2021新高考物理選擇性考試B方案一輪復(fù)習(xí)學(xué)案第13章限時規(guī)范專題練（五）機(jī)械振動與機(jī)械波規(guī)律的綜合應(yīng)用

限時規(guī)范專題練(五)機(jī)械振動與機(jī)械波規(guī)律的綜合應(yīng)用時間：50分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共10小題，每小題7分，共70分。其中1～4題為單選，5～10題為多選)1．下列說法中正確的是()A．產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是波源頻率發(fā)生了變化B．發(fā)生干涉現(xiàn)象時，介質(zhì)中振動加強(qiáng)的點，振動能量最大，減弱點振動能量可能為零C．超聲波比次聲波更容易發(fā)生衍射D．在地球表面上走得很準(zhǔn)的擺鐘搬到月球表面上，其擺動周期變小答案B解析當(dāng)波源與觀察者互相靠近或互相遠(yuǎn)離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)，波源的頻率并沒有發(fā)生變化，A錯誤；介質(zhì)中振動加強(qiáng)的點振幅最大，振動能量最大，振動減弱的點，振幅可能為零，則振動能量可能為零，B正確；由v＝λf可知，當(dāng)波速相同時，頻率越小，波長越長，越容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，所以次聲波更容易發(fā)生衍射，C錯誤；由T＝2πeq\r(\f(L,g))，由于g月小于g地，所以擺鐘由地球搬到月球上時，擺動周期變大，D錯誤。2．(2019·天津重點中學(xué)聯(lián)合二模改編)兩列完全相同的機(jī)械波于某時刻的疊加情況如圖所示，圖中的實線和虛線分別表示波峰和波谷，此時()A．a(chǎn)、b連線中點振動減弱B．a(chǎn)、b連線中點速度為零C．a(chǎn)、b、c、d四點速度均為零D．再經(jīng)過半個周期c、d兩點振動加強(qiáng)答案C解析a是兩個波谷相遇，振動加強(qiáng)，但此時速度為0；b是兩個波峰相遇，振動加強(qiáng)，但此時速度為0；a、b兩點是振動加強(qiáng)區(qū)，所以a、b連線中點振動加強(qiáng)，此時是平衡位置，速度不為0；c和d兩點是波峰和波谷相遇點，c、d兩點振動始終減弱，振幅為0，即質(zhì)點靜止，故A、B錯誤，C正確。再經(jīng)過半個周期，c、d兩點仍是振動減弱，故D錯誤。3．(2019·山東淄博一模改編)如圖所示，圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖，圖乙為介質(zhì)中x＝2m處的質(zhì)點P以此時刻為計時起點的振動圖象，質(zhì)點Q的平衡位置位于x＝3.5m。下列說法正確的是()A．在0.3s時間內(nèi)，質(zhì)點P向右移動了3mB．這列波的傳播速度是20m/sC．這列波沿x軸負(fù)方向傳播D．t＝0.1s時，質(zhì)點P的加速度大于質(zhì)點Q的加速度答案D解析根據(jù)波的傳播特點可知，A錯誤；由乙圖可知，t＝0時刻質(zhì)點的速度向上，結(jié)合圖甲在該時刻的波形可知，波沿x軸正方向傳播，C錯誤；波速v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(4,0.4)m/s＝10m/s，B錯誤；當(dāng)t＝0.1s＝eq\f(1,4)T時，質(zhì)點P處于最大位移處，加速度最大，而質(zhì)點Q在平衡位置的下方，且位移不是最大，故其加速度小于質(zhì)點P的加速度，D正確。4．(2019·山東聊城一模改編)兩列機(jī)械波在同一介質(zhì)中沿相同方向傳播，某時刻的波形如圖所示，此時a波上某質(zhì)點P的運動方向沿y軸負(fù)方向，則下列說法正確的是()A．a(chǎn)波在該介質(zhì)中的速度比b波的小B．一個周期內(nèi)，Q質(zhì)點沿x軸前進(jìn)的距離是P質(zhì)點的1.5倍C．在P質(zhì)點完成30次全振動的時間內(nèi)Q質(zhì)點可完成20次全振動D．a(chǎn)波和b波在空間相遇處會產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣答案C解析機(jī)械波在同一介質(zhì)中的傳播速度相同，故A錯誤；機(jī)械波在傳播時質(zhì)點上下振動，不隨波運動，因此B錯誤；由圖象可知1.5λa＝λb，再根據(jù)T＝eq\f(λ,v)、va＝vb，聯(lián)立可求得eq\f(Ta,Tb)＝eq\f(λa,λb)＝eq\f(2,3)，P完成30次全振動的時間內(nèi)，Q全振動的次數(shù)nb＝eq\f(Ta,Tb)×30＝20，因此C正確；a、b波的周期不一樣，頻率就不一樣，因此不會發(fā)生穩(wěn)定干涉，D錯誤。5．(2019·武漢調(diào)研改編)關(guān)于機(jī)械振動和機(jī)械波，下列說法正確的是()A．一個振動，如果回復(fù)力與偏離平衡位置的位移的平方成正比而且方向與位移相反，就能判定它是簡諧運動B．如果測出單擺的擺長L、周期T，作出L－T2圖象，圖象的斜率就等于重力加速度g的大小C．當(dāng)系統(tǒng)做受迫振動時，如果驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率，受迫振動的振幅最大D．游泳時耳朵在水中聽到的音樂與在岸上聽到的是一樣的，說明機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，頻率并不改變答案CD解析一個振動，如果回復(fù)力與偏離平衡位置的位移成正比而且方向與位移相反，就能判定它是簡諧運動，A錯誤；根據(jù)T＝2πeq\r(\f(L,g))可得L＝eq\f(g,4π2)T2，則如果測出單擺的擺長L、周期T，作出L－T2圖象，圖象的斜率為eq\f(g,4π2)，B錯誤；當(dāng)系統(tǒng)做受迫振動時，如果驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率，產(chǎn)生共振，此時受迫振動的振幅最大，C正確；游泳時耳朵在水中聽到的音樂與在岸上聽到的是一樣的，說明機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，頻率不變，D正確。6．(2019·吉林省吉林市三模改編)下列說法正確的是()A．在波的傳播方向上，某個質(zhì)點的振動速度就是波的傳播速度B．機(jī)械波傳播過程中即使遇見尺寸比機(jī)械波波長大得多的障礙物，也能發(fā)生衍射C．向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法俗稱“彩超”，利用了多普勒效應(yīng)原理 D．圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音，這是干涉現(xiàn)象答案BCD解析對于機(jī)械波，某個質(zhì)點的振動速度與波的傳播速度不同，兩者相互垂直是橫波，兩者相互平行是縱波，故A錯誤；只有當(dāng)障礙物的尺寸與機(jī)械波的波長差不多或比機(jī)械波的波長小，才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，當(dāng)障礙物的尺寸比機(jī)械波的波長大得多時，也能發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是不明顯，故B正確；向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法俗稱“彩超”，利用了多普勒效應(yīng)原理，故C正確；圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音，是聲波疊加產(chǎn)生加強(qiáng)與減弱的干涉的結(jié)果，故D正確。7．(2019·湖南衡陽三模改編)圖甲中的B超成像的基本原理是：探頭向人體發(fā)射一組超聲波，遇到人體組織會產(chǎn)生不同程度的反射。探頭接收到的超聲波信號由計算機(jī)處理，從而形成B超圖像。圖乙為血管探頭沿x軸正方向發(fā)送的簡諧超聲波的圖象，t＝0時刻波恰好傳到質(zhì)點M。已知此超聲波的頻率為1×107Hz，下列說法正確的是()A．血管探頭發(fā)出的超聲波在血管中的傳播速度為1.4×103B．質(zhì)點M開始振動的方向沿y軸正方向C．0～1.25×10－7s內(nèi)質(zhì)點M的路程為2mmD．t＝1.5×10－7s時質(zhì)點N恰好處于波谷答案ACD解析根據(jù)圖象讀出波長為：λ＝14×10－2mm＝1.4×10－4m，由v＝λf得波速為：v＝λf＝1.4×10－4×1×107m/s＝1.4×103m/s，故A正確；因為波沿x軸正向傳播，由圖可知，M點開始振動的方向向下，故B錯誤；質(zhì)點振動的周期為：T＝eq\f(1,f)＝1×10－7s，質(zhì)點只會上下振動，因為t＝1.25×10－7s＝eq\f(5,4)T，所以質(zhì)點M運動的路程為：s＝eq\f(5,4)×4A＝1.25×4×0.4mm＝2mm，故C正確；由圖可知，MN之間的距離為：MN＝(35－17.5)×10－2mm＝17.5×10－2mm＝1.75×10－4m，波的前沿傳播到達(dá)N的時間為：t＝eq\f(MN,v)＝eq\f(1.75×10－4,1.4×103)s＝1.25×10－7s，在1.5×10－7s時質(zhì)點N的振動時間為：0.25×10－7s＝eq\f(1,4)T，波剛傳到N點時N從平衡位置開始向下振動，經(jīng)過eq\f(1,4)T到達(dá)波谷，故D正確。8．(2019·河北唐山三模改編)如圖所示，位于原點的波源振動方程為y＝8sinπtcm，t＝0時刻開始沿y軸方向振動形成一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，在t＝5s時刻位于x軸上的M、N兩質(zhì)點間第一次出現(xiàn)圖示波形，N的橫坐標(biāo)為x＝20m，下列敘述中正確的是()A．波的傳播速度為5m/sB．質(zhì)點M的橫坐標(biāo)為x＝15mC．這段時間內(nèi)質(zhì)點M的運動路程為40cmD．若此波在傳播過程中與另一列頻率為2Hz、振幅為4cm的簡諧橫波相遇，相遇區(qū)域有的質(zhì)點位移可能達(dá)到12cm答案ABD解析由波源振動方程y＝8sinπtcm，可得波的初相位為0，即波源的起振方向向上，周期為T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(2π,π)s＝2s，由于傳播時間為Δt＝5s＝2T＋eq\f(1,2)T，所以傳播距離為Δx＝2λ＋eq\f(1,2)λ，因為介質(zhì)中各質(zhì)點從平衡位置向上起振，且M、N間第一次出現(xiàn)圖示波形，所以N點右側(cè)還有半個波長，故可知傳播距離為Δx＝20m＋eq\f(1,2)λ，與上式比較可知波長為λ＝10m，所以波速為v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(10,2)m/s＝5m/s，故A正確；由前面的分析可知質(zhì)點M的橫坐標(biāo)為xM＝20m－eq\f(1,2)×10m＝15m，故B正確；由前面的分析及題意可知質(zhì)點M的振動時間為Δt＝T，故其運動的路程為s＝4A＝4×8cm＝32cm，故C錯誤；由前面的分析，可知此波的頻率為0.5Hz，若此波在傳播過程中與另一列頻率為2Hz、振幅為4cm的簡諧橫波相遇，有些質(zhì)點剛好是兩列波的波峰與波峰相疊加，質(zhì)點位移可能達(dá)到A1＋A2＝12cm，故D正確。9．(2019·湖南岳陽高三二模改編)甲、乙兩列簡諧橫波在同種均勻介質(zhì)中傳播，如圖所示為t＝0時刻兩列波恰好在坐標(biāo)原點相遇時的波形圖，甲波的頻率為2Hz，沿x軸正方向傳播，乙波沿x軸負(fù)方向傳播，則()A．乙波的頻率為2HzB．兩列波疊加后，x＝0處的質(zhì)點振幅為0C．兩列波疊加后，x＝2m處為振動加強(qiáng)點D．t＝0.25s時，x＝0處的質(zhì)點處于平衡位置，且向下運動答案ACD解析甲、乙兩列簡諧橫波在同種均勻介質(zhì)中傳播，波速相等，由圖知，λ甲＝2m，λ乙＝2m，由v＝λf知甲、乙兩波的頻率之比為1∶1，即為：f乙＝f甲＝2Hz，故A正確；再過eq\f(1,4)周期，兩列波的波峰同時到達(dá)x＝0處，所以兩列波疊加后，x＝0處的質(zhì)點振動加強(qiáng)，振幅為：A0＝A甲＋A乙＝10cm＋20cm＝30cm，故B錯誤；兩列波疊加后，在x＝2m處兩波的波峰與波峰或波谷與波谷相遇，振動加強(qiáng)，故C正確；兩波的周期為：T＝eq\f(1,f)＝0.5s，t＝0時刻，x＝0處的質(zhì)點處于平衡位置，且向上運動。因為t＝0.25s＝eq\f(T,2)，所以t＝0.25s時，x＝0處的質(zhì)點處于平衡位置，且向下運動，故D正確。10．(2019·四川高三畢業(yè)班第二次診斷改編)一列簡諧橫波沿x軸傳播，在t＝0時刻的波形如圖中實線所示，t＝0.5s時刻的波形如圖中虛線所示，虛線恰好過質(zhì)點P的平衡位置。已知質(zhì)點P平衡位置的坐標(biāo)x＝0.5m。下列說法正確的是()A．波傳播的速度為(1.4＋2.4n)m/s(n＝0,1,2,3，…)B．若波向x軸正方向傳播，質(zhì)點P比質(zhì)點Q先回到平衡位置C．若波向x軸負(fù)方向傳播，質(zhì)點P在這段時間內(nèi)運動路程的最小值為25cmD．質(zhì)點O的振動方程可能為y＝－10sineq\f(5＋12n,3)πtcm(n＝0,1,2,3，…)答案CD解析若波向x軸正方向傳播，波速為v＝eq\f(Δx,Δt)＝eq\f(0.5m＋nλ,Δt)＝eq\f(0.5＋1.2n,0.5)m/s＝(1.0＋2.4n)m/s，(n＝0,1,2，3，…)，若波向x軸負(fù)方向傳播，波速為v′＝eq\f(Δx′,Δt)＝eq\f(1.2m－0.5m＋nλ,Δt)＝eq\f(0.7＋1.2n,0.5)m/s＝(1.4＋2.4n)m/s(n＝0,1,2，3，…)，故A錯誤；若波向x軸正方向傳播，t＝0時刻后很短時間內(nèi)，質(zhì)點P遠(yuǎn)離平衡位置，質(zhì)點Q靠近平衡位置，故質(zhì)點P比質(zhì)點Q后回到平衡位置，B錯誤；t＝0時刻，質(zhì)點P偏離平衡位置的距離為10cm·sin(eq\f(0.6m－0.5m,0.6m)π)＝5cm，若波向x軸負(fù)方向傳播，質(zhì)點P向平衡位置運動，至少經(jīng)過eq\f(T,12)剛好回到平衡位置向下運動，再經(jīng)過eq\f(T,2)回到平衡位置向上運動，第一次出現(xiàn)虛線波形，故最短路程為2A＋eq\f(A,2)＝25cm，C正確；若波向x軸正方向傳播，則周期T＝eq\f(λ,v)＝eq\f(1.2×0.5,0.5＋1.2n)s＝eq\f(6,5＋12n)s(n＝0,1,2,3，…)，ω＝eq\f(2π,T)＝eq\f(5＋12nπ,3)rad/s，質(zhì)點O的起振方向向下，振動方程：y＝－10[(sineq\f(5＋12n,3))πt]cm(n＝0,1,2,3，…)，若波向x軸負(fù)方向傳播，則周期T′＝eq\f(λ,v′)＝eq\f(1.2×0.5,0.7＋1.2n)s＝eq\f(6,7＋12n)s(n＝0,1,2,3，…)，ω′＝eq\f(2π,T′)＝eq\f(7＋12nπ,3)rad/s，質(zhì)點O的起振方向向上，振動方程：y＝10sin[(eq\f(7＋12n,3))πt]cm(n＝0,1,2,3，…)，故D正確。二、非選擇題(本題共2小題，共30分)11．(15分)(2019·湖南衡陽二模)一列簡諧橫波，在t＝0時刻的波形如圖所示，質(zhì)點振動的振幅為10cm。P、Q兩點的坐標(biāo)分別為－1m和－9m，波的傳播方向由右向左，已知t＝0.7s時，P點第二次出現(xiàn)波峰。試計算：(1)這列波的傳播速度多大？(2)從t＝0時刻起，經(jīng)多長時間Q點第一次出現(xiàn)波峰？(3)當(dāng)Q點第一次出現(xiàn)波峰時，P點通過的路程為多少？答案(1)10m/s(2)1.1s(3)0.9m解析(1)由圖可知該波的波長為λ＝4m，P點與最近波峰的水平距離為3m，則距離下一個波峰的水平距離為7m，所以v＝eq\f(s,t)＝10m/s。(2)Q點與最近波峰的水平距離為11m故Q點第一次出現(xiàn)波峰的時間為t1＝eq\f(s1,v)＝1.1s。(3)該波中各質(zhì)點振動的周期為T＝eq\f(λ,v)＝0.4sQ點第一次出現(xiàn)波峰時經(jīng)過t1＝1.1s，波傳播到P點的時間Δt＝eq\f(Δs,v)＝eq\f(2m,10m/s)＝0.2s，則質(zhì)點P振動了t2＝t1－Δt＝0.9s則t2＝2T＋eq\f(1,4)T＝eq\f(9,4)T質(zhì)點P從開始每振動eq\f(T,4)經(jīng)過的路程為10cm當(dāng)Q點第一次出現(xiàn)波峰時，P點通過的路程s′＝9×10cm＝0.9m。1