机械振动、机械波——2022年高考物理真题模拟试题专项解析.pdf

（14）机械振动、机械波2022年高考物理真题模拟试题专项汇编1.【2022年全国甲卷】物理选 修 3-4（1）一平面简谐横波以速度u=2 m/s沿 x 轴正方向传播，=0 时刻的波形图如图所示。介质中平衡位置在坐标原点的质点A在 r=0 时刻的位移y=0 c m,该波的波长为 m,频率为Hz。=2$时亥”,质 点 A（填“向上运动”“速度为零”或“向下运动）。（2）如图，边长为”的正方形A B 8 为一棱镜的横截面，”为 4?边的点。在截面所在平面内，一光线自M 点射入棱镜，入射角为60,经 折 射 后 在 边 的 N 点恰好发生全反射，反射光线从CD边的尸点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C 两点之间的距离。2.【2022年全国乙卷】物理选修3-4（1）介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源3 和 邑，二者做简谐运动的振幅相等，周期均为 0.8 s。当E 过平衡位置向上运动时，5?也过平衡位置向上运动。若波速为5 m/s,则由加和 S2发出的简谐横波的波长均为 m。尸为波源平衡位置所在水平面上的一点，与岳、$2平衡位置的距离均为1 0 m,则两波在尸点引起的振动总是相互_ _ _ _ _ _ _ _ （填 加强”或 削弱”）的；当跖恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P 处的质点（填“向上”或“向下”）运动。（2）一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由。点 入 射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i,经折射后射至他边的E 点，如图所示。逐 渐 减 小 点 向 8 点移动，当sini=时，恰好没有光线从A 3边射出棱镜，且 求 棱 镜 的 折 射 率。A3.【2022年湖南卷】物理选修3-4（1）下端附着重物的粗细均匀木棒，竖直浮在河面，在重力和浮力作用下，沿竖直方向做频率为1H z的简谐运动；与此同时，木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动，如 图（a）所示。以木棒所受浮力尸为纵轴，木棒水平位移x 为横轴建立直角坐标系，浮 力 F 随水平位移x 的变化如图（b）所示。已知河水密度为p,木棒横截面积为S,重力加速度大小为g。下 列 说 法 正 确 的 是。fF/N01 0.1 02 03 0.4 05 x/m图（b）A.x从 0.05 m 到 0.15 m 的过程中，木棒的动能先增大后减小B.x从 0.21 m 到 0.25 m 的过程中，木棒加速度方向竖直向下，大小逐渐变小C.x=0.35m和x=0.45m时，木棒的速度大小相等，方向相反D.木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为与小2 P SgE.木棒的运动为向x 轴正方向传播的机械横波，波速为0.4 m/s（2）如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度，的 控 制（可视角度6 定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2 倍）。透明介质的折射率=2,屏障间隙L=0.8mm。发光像素单元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。空气透明介质发光像素单元（i）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度e 控制为60,求屏障的高度以（ii）若屏障高度d=1.0m m,且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x 最小为多少时,其可视角度9 刚好被扩为180。（只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元）。4.【2022年山东卷】一列简谐横波沿x 轴传播，平衡位置位于坐标原点。的质点振动图像如图所示。当/=7s时，简谐波的波动图像可能正确的是（）5.【2022年广东卷】选修3-4（1）如图所示，某同学握住软绳的一端周期性上下抖动，在绳上激发了一列简谐波。从图示时刻开始计时，经过半个周期，绳 上M处 的 质 点 将 运 动 至 （选 填“N”“P”或 Q”）处。加快抖动，波的频率增大，波速（选 填“增大”“减小”或“不变”）。（2）一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示。一激光器从罐体底部P 点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心。点。当光束与竖直方向成45。角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为 c,求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度外6.【2022年浙江卷】如图所示，一根固定在墙上的水平光滑杆，两端分别固定着相同的轻弹簧,两弹簧自由端相距X。套在杆上的小球从中点以初速度v 向右运动，小球将做周期为7 的往复运动，则（）A.小球做简谐运动B.小球动能的变化周期为二2C.两根弹簧的总弹性势能的变化周期为T D.小球的初速度为上时,其运动周期为2 T27.【2 0 2 2 年浙江卷】位于x =0.2 5 m 的波源P从r =0 时刻开始振动，形成的简谐横波沿x 轴正负方向传播，在，=2。s 时波源停止振动，=2.1 s 时的部分波形如图所示，其中质点a的平衡位置1.7 5 m,质点b的平衡位置%=-0.5 m。下列说法正确的是()A.沿 x 轴正负方向传播的波发生干涉 B,=0 4 2 s 时，波源的位移为正C.r =2.2 5 s 时，质点”沿 轴负方向振动 D.在 0 到 2 s 内，质点6 运动总路程是2.5 5 m8.【2 0 2 2 年河北卷】【选修3-4】(1)一列简谐横波沿x 轴正方向传播。波速为l Om/S o 在传播方向上有尸、。两质点，坐标分别为 辱=l m,x =6 m。波传播到P点开始计时，该点的振动图像如图所示，则简谐波的波长为m,经过 s,。点第一次到达正向最大位移处。(2)如图，一个半径为R 的玻璃球，。点为球心。球面内侧单色点光源S 发出的一束光在A点射出，出射光线4 5与球直径S C 平行，6 =30。光在真空中的传播速度为c。求：(i)玻璃的折射率;（i i）从 s发出的光线经多次全反射回到s 点的最短时间。9.【2022年辽宁卷】一列简谐横波沿x 轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，关于质点P的说法正确的是（）A.该时刻速度沿），轴正方向C.此后!周期内通过的路程为AB.该时刻加速度沿），轴正方向D.此吗 周 期内沿x 轴正方向迁移 为 以答案以及解析1.答案：（1）4；0.5；向下运动（2）见解析解析：（1）由s i n 45 =正，并结合题图有斗=L5m,可得/l =4 m,频率/=;=0.5 H z ,周期2 8 2T =：=2 s。由于f =0 时刻质点4 向下运动，所以f =2s 时刻质点A向下运动。（2）设光在/W面的折射角为r,则由折射定律有=吧”s i n r光在B C面恰发生全反射，有s i n C =n由几何知识有r+C =9 O联立解得sin C=2巨,sin r=E,=立7 V 7 2a2设 BN=b,PC=c,则有联立解得c =-O22.答案：(1)4；加强；向下(2)1.52解析：由丫 =奈 得2=v T =4 m。由于S与 S?振动方向相同，又 咫-尸 5=0,则 P点为振动加强点。因 西=10m =2.5/l,则 P点与波源3 振动情况恰好相反，故尸质点向下振动。(2)如图所示，当折射光线在AB 边恰好不能射出时，在 AB 边上的入射角等于全反射临界角C。DA=D E,各个角度如图中所示由几何关系可知夕=9 0-C 9 0-r+2a =18 0解得 r=9 0-2Cn由全反射知识得s i n C=-n由折射定律有=的sinr1 4代入s i n i =解 得 =1.5 (=舍去)6 33.答案：(1)A B D(2)(i)1.5 5 mm；(i i)0.35 m m解析：(1)本题考查简谐运动、运动的合成等。由题图(b)可知，x 从 0.05 m到 0.15 m的过程中，木棒从平衡位置下方向平衡位置上方运动，先做加速度减小的加速运动再做加速度增大的减速运动，木棒的速度先增大后减小，则木棒的动能先增大后减小，A项正确；x 从 0.21 m到 0.25 m的过程中，木棒的浮力小于重力，且逐渐增大，根据牛顿第二定律，有?加速度方向竖直向下，大小逐渐减小，B 项正确；x =0.35 m 和 x =0.45 m 时，木棒在竖直方向做简谐运动的速度等值反向，但木棒的速度是做简谐运动的速度与在水平方向上随河水做匀速运动的速度的合成，所以在这两个位置，木棒的速度方向不是相反的，C 项错误；根据振幅的定义可知，木棒从最低点到最高点运动的距离等于振幅的2 倍，则有2 Ag S=6-,得至IJ A=M 2,D项正确；2pSg木棒在竖直方向做简谐运动，水平方向做匀速运动，不形成横波，E项错误。(2)(i)发光像素单元射到屏障上的光被完全吸收，考虑射到屏障顶端的光射到透明介质和空气界面，折射后从界面射向空气，由题意可知6=60。，则 r =3 0 2在介质中的入射角为i,则包竺=s i n/解得s i n i =，4L_ 2由几何关系s m，=I旧+受解得 d=J 2.4 m m 1.5 5 m m1 o n（i i）若视角度。刚好被扩为1 8 0。，则 坨 _ =9 0。，此时光线在界面发生全反射，此时光线在界面2处的入射角s i n C=-=n 2解得C =3 0。此时发光像素单元发光点距离屏障的距离为xl=J t a n C=mm像素单元宽度x 最小为x=2（芭一 ）=（W -0.8）m m a 0.3 5 m m4 .答案：AC解析：本题考查振动图像和波动图像。根据振动图像可知，周期T =1 2 s,振幅A=2 0 c m,设原点处的质点振动方程为产A sH r+夕），当r =0 时，y=1 0,代入上式得1 0 =2 0 s i n g,解得夕=2,则 y=2 0 s i n 偿r +4，当r =7 s 时，也就是质点从5 s 开始计时振动了 2 s 时，代入振动方程可得，平衡位置位于坐标原点。的质点的位移为-1（）6cm,并且质点向），轴负方向振动，因此原点处的质点处在上坡上，如果波沿x 轴正向传播，C 项正确，如果波沿x 轴负向传播，A 项正确。5 .答案：（1）P；不变（2）见解析解析：（1）本题考查波的传播。从题图时刻开始计时，经过半个周期，绳上M处的质点将运动至波谷P处；由于机械波的传播速度仅由介质决定，所以波的频率增大，波速不变。（2）本题考查光的全反射以及光速与折射率的关系。根据题意可知，当光束与竖直方向成4 5 角时，刚好发生全反射，即临界角C =4 5,则=一 二=衣 s m 4 5根据光速与折射率的关系可知，光在液体中的传播速度为v=c n 26.答案：B解析：本题考查小球与弹簧作用过程的受力分析、运动过程和能量转化。小球在没有与弹簧接触时做匀速运动，与弹簧接触时做简谐运动，所以，小球整体的运动不是简谐运动，A 项错误；小球每隔1 回到出发点，动能等于出发时的动能，所以动能的变化周期为（，B 项正确：从小球出发2 2开始计时，经 过两根弹簧的总弹性势能达到最大，再经过两根弹簧的总弹性势能再次达到最大，所以两根弹簧的总弹性势能变化的周期为工，C 项错误；小球与弹簧接触的时间取决于小球的质量和弹簧的劲度系数，与小球的初速度无关，当小球的初速度为:时，小球做匀速运动的时间变为原来的2 倍，但是与弹簧一起运动的时间不变，所以其运动周期小于2T,D 项错误。7.答案：BD解析：本题考查波的传播。由于形成的简谐波沿x 轴正负方向运动，两列波不会叠加，所以不会发生干涉，A 项错误；在/=2。s 时波源停止振动，f=2.1 s时的部分波形如题图所示，所以0.1 s 内波传播了 0.50m-0.25m=0.25 m,波速大小丫 =2 =2.5 m/s,由波形图可知，波长;l=1.0 m,波t的周期T=0.4s=0 时波源向），轴正方向运动，所以，=0.42s时，波源在向波峰运动，其位移v3为正，B 项正确；”2.1s时质点。在波谷，f=2.1s到，=2.25s经历时间/=0.15s=d T，则再经O过 015 s 质点越过平衡位置向y 轴正方向运动，C 项错误；波从尸点传播到万点需要在0 到 2s内，Ar=笔0 75 s=0.3 s,在 0 至 2 s 内，质点b 运动的时间为1.7s=1?7T,质点6 运动的路程2.5417s=x 4A=255 cm=2.55 m,D 项正确。48.答案：（1）5；0.5（2）见解析解析：（1）由尸点的振动图像可得出该波的周期T=S2s由于该波的波速为10 m/s,则该波的波长2=丫 7=2 m由题知P、。两质点相距为，2=5m则波从P 点传播到。点 需 经 过.景=2。旌由尸点的振动图像可得出该波的起振方向向上，则。点从起振到第一次到达正向最大位移处还需经 过 卜，则经过.55s,点第一次到达正向最大位移处。(2)(i)根据题意将光路图补充完整，如下图所示根据几何关系可知4=6=30。&=60根据折射定律有 sin2；=sirn；解得=6(i i)设全反射的临界角为C,则sinC=2=3n 3光在玻璃球内的传播速度有V =-n根据几何关系可知当6=45。时，即光路为圆的内接正方形，从 S发出的光线经多次全反射回到S点的时间最短，则正方形的边长=而则 最 短 时 间 为 竺=生 殛V C9.答案：A解析：AB项，波沿x 轴正向传播，由“同侧法”可知，该时刻质点尸的速度方向沿y 轴正向，加速度沿y 轴负向，故 A 项正确，B 项错误。C 项，在该时刻质点P 不在特殊位置，则在!周期内的路程不一定等于A,故 C 项错误。4D 项，质点只能在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，故 D 项错误。综上所述，本题正确答案为A。