高考物理1.5轮资料汇编 专题15 机械振动和机械波试题精选精练-人教版高三全册物理试题.doc
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1、专题15 机械振动和机械波一、单选题1(5分)关于简谐运动与机械波的下列说法中,正确的是 ( )A. 同一单摆,在月球表面简谐振动的周期大于在地面表面简谐振动的周期B. 受迫振动的振幅与它的振动频率无关C. 在同一种介质中,不同频率的机械波的传播速度不同D. 在波的传播过程中,质点的振动方向总是与波的传播方向垂直【答案】 A【解析】根据单摆的周期公式,又月球表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度,所以A正确;做受迫振动的物体振动的频率等于驱动力的频率,振幅与振动频率间的关系,如图所示,故B错误;机械波的传播速度由介质决定,故在同一种介质中,不同频率的机械波的传播速度相同,所以C错误;在纵波的
2、传播过程中,质点的振动方向总是与波的传播方向在一条直线上,所以D错误。考点:本题考查机械波、机械振动2有一个正在摆动的秒摆(),若取摆球正从平衡位置向左运动时开始计时,那么当时,以下对摆球的运动情况及其切向加速度变化情况的正确的是( )A. 正在向左做减速运动,加速度正在增大B. 正在向右做减速运动,加速度正在增大C. 正在向右做加速运动,加速度正在减小D. 正在向左做加速运动,加速度正在减小【答案】 D【解析】秒摆的周期为,取摆球正从平衡位置向左运动时开始计时,当时,即,说明摆球正从最右端向平衡位置做加速运动,即向左做加速运动;由于位移在变小,故切向加速度也在变小,ABC错误,D正确,选D【
3、点睛】明确秒摆的周期为2s,根据时间判断摆球所在的位置,再根据简谐运动的知识可得速度及加速度的变化情况。3一弹簧振子的位移y随时间t变化的关系式为y=0.1sin2.5t,位移y的单位为m,时间t的单位为s则 ( )A. 弹簧振子的振幅为0.2mB. 弹簧振子的周期为1.25sC. 在t=0.2s时,振子的运动速度为零D. 在任意0.2s时间内,振子的位移均为0.1m【答案】 C【解析】质点做简谐运动,振动方程为y=0.1sin2.5t,可读出振幅A和角频率然后结合简谐运动的对称性进行分析解:A、质点做简谐运动,振动方程为y=0.1sin2.5t,可读出振幅A=0.1m,故A错误;B、质点做简
4、谐运动,振动方程为y=0.1sin2.5t,可读出角频率为2.5,故周期T=,故B错误;C、在t=0.2s时,振子的位移最大,故速度最小,为零,故C正确;D、根据周期性可知,质点在一个周期内通过的路程一定是4A,但四分之一周期内通过的路程不一定是A,故D错误;故选:C4一列简谐横波沿x轴正方向传播,已知t=0时的波形如图所示,波上有P、Q两点,其纵坐标分别为yP=2 cm,yQ=-2 cm。下列说法中正确的是:。 ( )A. P点的振动形式传到Q点需要T/2;B. P、Q在振动的过程中的任一时刻,位移都相同;C. 在5T/4内,P点通过的路程为20cm;D. 经过3T/8,Q点回到平衡位置。【
5、答案】 A【解析】因为PQ之间相差半个波长,故P点的振动形式传到Q点需要T/2,选项A正确;P、Q是振动的反相点,故在振动的过程中的任一时刻,两点的位移大小都相等,但方向相反,选项B错误;因为P点在t=0时刻不是在波峰或波谷,也不在平衡位置,所以在5T/4内,P点通过的路程不等于5A=20cm,选项C错误;质点Q在t=0时刻的振动方向向下,从yQ=-2 cm的位置振动到yQ=-4 cm的位置所用时间大于,故Q点回到平衡位置所需时间大于,选项D 错误。考点:质点的振动;机械波的传播。5一列横波沿水平绳传播,绳的一端在t0时开始做周期为T的简谐运动,经过时间t(TtT),绳上某点位于平衡位置上方的
6、最大位移处。则在2t时,该点位于平衡位置的 ( )A. 上方,且向上运动 B. 上方,且向下运动C. 下方,且向上运动 D. 下方,且向下运动【答案】 A考点:简谐振动【名师点睛】此题是关于简谐振动的问题,关键是掌握简谐振动的特点,将质点一个周期内简谐运动的过程分成四个T,再分析质点的状态是常用的方法。视频6如图所示,在质量为的无下底的木箱顶部用一轻弹簧悬挂质量均为()的A、B两物体,箱子放在水平地面上。平衡后剪断A、B间细线,此后A将做简谐振动。当A运动到最高点时,木箱对地面的压力为 ( )A、 B、 C、 D、【答案】 A【解析】平衡后剪断A、B间细线,A将做简谐振动,在平衡位置,有kx1
7、=mg,在平衡之前的初位置,有kx2=2mg,故振幅为A=x2-x1=,根据简谐运动的对称性,到达最高点时,弹簧处于原长,故此时木箱只受重力和支持力,二力平衡,故支持力等于重力Mg,A正确,B、C、D错误考点:牛顿第二定律,简谐振动,胡克定律7如图甲所示,O点为振源,OP=s,t=0时刻O点由平衡位置开始振动,产生沿直线向右传播的简谐横波,如图乙为P点从t1时刻开始沿y轴正方向开始振动的振动图像,则以下说法错误的是: ( ).A. t=0时刻振源O的振动方向沿y轴正方向B. t2时刻P点振动速度最大,方向沿y轴负方向C. 该波与另一频率为Hz的同类波叠加能产生稳定的干涉现象D. 某障碍物的尺寸
8、为,该波遇到此障碍物时能发生明显的衍射现象【答案】 B考点:机械振动 机械波 波的干涉 波的衍射8如图所示,甲为t = 1s时某横波的波形图象,乙为该波传播方向上某一质点的振动图象,距该质点x = 0.5m处质点的振动图象可能是 ( )【答案】 A【解析】 由题意知m,s,由乙图知s时在y轴负向且向下运动,满足该条件的点有两个,如图所示,无论向左传0.5m的图(1),还是向右传0.5m的图(2),都可确定在s时沿波的传播方向上据质点该0.5m处,质点都在y轴正向且向下运动,满足题意的选项只有A选项正确。考点:波的图象 振动图象 波的周期性视频9在科学研究中,科学家常将未知现象同已知现象进行比较
9、,找出其共同点,进一步推测未知现象的特性和规律。法国物理学家库仑在研究异种电荷的吸引力问题时,曾将扭秤的振动周期与电荷间距离的关系类比单摆的振动周期与摆球到地心距离的关系。已知单摆摆长为l,引力常量为G,地球质量为M,摆球到地心的距离为r,则单摆振动周期T与距离r的关系式为 ( )A. B. C. D. 【答案】 B【解析】单摆的周期为,其中摆球所在处的重力加速度为,联立两式可得,B正确。考点:万有引力定律、单摆周期公式视频10一简谐机械横波沿x轴正方向传播,波长为,周期为T。t0时刻的波形如图1所示,a、b是波上的两个质点。图2是波上某一质点的振动图象。下列说法中正确的是 ( )A. t0时
10、质点a的速度比质点b的大B. t0时质点a的加速度比质点b的小C. 图2可以表示质点a的振动D. 图2可以表示质点b的振动【答案】 D【解析】因为在t=0时,a点处于波峰的位置,它的瞬时速度为0,受到的合力最大,加速度最大,而b点处于平衡位置,它的瞬时速度最大,受到的合力为0,加速度为0,故选项A、B均错误;在图乙中,质量向下振动,根据甲的波的传播方向可知,b点的振动方向是向下的,故图乙表示质点b的振动情况,选项C错误,D正确。考点:振动与波的图像。视频11如图所示为一列简谐横波在某时刻的波形图。已知图中质点b的起振时刻比质点a超前了0.4 s,则以下说法正确的是 ( )ax/my/cmbO4
11、P2A波的波速为10 m/s B波的频率为1.25 HzC波沿x轴正方向传播 D该时刻质点P正沿y轴正方向运动【答案】 B考点:机械波的传播;波长、周期和波速的关系。12图1为一列简谐横波在t=0时的波形图,P是平衡位置在x=1cm处的质元,Q是平衡位置在x=4cm处的质元。图2为质元Q的振动图像。则 ( )At=0.3s时,质元Q的加速度达到正向最大B波的传播速度为20m/sC波的传播方向沿x轴负方向Dt=0.7s时,质元P的运动方向沿y轴负方向【答案】 C【解析】由图2可知,t=0.3s时,质元Q的位置在正向最大位移处,故其加速度是达到反向最大,故A是不对的;由图1可知,波长为8cm,由图
12、2可知,周期为0.4s,故波速为v=20cm/s,所以B也是不对的;由于质元Q在t=0时的振动方向是向下的,故可以判断出波的传播方向是沿x轴的负方向传播的,故C是正确的;当t=0.7s时,实际上是经过1T,0位置处的质元会运动到负的最大位移处,所以P点的质元会运动到x轴以下正在沿y轴的正方向运动的位置,故D是不对的。考点:振动与波的图像。13如图所示,在一条直线上两个振动源A、B相距6m,振动频率相等t0=0时刻A、B开始振动,且都只振动一个周期,振幅相等,A的振动图象为甲图,B为乙图若A向右传播的波与B向左传播的波在t1=0.3s时相遇,则 ( )A. 两列波的波长都是4mB. 在0.3s至
13、0.5s这段时间内,中点C静止C. 在两列波相遇过程中,中点C为振动加强点D. t2=0.7s时刻B点恰在波峰【答案】 A【解析】两波在均匀介质中传播波速相同,设为v,则有,代入解得故A正确由图,则波长故B错误当A的波峰(或波谷)传到C时,恰好B的波谷(或波峰)传到C点的振动始终减弱故C错误 ,B点的振动情况与时刻相同,经过平衡位置且振动方向向上故D错误考点:考查了横波的图象;波长、频率和波速的关系14一列简谐波以10m/s的速度沿x轴正方向传播,t=0时刻这列波的波形如右图所示,则质点P的振动图象为 ( )O22y/cmx/m1234PO22t/s1234O22y/cmt/s0.10.20.
14、30.4O22y/cmt/s0.10.20.30.4O22y/cmt/s1 234A.B.C.D.【答案】 B【解析】由波动图象读出波长=4m,由波速公式v=得,周期T=0.4s简谐波沿x轴正方向传播,根据波形的平移法得知出t=0时刻质点P的速度方向沿y轴正方向,所以质点P的振动图象为正弦曲线故B正确考点:波长、频率和波速的关系;横波的图象15一列简谐波在均匀介质中传播。甲图表示振动开始后t=05秒时刻的波形图,乙图表示甲图中b质点从t=0开始计时的振动图像,则 ( )A该波沿轴负方向传播B质点振动的频率是4HzC该波传播的速度是8msDa质点和c质点在振动过程中任意时刻的位移都相同【答案】
15、C考点:机械振动机械波16在平面内有一列沿轴正方向传播的简谐横波,波速为2,振幅为。M、N是平衡位置相距2的两上质点,如图所示。在=0时,M通过其平衡位置沿轴正方向运动,N位于其平衡位置上方最大位移处。已知该波的周期大于1。则 ( )A该波的周期为53sB在时,N的速度一定为2C从=0到=1,M向右移动了2D从到,M的动能逐渐增大【答案】 D【解析】由题可知MN= ,则波长则周期的可能值为又因为周期大于1秒,所以周期应为4/3秒,答案A错;在1/3秒时质点N刚好运动到振幅位置,速度为零答案B错误,综合分析正确答案选D17如图所示,图甲为一列简谐波在t=0时的波形图,图乙是这列波中x=200cm
16、处的P点的振动图线,那么该波的传播速度大小、方向分别是 ( )Av=50cm/s,沿x轴负方向传播Bv=25cm/s,沿x轴负方向传播Cv=50cm/s,沿x轴正方向传播Dv=25cm/s,沿x轴正方向传播【答案】 A【解析】从横波图像中可以得出波长,从振动图像中我们可以得出振动周期为,故该波传播速度为,BD错误;在处的质点在时振动方向为向上振动,根据走坡法可得该波的传播方向为沿x轴负方向传播,A正确C错误;考点:考查了振动图像与横波图像18一列简谐机械横波沿x轴负方向传播,波速v1m/s.若在x0.5m处质点的振动图像如图甲所示,则该波在t0.5s时刻的波形图线为图乙中的 ( )A.BCD【
17、答案】 B【解析】根据得,由振动图像可知x0.5m处质点在t0.5s时位于平衡位置且振动方向沿y方向,再根据波的传播方向和质点的振动方向的关系可确定,选项B正确19一简谐横波沿x轴正向传播,图1示t=0时刻的波形图,图2是介质中某质点的振动图象,则该质点的x坐标值合理的是 ( )A. 0.5m B. 1.5m C. 2.5m D. 3.5m【答案】 C【解析】由题图2可知,该质点在t=0时刻竖直方向的坐标为-0.1my-.2m,并且向y轴负方向运动,由题可知波向x轴正方向运动,综上可知,该质点的坐标值可能为2.67mx2m之间,故选C。考点:振动图象和波的图象视频20某单摆由1m长的摆线连接一
18、个直径2cm的铁球组成,关于单摆周期,下列说法中正确的是 ( )A. 用大球替代小球,单摆的周期不变B. 摆角从5改为3,单摆的周期会变小C. 用等大的铜球替代铁球,单摆的周期不变D. 将单摆从赤道移到北极,单摆的周期会变大【答案】 C【解析】用大球替代小球,单摆摆长变长,由单摆周期公式T=2可知,单摆的周期变大,故A错误;由单摆周期公式T=2可知,在小摆角情况下,单摆做简谐运动的周期与摆角无关,摆角从5改为3时,单摆周期不变,故B错误;用等大球替代,单摆摆长不变,由单摆周期公式T=2可知,单摆的周期不变,故C正确;将单摆从赤道移到北极,重力加速度g变大,由单摆周期公式T=2可知,单摆周期变小
19、,故D错误;故选C21一列简谐波在均匀介质中传播。甲图表示t=0时刻的波形图,乙图表示甲图中b质点从t=0开始计时的振动图像,则 ( )A. 该波沿x轴负方向传播B. 质点振动的频率是4HZC. 该波传播的速度是8m/sD. a质点和c质点在振动过程中任意时刻的位移都相同【答案】 C考点:本题考查横波的图象;简谐运动的振动图象及波长、频率和波速的关系22一列简谐横波沿x轴正方向传播,t时刻波形图如图中的实线所示,此时波刚好传到P点,t0.6s时刻的波形如图中的虚线所示,T0.6s,a、b、c、P、Q是介质中的质点,则以下说法不正确的是 ( )A这列波的波速为50m/sB质点a在这段时间内通过的
20、路程等于30cmC质点c在这段时间内通过的路程为20cmDt+0.5s时刻,质点b、P的位移相同【答案】 B【解析】由图可知,波的波长为40m;两列波相距0.6s=(n+)T,故周期;因为T0.6s ,故n=0时,T=0.8s,波速,(n=0,1,2,),故A正确;质点a在平衡位置上下振动,振动的时间为T,由于质点a不是从平衡位置(或者最高点和最低点)振动,故路程不等于3A即30cm,故B错误;波由P点传到c点的时间为,以后质点c从平衡位置开始振动0.4s=0.5T,故这段时间内通过的路程为2A=20cm,故C正确;在 t 时刻,因波沿X轴正方向传播,所以此时质点P是向上振动的,经0.5秒后,
21、P是正在向下振动(负位移),是经过平衡位置后向下运动0.1秒;而质点b是正在向上振动的(负位移),是到达最低点后向上运动0.1秒,因为0.2秒等于,可见此时两个质点的位移是相同的 故D正确;故选B.考点:机械波的传播及质点的振动。23一列简谐横波沿x轴正方向传播,已知x轴上相距d=3.6m的两个质点M、N的振动图像分别如图甲和乙所示,已知质点M比N质点先起振,则该波 ( )A. 波长可能为4.8m B. 频率可能为0.2HzC. 传播速度可能为3.6m/s D.质点M在波谷时,质点N在波峰【答案】 A【解析】A、据题质点M比N质点先起振,波从M传到N由振动图象可知t=0时刻M点位于波峰时,N通
22、过平衡位置向下,则有:d=(n+),(n=0,1,2)波长为 ,当n=0时,=4.8m;故A正确B、由图读出周期 T=4s,则频率为 Hz,故B错误C、波速为 v=f=m/s,因为n是整数,v不可能为3.6m/s,故C错误D、由上分析知,d=(n+),则质点M在波谷时,N通过平衡位置,故D错误故选:A考点:机械波的传播;频率、周期、波长和波速的关系;24甲、乙两图分别表示一简谐横波在传播方向上相距3.0m的两质点的振动图象,如果波长大于1.5m,则该波的波速大小可能是 ( )A5m/sB10m/sC15m/sD20m/s【答案】 B【解析】分析:由两个质点的振动图象分析它们状态关系,确定距离与
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