2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題十五 機(jī)械振動和機(jī)械波1練習(xí)

1、2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題十五 機(jī)械振動和機(jī)械波1練習(xí)2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題十五 機(jī)械振動和機(jī)械波1練習(xí)年級：姓名：- 12 -專題十五 機(jī)械振動和機(jī)械波考點(diǎn)1簡諧運(yùn)動規(guī)律和圖像描述單擺測重力加速度高考幫揭秘?zé)狳c(diǎn)考向1.2018天津,8,6分,多選一振子沿x軸做簡諧運(yùn)動,平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn).t=0時振子的位移為-0.1 m,t=1 s時位移為0.1 m,則()a.若振幅為0.1 m,振子的周期可能為 sb.若振幅為0.1 m,振子的周期可能為 sc.若振幅為0.2 m,振子的周期可能為4 sd.若振幅為0.2 m,振子的周期可能為6 s2.2019全國,34(1),5分如圖,長為l

2、的細(xì)繩下方懸掛一小球a,繩的另一端固定在天花板上o點(diǎn)處,在o點(diǎn)正下方l的o處有一固定細(xì)鐵釘.將小球向右拉開,使細(xì)繩與豎直方向成一小角度(約為2)后由靜止釋放,并從釋放時開始計(jì)時.當(dāng)小球a擺至最低位置時,細(xì)繩會受到鐵釘?shù)淖钃?設(shè)小球相對于其平衡位置的水平位移為x,向右為正.下列圖像中,能描述小球在開始一個周期內(nèi)的x-t關(guān)系的是()ab c d拓展變式1.新題型與教材相聯(lián)系2020江蘇徐州檢測如圖所示,一勁度系數(shù)為k的輕彈簧的上端固定,下端與小球相連接,小球的質(zhì)量為m,小球靜止于o點(diǎn).現(xiàn)將小球拉到o點(diǎn)下方距離為a的位置,由靜止釋放,此后運(yùn)動過程中始終未超過彈簧的彈性限度.規(guī)定平衡位置處為重力勢能和

3、彈簧彈性勢能的零點(diǎn).以平衡位置o為坐標(biāo)原點(diǎn)建立如圖所示的豎直向下的一維坐標(biāo)系ox.忽略空氣阻力的影響. (1)從運(yùn)動與相互作用觀點(diǎn)出發(fā),解決以下問題:a.求小球處于平衡狀態(tài)時,彈簧相對原長的伸長量s;b.證明小球做簡諧運(yùn)動.(2)從教科書中我們明白了由v-t圖像求直線運(yùn)動位移的思想和方法;從機(jī)械能的學(xué)習(xí)中,我們理解了重力做功的特點(diǎn)進(jìn)而引入重力勢能,由此可以得到重力做功與重力勢能變化量之間的關(guān)系.圖像法和比較法是研究物理問題的重要方法,請你借鑒此方法,從功與能量的觀點(diǎn)出發(fā),解決以下問題:a.小球運(yùn)動過程中,小球相對平衡位置的位移為x(x始終在彈性限度內(nèi))時,證明系統(tǒng)具有的重力勢能epg和彈性勢能

4、ep彈的總和ep的表達(dá)式為ep=kx2;b.求小球在振動過程中,運(yùn)動到平衡位置o點(diǎn)下方距離為時的動能ek.并根據(jù)小球運(yùn)動過程中速度v與相對平衡位置的位移x的關(guān)系式,畫出小球運(yùn)動的全過程中速度隨振動位移變化的v-x圖像.2.多選甲、乙兩彈簧振子,振動圖像如圖所示,則可知()a.兩彈簧振子完全相同b.兩彈簧振子所受回復(fù)力最大值之比f甲f乙=21c.振子甲速度為零時,振子乙速度最大d.兩振子的振動頻率之比f甲f乙=123.2020北京海淀二模某小組利用頻閃照相的方法研究單擺的運(yùn)動過程,即用在同一張底片上多次曝光的方法,在遠(yuǎn)處從與單擺擺動平面垂直的視角拍攝單擺在擺動過程中的多個位置的照片.從擺球離開左

5、側(cè)最高點(diǎn)a開始,每隔相同時間曝光一次,得到了一張記錄擺球從a位置由靜止運(yùn)動到右側(cè)最高點(diǎn)b的照片,如圖所示,其中擺球運(yùn)動到最低點(diǎn)o時擺線被一把刻度尺擋住.對照片進(jìn)行分析可知()a.a和b位置等高,說明擺球在運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒b.擺球在a點(diǎn)所受合力的大小大于在b點(diǎn)的合力c.擺球經(jīng)過o點(diǎn)前后瞬間加速度大小不變d.擺球經(jīng)過o點(diǎn)前后角速度大小不變e.在o點(diǎn)附近擺球相鄰位置的間隔較大,說明其在o點(diǎn)附近相鄰位置間的運(yùn)動時間較長f.小球在a點(diǎn)受繩的拉力大小小于其在b點(diǎn)受繩的拉力大小4.2015天津,9(2),6分某同學(xué)利用單擺測量重力加速度.(1)為了使測量誤差盡量小,下列說法正確的是.a.組裝單擺須選用密

6、度和直徑都較小的擺球b.組裝單擺須選用輕且不易伸長的細(xì)線c.實(shí)驗(yàn)時須使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動d.擺長一定的情況下,擺的振幅盡量大(2)如圖所示,在物理支架的豎直立柱上固定有擺長約1 m的單擺.實(shí)驗(yàn)時,由于僅有量程為20 cm、精度為1 mm的鋼板刻度尺,于是他先使擺球自然下垂,在豎直立柱上與擺球最下端處于同一水平面的位置做一標(biāo)記點(diǎn),測出單擺的周期t1;然后保持懸點(diǎn)位置不變,設(shè)法將擺長縮短一些,再次使擺球自然下垂,用同樣的方法在豎直立柱上做另一標(biāo)記點(diǎn),并測出單擺的周期t2;最后用鋼板刻度尺量出豎直立柱上的兩標(biāo)記點(diǎn)之間的距離l.用上述測量結(jié)果,寫出重力加速度的表達(dá)式g=.5.如圖所示,質(zhì)量分別為m

7、、2m的a、b兩物塊用一段細(xì)繩連接后懸掛在勁度系數(shù)為k的輕彈簧的下端,彈簧的上端連接在質(zhì)量為3m的箱子c(輕放在地面上,不固定)的頂板上.剪斷細(xì)線后a做簡諧運(yùn)動,b迅速掉落到c的底板上并被粘住,重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力,求a做簡諧運(yùn)動一段時間后,地面對c的支持力的最大值和最小值.考點(diǎn)2機(jī)械波的形成與傳播高考幫揭秘?zé)狳c(diǎn)考向1.2020天津,4,5分一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,周期為t,t=0時的波形如圖所示.t=時()a.質(zhì)點(diǎn)a速度方向沿y軸負(fù)方向b.質(zhì)點(diǎn)b沿x軸正方向遷移了1 mc.質(zhì)點(diǎn)c的加速度為零d.質(zhì)點(diǎn)d的位移為-5 cm2.2019全國,34(1),5分,多選一簡諧橫波沿x軸正方

8、向傳播,在t=時刻,該波的波形圖如圖(a)所示,p、q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點(diǎn).圖(b)表示介質(zhì)中某質(zhì)點(diǎn)的振動圖像.下列說法正確的是()a.質(zhì)點(diǎn)q的振動圖像與圖(b)相同b.在t=0時刻,質(zhì)點(diǎn)p的速率比質(zhì)點(diǎn)q的大c.在t=0時刻,質(zhì)點(diǎn)p的加速度的大小比質(zhì)點(diǎn)q的大d.平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動圖像如圖(b)所示e.在t=0時刻,質(zhì)點(diǎn)p與其平衡位置的距離比質(zhì)點(diǎn)q的大3.2020全國,34(2),10分一振動片以頻率f做簡諧振動時,固定在振動片上的兩根細(xì)桿同步周期性地觸動水面上a、b兩點(diǎn),兩波源發(fā)出的波在水面上形成穩(wěn)定的干涉圖樣.c是水面上的一點(diǎn),a、b、c間的距離均為l,如圖所示.已知除c點(diǎn)外,在a

9、c連線上還有其他振幅極大的點(diǎn),其中距c最近的點(diǎn)到c的距離為l.求(1)波的波長;(2)波的傳播速度.拓展變式1.2018北京,16,6分如圖所示,一列簡諧橫波向右傳播,p、q兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置相距0.15 m.當(dāng)p運(yùn)動到上方最大位移處時,q剛好運(yùn)動到下方最大位移處,則這列波的波長可能是()a.0.60 m b.0.30 m c.0.20 m d.0.15 m2.2019全國,34(1),5分,多選水槽中,與水面接觸的兩根相同細(xì)桿固定在同一個振動片上.振動片做簡諧振動時,兩根細(xì)桿周期性觸動水面形成兩個波源.兩波源發(fā)出的波在水面上相遇,在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣.關(guān)于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動

10、的質(zhì)點(diǎn),下列說法正確的是()a.不同質(zhì)點(diǎn)的振幅都相同b.不同質(zhì)點(diǎn)振動的頻率都相同c.不同質(zhì)點(diǎn)振動的相位都相同d.不同質(zhì)點(diǎn)振動的周期都與振動片的周期相同e.同一質(zhì)點(diǎn)處,兩列波的相位差不隨時間變化3.2020全國,34(1),5分如圖,一列簡諧橫波平行于x軸傳播,圖中的實(shí)線和虛線分別為t=0和t=0.1 s時的波形圖.已知平衡位置在x=6 m處的質(zhì)點(diǎn),在0到0.1 s時間內(nèi)運(yùn)動方向不變.這列簡諧波的周期為s,波速為m/s,傳播方向沿x軸(填“正方向”或“負(fù)方向”).答 案專題十五 機(jī)械振動和機(jī)械波考點(diǎn)1簡諧運(yùn)動規(guī)律和圖像描述單擺測重力加速度1. ad若振幅為0.1 m,由題意知,t=(n+)t(n

11、=0,1,2,),解得t= s(n=0,1,2,),a項(xiàng)正確,b項(xiàng)錯誤.若振幅為0.2 m,t=0時,由振子簡諧運(yùn)動表達(dá)式有y=0.2sin(t+0)(m)可知,0.2sin0(m)=-0.1 m,t=1 s時,有0.2sin(+0)(m)=0.1 m,解得0=-或0=-;將t=6 s代入0.2sin(+0)(m)=0.1 m,可得t=6 s符合題意,d項(xiàng)正確.將t=4 s代入0.2sin(+0)(m)0.1 m,得t=4 s不滿足題意,c項(xiàng)錯誤.2.a由單擺的周期公式t=2可知,小球在釘子右側(cè)時,振動周期為在左側(cè)時振動周期的2倍,所以b、d項(xiàng)錯誤.由機(jī)械能守恒定律可知,小球在左、右最大位移處

12、距離最低點(diǎn)的高度相同,但由于擺長不同,所以小球在左、右兩側(cè)擺動時相對平衡位置的最大水平位移不同,當(dāng)小球在右側(cè)擺動時,最大水平位移較大,故c項(xiàng)錯誤,a項(xiàng)正確.1.(1)a.s=b.見解析(2)a.見解析b.ek=ka2見解析圖解析:(1)a.對小球,由平衡條件mg=ks得s=.b.設(shè)小球偏離平衡位置x時的回復(fù)力為f回=mg-k(s+x)=-kx,故小球做簡諧運(yùn)動.(2)a.重力勢能epg=-mgx平衡位置處彈簧彈性勢能為0,從平衡位置(彈簧伸長量為s)到坐標(biāo)為x處(彈簧伸長量為s+x),根據(jù)彈簧彈力特點(diǎn)做出f-x圖線如圖所示,彈簧彈力做功為 w彈=-x=-(kx2+ksx)設(shè)x坐標(biāo)處彈簧的彈性勢

13、能為ep彈,由彈力做功與彈性勢能變化量的關(guān)系可知w彈=-ep彈,即w彈=-(ep彈-0)得ep彈=-w彈=kx2+ksx=kx2+mgx 重力勢能和彈性勢能的總和ep=epg+ep彈=kx2.b.小球在運(yùn)動到平衡位置o點(diǎn)下方距離為時的勢能ep=k()2小球在振幅處的動能為零,依據(jù)能量守恒定律有ka2=k()2+ek可得ek=ka2由能量守恒定律ep+ek=epmax+ekmin,即kx2+mv2=ka2,也即kx2+mv2=ka2,整理得+=1故v-x圖像是橢圓.2.cd從圖像中可以看出,兩彈簧振子周期之比t甲t乙=21,所以頻率之比f甲f乙=12,d正確;彈簧振子周期與振子質(zhì)量、彈簧勁度系數(shù)

14、k有關(guān),周期不同,說明兩彈簧振子不同,a錯誤;由于彈簧的勁度系數(shù)k不一定相同,所以兩振子所受回復(fù)力(f=-kx)的最大值之比f甲f乙不一定為21,b錯誤;由簡諧運(yùn)動的特點(diǎn)可知,在振子到達(dá)平衡位置時位移為零,速度最大,在振子到達(dá)最大位移處時,速度為零,從圖像中可以看出,在振子甲到達(dá)最大位移處時,振子乙恰好到達(dá)平衡位置,所以c正確.3.aa和b位置等高,說明擺球在運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒,a正確;在a點(diǎn)處所受合力大小fa=mgsin a,而在b點(diǎn)處所受合力大小fb=mgsin b,其中a、b是軌跡的切線與水平方向的夾角,由于a、b兩點(diǎn)高度相同,因此la(1-cos a)=lb(1-cosb),由于la

15、lb,可得ab,因此fafb,b錯誤;擺球經(jīng)過o點(diǎn)前后瞬間線速度大小不變,根據(jù)a=,可知經(jīng)過o點(diǎn)后,運(yùn)動半徑減小,因此加速度變大,c錯誤;根據(jù)=,經(jīng)過o點(diǎn)后半徑變小,角速度變大,d錯誤;在o點(diǎn)附近擺球相鄰位置的間隔較大,說明其在o點(diǎn)附近相鄰位置間的運(yùn)動速度較大,時間間隔相等,e錯誤;小球在a點(diǎn)受到的拉力大小為ta=mgcos a,小球在b點(diǎn)受到的拉力大小為tb=mgcos b,由于atb,f錯誤.4.(1)bc(2)解析:(1)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,應(yīng)選用密度大,體積小的擺球,a項(xiàng)錯誤;擺線應(yīng)選用不易伸縮的細(xì)線,b項(xiàng)正確;實(shí)驗(yàn)時擺球應(yīng)在同一豎直面內(nèi)擺動,而不能做成圓錐擺,c項(xiàng)正確;擺長一定的情況下

16、,擺角不能超過5,因此擺的振幅不能過大,d項(xiàng)錯誤.(2)由單擺周期公式得t1=2,t2=2,解得 g=.5.地面對c的支持力的最大值nmax=8mg,最小值nmin=4mg解析:細(xì)繩被剪斷前a所在的位置就是以后它做簡諧運(yùn)動的最低位置,此時對a、b,彈簧彈力大小f1=3mg剪斷細(xì)繩的瞬間,a的加速度大小為af1-mg=ma,解得a=2g,方向向上a每次運(yùn)動到最低點(diǎn)時彈簧彈力都是最大,為f1=3mg則c受到地面支持力的最大值nmax=f1+3mg+2mg=8mg當(dāng)a每次運(yùn)動到最高點(diǎn)時,由運(yùn)動的對稱性知,其加速度a=2g,方向向下,設(shè)此時彈力大小為f2對a:mg+f2=maf2=mg則c受到地面支持

17、力的最小值nmin+f2=3mg+2mg,nmin=4mg.考點(diǎn)2機(jī)械波的形成與傳播1.ct=時,質(zhì)點(diǎn)a沿y軸正方向運(yùn)動到平衡位置,其速度方向沿y軸正方向,選項(xiàng)a錯誤;根據(jù)簡諧橫波的傳播特點(diǎn)可知,質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近上、下振動,不沿傳播方向遷移,選項(xiàng)b錯誤;t=時,質(zhì)點(diǎn)c運(yùn)動到平衡位置,所受合外力為零,加速度為零,選項(xiàng)c正確;t=時,質(zhì)點(diǎn)d運(yùn)動到正的最大位移處,位移為5 cm,選項(xiàng)d錯誤.2.cdet=時刻,題圖(b)表示介質(zhì)中的某質(zhì)點(diǎn)從平衡位置向下振動,而題圖(a)中質(zhì)點(diǎn)q在t=時刻從平衡位置向上振動,平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)從平衡位置向下振動,所以質(zhì)點(diǎn)q的振動圖像與題圖(b)不同,平衡位置

18、在坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動圖像如題圖(b)所示,選項(xiàng)a錯誤,d正確;在t=0時刻,質(zhì)點(diǎn)p處在波谷位置,速率為零,與其平衡位置的距離最大,加速度最大,而質(zhì)點(diǎn)q運(yùn)動到平衡位置,速率最大,加速度為零,即在t=0時刻,質(zhì)點(diǎn)p的速率比質(zhì)點(diǎn)q的小,質(zhì)點(diǎn)p的加速度比質(zhì)點(diǎn)q的大,質(zhì)點(diǎn)p與其平衡位置的距離比質(zhì)點(diǎn)q的大,選項(xiàng)b錯誤,c、e正確.3.(1)l(2)解析:(1)如圖,設(shè)距c點(diǎn)最近的振幅極大的點(diǎn)為d點(diǎn),a與d的距離為r1,b與d的距離為r2,d與c的距離為s,波長為.則r2-r1=由幾何關(guān)系有r1=l-s=(r1sin 60)2+(l-r1cos 60)2聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得=l.(2)波的頻率為f,設(shè)波的傳播速度為v,有v=f聯(lián)立式得v=.1.bp、q兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置相距0.15 m.當(dāng)p運(yùn)動到上方最大位移處時,q剛好運(yùn)動到下方最大位移處,則有(n+)=0.15 m,解得= m(n=0,1,2,3,),令n取不同的值,可得b正確.2.bde在波的干涉實(shí)驗(yàn)中,質(zhì)點(diǎn)在振動加強(qiáng)區(qū)的振幅是兩列波振幅之和,質(zhì)點(diǎn)在振動減弱區(qū)的振幅是兩列波振幅之差,a項(xiàng)錯誤;沿波的傳播方向上,波不停地向外傳播,