心相对于水面的位移随时间变化的关系如图乙所示，已知重力加速度为g,忽略木块运动过程中水面高度的变化,G时 刻 木 块 向(选 填 上”或“下”)运动,心时刻水对木块的浮力为。答 案 上 零解析 木块缓慢下压至与水面平齐后由静止释放,并开始计时,此时木块重心位于-缴,之后向上运动，匕时刻重心到达最高点,故b 时刻木块向上运动。七时刻木块的重心距水面的高度为宏故木块全部在水面上,水对木块的浮力为零。18.(2022江苏泰州三模,1 2)两列简谐横波P、Q在同一介质中分别沿x 轴正方向和负方向传播,P、Q两列波在t=0时刻的波形分别如图甲中实线、虚线所示,x=l.51处质点的振动图像如图乙所示。简谐波P的周期为TP,图 中 由、儿已知,T,未知。求:(1)简 谐 波 P在介质中的传播速度v 及简谐波Q的周期T。；求 T。及 x=l.51处质点从t=0时刻到T。时间内通过的路程s.甲答 案 2 2 T p(2)4Ai+4A2i p解 析(1)由题图甲可知简谐波P、Q 的波长入 i=L,入 Q=2L根据V=蔡,解得V=波在同种介质中传播速度相等，则 V=TQ解得TQ=2TP t=o时刻起到x=l.5L处质点再次出现波谷与波谷叠加,经历的时间为T o,则vT()=n 1 入 p=r)2 入 Q当 r i i 2,ri2-l时,对应时间T o,则 T o-2 T p由题图乙可知,路程s=2 X 2 Ai+4A2=4AI+4A219.(2 02 2 的匕三省三校二联)如图所示,为一列沿-x方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,其中x=lm 处的质点刚开始振动,处于波谷的P点坐标为(2 m,-5 m),M、N 两点的坐标分别为(-2 m,0)和(-7 m,0)o已知t=0.5 s 时,M 点第二次出现波峰。求(1)这列波的传播速度大小；从 t=0时刻起,经过多长时间N 点第一次出现波峰；当 N 点第一次出现波峰时,M 点通过的路程。答案(1)2 0 m/s(2)0.55 s(3)0.4 m解 析（1）已 知t=o.5 s时,M点第二次出现波峰,即第二个波峰传到M点,t=（）时第二个波峰到M点的距离 Xi=10 m这列波的传播速度v吟嘿m/s=2 0 m/s t=0时第一个波峰到N点的距离x2=ll m从t=0时刻起,N点第一次出现波峰经过的时间t咛 埸 s=0.55 s 波 的周期丁=导s=0.2 s波传到M点的时间t3=s=0.15 s当N点第一次出现波峰时,M点的振动时间ti=t2-t3=0.55 s-0.15 s=0.4 s=2 TM点通过的路程s=8A二8X0.05 m=0.4 m2 0.自 然 现 象 2 02 2山西晋中二模,34（2）资料记载，海啸波是重力长波，波长可达100 km以上,由于其传播速度在深海区与浅海区不同,使得在开阔的深海区低于几米的一次单个波浪,到达浅海区波长减小,振幅增大,掀起1040 m高的拍岸巨浪,有时最先到达海岸的海啸可能是波谷,水位下落,暴露出浅滩海底;几分钟后波峰到来，一退一进,造成毁灭性的破坏。在深海区有一海啸波（忽略海深度变化引起的波形变化）如图甲,实线是某时刻的波形图,虚线是t=9 00 s后首次出现的波形图。已知波沿x轴正方向传播,波源到浅海区的水平距离s,=8 640 km,求海啸波到浅海区的时间3（要求时间单位为小时）；第小问中的海啸波进入浅海区后的波形（忽略海深度变化引起的波形变化）变为如图乙所示，若浅海区到达海岸的水平距离为S 2=60 km,求该海啸波从进入浅海区到波谷最先到达海岸的时间七（要求时间单位为分钟）。答 案 12 h35 min解析 由题图甲得入i=2 40 km依题意有t=TV 1-S FV iti解得 T=1 2 00 sti=12 h由题图乙得波的振幅A=2 0 m波 长 人 尸40 km波的周期T=1 2 00 s海啸波在浅海区的传播速度vz岑=12 0 km/h故波谷最先到达海岸的时间t2=4T=35 minV2 4