专题16 机械振动和机械波三年高考真题物理分项汇编解析版.docx
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专题16机械振动和机械波三年高考真题物理分项汇编解析版
专题16机械振动和机械波
1.(2019·新课标全国Ⅰ卷)一简谐横波沿x轴正方向传播,在t=时刻,该波的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点。
图(b)表示介质中某质点的振动图像。
下列说法正确的是
A.质点Q的振动图像与图(b)相同
B.在t=0时刻,质点P的速率比质点Q的大
C.在t=0时刻,质点P的加速度的大小比质点Q的大
D.平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图(b)所示
E.在t=0时刻,质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大
【答案】CDE
【解析】由图(b)可知,在时刻,质点正在向y轴负方向振动,而从图(a)可知,质点Q在正在向y轴正方向运动,故A错误;由的波形图推知,时刻,质点P正位于波谷,速率为零;质点Q正在平衡位置,故在时刻,质点P的速率小于质点Q,故B错误;时刻,质点P正位于波谷,具有沿y轴正方向最大加速度,质点Q在平衡位置,加速度为零,故C正确;时刻,平衡位置在坐标原点处的质点,正处于平衡位置,沿y轴正方向运动,跟(b)图吻合,故D正确;时刻,质点P正位于波谷,偏离平衡位置位移最大,质点Q在平衡位置,偏离平衡位置位移为零,故E正确。
故本题选CDE。
2.(2019·新课标全国Ⅱ卷)如图,长为l的细绳下方悬挂一小球a。
绳的另一端固定在天花板上O点处,在O点正下方l的处有一固定细铁钉。
将小球向右拉开,使细绳与竖直方向成一小角度(约为2°)后由静止释放,并从释放时开始计时。
当小球a摆至最低位置时,细绳会受到铁钉的阻挡。
设小球相对于其平衡位置的水平位移为x,向右为正。
下列图像中,能描述小球在开始一个周期内的x-t关系的是
【答案】A
【解析】由T=2π得:
T1=2π,T2=2π=π=T1,故BD错误;,,,由能量守恒定律可知,小球先后摆起得最大高度相同,故l-lcosθ1=,根据数学规律可得:
故,即第一次振幅是第二次振幅得2倍,故A正确,C错误。
3.(2019·新课标全国Ⅲ卷)水槽中,与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上。
振动片做简谐振动时,两根细杆周期性触动水面形成两个波源。
两波源发出的波在水面上相遇。
在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样。
关于两列波重叠区域内水面上振动的质点,下列说法正确的是
A.不同质点的振幅都相同
B.不同质点振动的频率都相同
C.不同质点振动的相位都相同
D.不同质点振动的周期都与振动片的周期相同
E.同一质点处,两列波的相位差不随时间变化
【答案】BDE
【解析】两列波叠加形成稳定的干涉现象的条件是两列波的频率相同;任何质点都在按照相同的频率在振动,不同区域的质点振幅和位移不一定相同,两列波在水面上相遇时发生干涉,有的质点振动加强,有的振动减弱,可知不同的质点的振幅不一定相同,选项A错误;各质点振动的频率与波源频率相同,波源振动频率又与振动片的振动频率相同,不同质点的振动频率相同,都等于振源的频率,选项B正确;因各质点距离振源的距离不一定相同,则各质点振动的相位不一定相同,选项C错误;不同的质点振动的周期都与细杆的振动周期相同,细杆的振动周期与振动片的周期相同,则不同的质点振动的周期都与振动片的振动周期相同,选项D正确;同一质点处因与振源的位置关系一定,则两列波的相位差不随时间变化,选项E正确;故选BDE。
4.(2019·北京卷)一列简谐横波某时刻的波形如图所示,比较介质中的三个质点a、b、c,则
A.此刻a的加速度最小
B.此刻b的速度最小
C.若波沿x轴正方向传播,此刻b向y轴正方向运动
D.若波沿x轴负方向传播,a比c先回到平衡位置
【答案】C
【解析】由机械振动特点确定质点的加速度和速度大小,由“上下坡法”确定振动方向。
由波动图象可知,此时质点a位于波峰处,根据质点振动特点可知,质点a的加速度最大,故A错误,此时质点b位于平衡位置,所以速度为最大,故B错误,若波沿x轴正方向传播,由“上下坡法”可知,质点b向y轴正方向运动,故C正确,若波沿x轴负方向传播,由“上下坡法”可知,a质点沿y轴负方向运动,c质点沿y轴正方向运动,所以质点c比质点a先回到平衡位置,故D错误。
5.(2019·天津卷)一列简谐横波沿轴传播,已知轴上和处质点的振动图像分别如图1、图2所示,则此列波的传播速率可能是
A.B.C.D.
【答案】BC
【解析】当该列波向右传播时,根据题干可知1m和7m之间的距离满足的关系为,则由可得波速为,当n=1时可得,故C正确,当波向做传播时1m和7m之间的距离关系满足,则,当n=1时可得,故B正确,讲A和D选项代入两个波速表达式,n均不是整数,因此A和D错误。
6.(2019·江苏卷)一单摆做简谐运动,在偏角增大的过程中,摆球的.
A.位移增大B.速度增大
C.回复力增大D.机械能增大
【答案】AC
【解析】由简谐运动的特点可知,当偏角增大,摆球偏离平衡位置的位移增大,故A正确;当偏角增大,动能转化为重力势能,所以速度减小,故B错误;由回复力可知,位移增大,回复力增大,故C正确,单摆做简谐运动过程中只有重力做功,所以机械能守恒,故D错误;
7.(2019·浙江选考)如图所示,两种不同材料的弹性细绳在O处连接,M、O和N是该绳上的三个点,OM间距离为7.0m,ON间距离为5.0m。
O点上下振动,则形成以O点为波源向左和向右传播的简谐横波Ⅰ和Ⅱ,其中波Ⅱ的波速为1.0m/s。
t=0时刻O点处在波谷位置,观察发现5s后此波谷传到M点,此时O点正通过平衡位置向上运动,OM间还有一个波谷。
则
A.波Ⅰ的波长为4m
B.N点的振动周期为4s
C.t=3s时,N点恰好处于波谷
D.当M点处于波峰时,N点也一定处于波峰
【答案】BD
【解析】OM之间有两个波谷,即,解得波I的波长为,根据题意可知波I的波速为,故波的周期为,同一波源的频率相同,故N点的振动周期为4s,A错误,B正确;波II的波长为,故在t=0时刻N处于平衡位置向下振动,经过3s,即四分之三周期,N点在波峰,C错误;因为MN两点到波源的距离都为其各自波长的,又两者振动周期相同,起振方向相同,所以两者振动步调相同,即当M点处于波峰时,N点也一定处于波峰,D正确。
8.(2018·北京卷)如图所示,一列简谐横波向右传播,P、Q两质点平衡位置相距0.15m。
当P运动到上方最大位移处时,Q刚好运动到下方最大位移处,则这列波的波长可能是
A.0.60m
B.0.30m
C.0.20m
D.0.15m
【答案】B
【解析】可以画出PQ之间的最简单的波形,如图所示:
同时由于PQ可以含有多个完整的波形,则:
,整理可以得到:
,当时,,当时,,故选项B正确,ACD错误。
【名师点睛】解决机械波的题目关键在于理解波的周期性,即时间的周期性或空间的周期性,得到波长的通项,再求解处波长的特殊值。
9.(2018·天津卷)(多选)一振子沿x轴做简谐运动,平衡位置在坐标原点。
t=0时振子的位移为–0.1m,t=1s时位移为0.1m,则
A.若振幅为0.1m,振子的周期可能为
B.若振幅为0.1m,振子的周期可能为
C.若振幅为0.2m,振子的周期可能为4s
D.若振幅为0.2m,振子的周期可能为6s
【答案】AD
【解析】t=0时刻振子的位移x=–0.1m,t=1s时刻x=0.1m,关于平衡位置对称;如果振幅为0.1m,则1s为半周期的奇数倍;如果振幅为0.2m,分靠近平衡位置和远离平衡位置分析。
若振幅为0.1m,根据题意可知从t=0s到t=1s振子经历的周期为,则,解得,当n=1时,无论n为何值,T都不会等于,A正确B错误;如果振幅为0.2m,结合位移时间关系图象,有①,或者②,或者③,对于①式,只有当n=0时,T=2s,为整数;对于②式,T不为整数;对于③式,当n=0时,T=6s,之后只会大于6s,故C错误D正确
【名师点睛】t=0时刻振子的位移x=–0.1m,t=1s时刻x=0.1m,关于平衡位置对称;如果振幅为0.1m,则1s为半周期的奇数倍;如果振幅为0.2m,分靠近平衡位置和远离平衡位置分析。
10.(2018·浙江选考)(多选)两列频率相同、振幅均为A的简谐横波P、Q分别沿+x和–x轴方向在同一介质中传播,两列波的振动方向均沿y轴,某时刻两波的波面如图所示,实线表示P波的波峰,Q波的波谷;虚线表示P波的波谷、Q波的波峰。
a、b、c为三个等间距的质点,d为b、c中间的质点。
下列判断正确的是
A.质点a的振幅为2A
B.质点b始终静止不动
C.图示时刻质点c的位移为0
D.图示时刻质点d的振动方向沿–y轴
【答案】CD
【解析】质点a和c是两列波的波峰与波谷相遇点,两列波的振幅相等,所以a和c位移始终为0,即静止不动,故A错误,C正确;在经过四分之一周期,两列波各向前传播四分之一波长,P波a处的波谷和Q波在c处的波谷刚好传播到b点,所以b点是波谷与波谷相遇,振幅为2A,为振动加强点,故B错误;图示时刻,d点在P波的平衡位置与波峰之间,振动方向沿y轴的负方向,同时d点在Q波的波谷与平衡位置之间,振动方向沿y轴的负方向,所以d点的振动方向沿y轴的负方向,故D正确。
11.(2018·新课标全国III卷)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0和t=0.20s时的波形分别如图中实线和虚线所示。
己知该波的周期T>0.20s。
下列说法正确的是
A.波速为0.40m/s
B.波长为0.08m
C.x=0.08m的质点在t=0.70s时位于波谷
D.x=0.08m的质点在t=0.12s时位于波谷
E.若此波传入另一介质中其波速变为0.80m/s,则它在该介质中的波长为0.32m
【答案】ACE
【解析】根据波形图可知,波长λ=16cm=0.16m,选项B错误;根据t=0时刻和t=0.20s时刻的波形图和该波的周期T>0.20s可知,可知该波的周期T=0.40s,波速v=λ/T=0.40m/s,选项A正确;简谐波沿x轴正方向传播,x=0.08m的质点在t=0时刻沿y轴正方向运动,在t=0.70s时位于波谷,在t=0.12s时位于y>0的某位置(不是位于波谷),选项C正确D错误;若此波传入另一介质中,周期T不变,其波速变为v=0.80m/s,由λ=vT可得它在该介质中的波长为λ=0.80×0.4m=0.32m,选项E正确。
12.(2018·江苏卷)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在x=0和x=0.6m处的两个质点A、B的振动图象如图所示。
已知该波的波长大于0.6m,求其波速和波长
【答案】v=2m/sλ=0.8m
【解析】由图象可知,周期T=0.4s
由于波长大于0.6m,由图象可知,波从A到B的传播时间Δt=0.3s
波速,代入数据得v=2m/s
波长λ=vT,代入数据得λ=0.8m
13.(2018·新课标全国II卷)声波在空气中的传播速度为340m/s,在钢铁中的传播速度为4900m/s。
一平直桥由钢铁制成,某同学用锤子敲击一铁桥的一端而发出声音,分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00s。
桥的长度为_______m,若该波在空气中的波长为λ,则它在钢铁中波长为λ的_______倍。
【答案】365
【解析】可以假设桥的长度,分别算出运动时间,结合题中的1s求桥长,在不同介质中传播时波的频率不会变化。
(1)设桥的长度为s
则声音在钢铁中传播的时间
声音在空气中的传播时间为
根据题意
解得:
(2)声音在不同介质中的频率是不会改变的,由公式可知
解得
14.(2018·新课标全国I卷)一列简谐横波在t=时的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点