2023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.docx

专题 16 机械振动和机械波选择题1.(2023·浙江卷)将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成一样的两股细绳，它们处于同一水平面上。在离分叉点一样长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端，同时用一样频率和振幅上下持续振动，产生的横波以一样的速率沿细绳传播。因开头振动时的状况不同，分别得到了如图甲和乙所示的波形。以下说法正确的选项是( )A.甲图中两手开头振动时的方向并不一样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：乙图中两手开头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；应选C。2.(2023·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。以下说法正确的选项是()1A. 该波从A 点传播到B 点，所需时间为4sB. t = 6s 时， B 处质点位于波峰C. t = 8s时， C 处质点振动速度方向竖直向上D. t = 10s 时， D 处质点所受回复力方向竖直向上E. E 处质点起振后，12s 内经过的路程为12cm 答案 ACE解析：由图 a、b 可看出，该波的波长、周期分别为 = 10m，T = 4sl则依据波速公式v = T= 2.5m/sx10则该波从A 点传播到B 点，所需时间为t =A 正确；v = 2.5 m/s = 4m/s波从 AE 波面传播到C 的距离为x =(10 5- 10)mx则波从AE 波面传播到C 的时间为t =v » 4.9s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。应选 ACE。3.(2023 春·浙江卷)两列频率、振幅均一样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预，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，如下图，且1 和 5 是同一振动周期内绳上各点位移都到达最大值时拍摄的波形。频闪时间间隔为 0.12s，以下说法正确的选项是()A.简谐波和的波长均为 0.24mB.简谐波和的周期均为 0.48sC.绳上各点均做振幅一样的简谐运动D.两波源到A 点和 C 点的路程差之差确实定值是0.48m【答案】D2【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 经受的时间为 1 T ，则 1 T =4 ´ 0.12s22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一样，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l (2n +1)和l (2n -1)，则22两波源到A 点和C 点的路程差之差确实定值是l (2n +1) - l (2n -1) =l=0.48m22选项 D 正确。应选 D。4.(2023 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制造了用打击杆、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，树干振动的幅度肯定增大C.打击杆对不同粗细树干打击完毕后，树干的振动频率一样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一样【答案】AD【解析】A. 依据共振的条件，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3器频率的增加，树干振动的幅度不肯定增大，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，则打击完毕后，树干的振动频率不都是一样的，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一样，选项D 正确。应选 AD。5.(2023·四川泸州三模)一列简谐横波在t=0 时刻的波形如图中实线所示，从今刻起，经过t=0.2s 波形图如图中虚线所示，假设t< 1 T (T 为波的周期)，则以下说法正确的选项是()2A.这列波沿着x 轴正方向传播B.这列波的传播速度是 15m/sC. 假设 p 点的纵坐标是 2 2 cm，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. 假设此波遇到另一列频率为 1.25Hz 的简谐横波，能发生稳定的干预现象【答案】ACD【解析】1A. 由于t< 2T，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v = x =4 m/s = 20m/st0.2选项 B 错误；C. 该波的波长为 12m，假设 p 点的纵坐标是 2 2 cm，则依据数学学问可知，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；4E.该波的频率为f = vl= 20 Hz = 5 Hz 123假设此波遇到另一列频率为 1.25Hz 的简谐横波，不能发生稳定的干预现象，选项E 错误。应选 ACD。6.(2023·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。以下说法中正确的选项是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，依据“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 应当运动过最下端，且在向上运动，即沿y 轴正方向运动，选项C 正确；由l甲可知，波长为=8m，则波速v=T= 8m =40m/s，选项D 错误。0.2s7.(2023·云南曲靖一模)如下图，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 x = -0.2m 和 x = 1.2m 处，两列波的速度大小均为v = 0.4m/s ，两列波的振幅均为 A = 2cm 。图示为 t = 0 时刻两列波的图像(传播方向如下图)，该时刻平衡位置位于x = 0.2m 和 x = 0.8m 的 P、Q 两质点刚开头振动，另有一质点 M，平衡位置处于 x = 0.5m 处。关于各质点运动状况的推断正确的选项是( )5A.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.依据波形平移法可知：t = 0 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 在平衡位置四周振动，不会沿波的传播方向运动，故C 错误；lDE.由图知波长l = 0.4m ，由v =T得，该波的周期为lT =v0.40.4s = 1s则t = 1s时刻，两列波谷都传播到M 点，质点M 的位移为y = -2cm + (-2cm) = -4cm故 D 正确，E 错误。应选 ABD。8.(2023·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，到达稳定时，b 摆的振动图像如图乙。以下说法正确的选项是()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6最大，即共振；再利用单摆的周期公式求摆长。【解答】解：A、a 摆摇摆起来后，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 摆供给的驱动力的周期和c 摆的固有周期一样，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，则两摆的周期一样，都等于a 摆的周期，由于T t ，所以c 摆和a 摆的周期也都为t ，故B 错误；b00C、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、依据单摆的周期公式 T2，由于 a 摆供给的驱动力的周期和c 摆的固有周期一样，结合图乙所可以估算出c 摆的摆长，故D 正确。应选：D。【点评】解决该题需要把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、周期一样。9.(2023·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下图，介质中的三个质点a、b、c 此时刻对应的位置如图，质点b 在介质中振动的频率为 5Hz，质点c 的动能正在渐渐增大，且此时刻质点c 对应的 y 轴坐标为-2.5cm， 则以下说法正确的选项是( )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 一样D. 从 t=0 时刻开头经过 0.05s，质点c 运动的路程为 5cmE. 质点c 的初相位为- p6【答案】ACE【解析】7A. 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 的动能正在渐渐增大，肯定向平衡位置运动，正在向上运动，波沿 x 轴负方向传播， B 错误；C. 除振源外的全部质点都做受迫振动，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 时刻开头经过 0.05s，质点 c 运动的路程肯定大于 5cm，由于这段时间内的平均速度大于v，D 错误；0E. 由 y = Asin (wt +j )y = -0.25cmA = 5cm t = 00解得j= - p6，E 正确。应选 ACE。10.(2023·北京东城一模)一列简谐横波某时刻波形如下图，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】由于此时质点 P 的速度方向沿y 轴正方向，则依据同侧法可知，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，由于质点 P 只会在平衡位置四周做上下振动， 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。8填空题11.(2023·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0.3s 后，其波形曲线如图中虚线所示。该波的周期 T 大于0.3s ，假设波是沿 x 轴正方向传播的，则该波的速度大小为m/s ，周期为s，假设波是沿 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) 假设波是沿 x 轴正方向传播的， 波形移动了 15cm ， 由此可求出波速和周期：v = 0.15 m / s = 0.5m / s10.3T = l = 0.2 s = 0.4s1v0.5(2) 假设波是沿x 轴负方向传播的，波形移动了 5cm，由此可求出波速和周期：v= 0.05 m / s = 1 m / s20.36T = l2v0.2 s1.2s 1=612.(2023·广东卷)如下图，一个轻质弹簧下端挂一小球，小球静止。现将小球向下拉动T距离 A 后由静止释放，并开头计时，小球在竖直方向做简谐运动，周期为T。经 8 时间，小AT球从最低点向上运动的距离2 (选填“大于”、“小于”或“等于”)；在 4 时刻，小球的动能(选填“最大”或“最小”)。9答案：(1)小于(2)最大解析：y = - A cosæ 2p t öT1 依据简谐振动的位移公式ç÷èøç则t = T 时有 y = - Asin æ 2p ´ T ö = -2 Aø8è T8 ÷2所以小球从最低点向上运动的距离为Dy = A -22 -2A =1A <AA则小球从最低点向上运动的距离小于 2 。2222 在t = T 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。413.(2023·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，2s 后第一次到达 B 点，振子经过 A、B 两点时的速度大小相等， 2s 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 依据简谐运动对称性可知，振子零时刻向右经过 A 点，2s 后第一次到达B 点，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T = 2t = 4s2 从 A 到 B 经过了半个周期的振动，路程为s = 0.4m ，而一个完整的周期路程为 0.8m，为 4 个振幅的路程，有4 A = 0.8m 解得振幅为 A = 0.2m计算题14.(2023·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x =16cm。B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、方向一样，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、方向一样。在t1时刻(t >0)，质点A110位于波峰。求(i) 从t1时刻开头，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) 由于波长大于 20cm，所以波的周期T =由题可知，波的周期是T = 2Dt = 1.2s波的波长l = vT = 24cml > 1.0sv在 t 时刻(t >0)，质点 A 位于波峰。由于 AB 距离小于一个波长，B 到波峰最快也是 A 的波11峰传过去，所以 从t1时刻开头，质点B 运动到波峰所需要的最少时间t = xAB = 0.8s1v(ii) 在 t1时刻(t >0)，由题意可知，此时图象的函数是 y = cos p112x(cm)t 时刻质点B 偏离平衡位置的位移 y1B= cos px12B(cm)= -0.5cm11