機(jī)械振動 機(jī)械波(解析版)-2023年高考物理考試

易錯點33機(jī)械振動機(jī)械波

錯題糾正

例題1.（多選）如圖甲所示，以O(shè)點為平衡位置，彈簧振子在4、B兩點間做簡諧運動，圖

乙為這個彈簧振子的振動圖像.下列說法中正確的是（）

A.在f=0.2s時，小球的加速度為正向最大

B.在f=0.1s與/=0.3s兩個時刻，小球在同一位置

C.從r=0至∣]f=0.2s時間內(nèi)，小球做加速度增大的減速運動

D.在f=0.6s時，彈簧振子有最小的彈性勢能

【答案】BC

【解析】

在/=0.2s時，小球的位移為正向最大值，a=~^,知小球的加速度為負(fù)向最大，A錯

誤；在f=0.1s與f=0.3s兩個時刻，小球的位移相同，說明小球在同一位置，B正確；從1

=0到f=0.2s時間內(nèi)，小球從平衡位置向最大位移處運動，位移逐漸增大，加速度逐漸增

大，加速度方向與速度方向相反，小球做加速度增大的減速運動，C正確；在r=0.6s時，

小球的位移為負(fù)向最大值，即彈簧的形變量最大，彈簧振子的彈性勢能最大，D錯誤.

【誤選警示】

誤選A的原因：位移為正，加速度和回復(fù)力方向相同?；貜?fù)力和位移方向相反。沒有理清

位移、回復(fù)力、加速度三者的方向關(guān)系。

誤選D的原因：位移最大時，彈簧的的彈性勢能最大。沒有理清位移位移和最大彈性勢能

之間的關(guān)系。

例題2.（多選）一簡諧橫波沿X軸傳播，在某時刻的波形如圖所示，已知此時質(zhì)點F的運動方

向向下，則（）

A.此波沿X軸負(fù)方向傳播

B.質(zhì)點O此時向下運動

C.質(zhì)點B將比質(zhì)點C先回到平衡位置

D.質(zhì)點E的振幅為零

【答案】AB

【解析】

簡諧橫波沿X軸傳播，此時質(zhì)點F的運動方向向下，由波形平移法可知，該波沿X軸負(fù)方

向傳播，故A正確；質(zhì)點。此時的運動方向與質(zhì)點廠的運動方向相同，即向下運動，故B

正確；此時質(zhì)點8向上運動，而質(zhì)點C已經(jīng)在最大位移處，將向下運動，直接回到平衡位

置，則質(zhì)點C先回到平衡位置，故C錯誤；此時質(zhì)點E的位移為零，但振幅不為零，各個

質(zhì)點的振幅均相同，故D錯誤.

【誤選警示】

誤選C的原因：質(zhì)點振動方向沒有判斷清楚，沒有對哪個質(zhì)點先回到平衡位置判斷清楚。

誤選D的原因：振幅和位移兩概念不清楚。振幅是偏離平衡位置的最大位移。

知識總結(jié)》

一、橫波和縱波

定義標(biāo)志性物理量實物波形

質(zhì)點的振動方向與波的傳播(1)波峰：凸起的最高處

橫波

方向相互垂直的波(2)波谷：凹下的最低處繩上形成橫波

質(zhì)點的振動方向與波的傳播(1)密部：質(zhì)點分布最密的位置密町_密町.密部.

縱波疏部疏部

方向在同一直線上的波(2)疏部：質(zhì)點分布最疏的位置彈簧形成縱波

二、機(jī)1戒波

1.介質(zhì)

(1)定義：波借以傳播的物質(zhì).

(2)特點：組成介質(zhì)的質(zhì)點之間有相互作用，一個質(zhì)點的振動會引起相鄰質(zhì)點的振動.

2.機(jī)械波

機(jī)械振動在介質(zhì)中傳播，形成了機(jī)械波.

3.機(jī)械波的特點

(1)介質(zhì)中有機(jī)械波傳播時，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，它傳播的只是振動這種運動形式.

(2)波是傳遞能量的一種方式.

(3)波可以傳遞信息.

三、振動圖象和波的圖象的比較

1.振動圖象和波的圖象的比較

振動圖象波的圖象

圖象

坐橫坐標(biāo)時間各質(zhì)點的平衡位置

標(biāo)縱坐標(biāo)某一質(zhì)點在不同時刻的振動位移各質(zhì)點在同一時刻的振動位移

研究對象一個質(zhì)點沿波傳播方向上的各質(zhì)點

物理意義一個質(zhì)點在不同時刻的振動位移介質(zhì)中各質(zhì)點在同一時刻的振動位移

2.說明：(1)簡諧波中的所有質(zhì)點都做簡諧運動，它們的振幅、周期均相同.

(2)判斷波的圖象中質(zhì)點的振動方向可根據(jù)帶動法、上下坡法、微平移法；判斷振動圖象中質(zhì)

點的振動方向根據(jù)質(zhì)點下一時刻的位置.

四、振動與波的關(guān)系

1.區(qū)別

(1)研究對象不同——振動是單個質(zhì)點在平衡位置附近的往復(fù)運動，是單個質(zhì)點的“個體行

為“；波動是振動在介質(zhì)中的傳播，是介質(zhì)中彼此相連的大量質(zhì)點將波源的振動傳播的“群體

行為”.

(2)力的來源不同——產(chǎn)生振動的回復(fù)力，可以由作用在物體上的各種性質(zhì)的力提供；而引起

波動的力，則總是聯(lián)系介質(zhì)中各質(zhì)點的彈力.

(3)運動性質(zhì)不同——振動是質(zhì)點的變加速運動；而波動是勻速直線運動，傳播距離與時間成

正比.

2.聯(lián)系

(1)振動是波動的原因，波動是振動的結(jié)果；有波動必然有振動，有振動不一定有波動.

(2)波動的性質(zhì)、頻率和振幅與振源相同.

I易混點:

1.簡諧運動的回復(fù)力不可以是恒力.

2.簡諧運動的平衡位置不一定是質(zhì)點所受合力為零的位置，例如單擺的最低點合力不為零.

3.做簡諧運動的質(zhì)點先后通過同一點，回復(fù)力、加速度、位移都是相同的，速度大小相同,

方向不同。

4.做簡諧運動的質(zhì)點，速度增大時，其加速度一定減小.

5.簡諧運動的圖像描述的不是振動質(zhì)點的軌跡.

6.簡諧運動的振動圖像一定是正弦曲線.

7.單擺在任何情況下的運動不一定都是簡諧運動.

8.單擺的振動周期由擺球的質(zhì)量和擺長和重力加速度共同決定.

9.當(dāng)單擺的擺球運動到最低點時，回復(fù)力為零，所受合力不為零.

10.在機(jī)械波傳播過程中，介質(zhì)中的質(zhì)點不沿著波的傳播而移動.

11.機(jī)械波在傳播過程中，各質(zhì)點振動的周期、起振方向都相同.

12.機(jī)械波在一個周期內(nèi)傳播的距離不是振幅的4倍.

13.一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象.

14.發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的真實頻率沒有發(fā)生變化.

舉一反三,

1.如圖所示為兩列沿繩傳播的（虛線表示甲波，實線表示乙波）簡諧橫波在某時刻的波形圖,

M為繩上X=O.2m處的質(zhì)點，則下列說法中正確的是（）

A.甲波的傳播速度小于乙波的傳播速度

B.甲波的頻率小于乙波的頻率

C.質(zhì)點M的振動減弱

D.質(zhì)點M此時正向y軸負(fù)方向振動

【答案】D

【解析】

由于兩列波是同一繩子中傳播的相同性質(zhì)的機(jī)械波，所以它們的波速大小是相等的，故A

錯誤；從題圖中可看出，兩列波的波長相等，根據(jù)。得知它們的頻率相等，故B錯誤；

兩列波的頻率相等，能發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，質(zhì)點M的位置是兩列波的波峰與波峰、波谷

與波谷相遇處，所以質(zhì)點M的振動是加強(qiáng)的，故C錯誤；在題圖時刻，甲波（虛線）是向右傳

播的，根據(jù)波形平移法知這時它引起質(zhì)點M的振動方向是向下的，乙波（實線）是向左傳播

的，這時它引起質(zhì)點M的振動方向也是向下的，所以質(zhì)點M的振動方向是向下的，即質(zhì)點

M此時正向），軸負(fù)方向振動，故D正確.

2.（多選）下列說法正確的是（）

A.在干涉現(xiàn)象中，振動加強(qiáng)點的位移總比減弱點的位移要大

B.單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期與單擺的擺長無關(guān)

C.火車鳴笛向我們駛來時，我們聽到的笛聲頻率將比聲源發(fā)聲的頻率高

D.當(dāng)水波通過障礙物時，若障礙物的尺寸與波長差不多，或比波長大的多時，將發(fā)生明顯

的衍射現(xiàn)象

【答案】BC

【解析】?

在干涉現(xiàn)象中，振動加強(qiáng)點振幅最大，位移在變化，所以振動加強(qiáng)點的位移不是總比減弱點

的位移大，故A錯誤：單擺在周期性外力作用下做受迫振動，單擺的振動周期與驅(qū)動力的

周期相等，與固有周期無關(guān)，故與單擺的擺長無關(guān)，故B正確；火車鳴笛向我們駛來時，根

據(jù)多普勒效應(yīng)知，我們聽到的笛聲頻率大于聲源發(fā)聲的頻率，故C正確；當(dāng)水波通過障礙物

時，若障礙物的尺寸與波長差不多，或比波長小的多時，將發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故D錯

伏.

3.如圖所示，一單擺懸于。點，擺長為L若在。點正下方的。'點釘一個光滑小釘子，

使00'=1,將單擺拉至A處無初速度釋放，小球?qū)⒃贏、B、C間來回振動，若振動中擺

線與豎直方向夾角小于5。，重力加速度為g,小球可看成質(zhì)點，則此擺的周期是（）

/〃〃〃〃/〃/〃〃/〃〃〃//

o?

?j?L

Λ\

A?2Λ∕IB?2Λ∕?

c?2兀（/+般d?兀嶗+低

【答案】D

【解析】?

此時單擺的周期為T∣=2cjg懸點在。'點時，單擺擺

懸點在0點時，單擺擺長為L,

長為L-E=E此時單擺的周期為八=2H

當(dāng)小球在4、B、C間來回振動時，此擺的周

期為致+土π（?J∣+?傳），故選D.

易錯題通關(guān)

1.（多選）如圖所示為同一地點的兩單擺甲、乙的振動圖像，則下列說法中正確的是（）

∣x∕cm

1（）何

/1.（）/1.52.0r/s

-7

A.甲、乙兩單擺的擺長相等

B.甲擺的振幅比乙擺大

C.甲擺的機(jī)械能比乙擺大

D.在f=0.5s時有正向最大加速度的是乙擺

【答案】ABD

【解析】

由題圖可以看出，甲擺的振幅比乙擺的大，兩單擺的振動周期相同，根據(jù)單擺周期公式T

=2可得，甲、乙兩單擺的擺長相等，故A、B正確；兩單擺擺球的質(zhì)量未知，所以兩

單擺的機(jī)械能無法比較，故C錯誤：在f=O.5s時，乙擺在負(fù)向最大位移處，即有正向最大

加速度，而甲擺的位移為零，加速度為零，故D正確.

2.（多選）如圖所示，彈簧振子在C、B間做簡諧運動，。點為其平衡位置，貝∣J（）

/

/

/

/

COB

A.物塊在由C點運動到。點的過程中，回復(fù)力逐漸增大

B.物塊在由。點運動到8點的過程中，速度不斷增大

C.物塊在。點加速度最小，在B點加速度最大

D.物塊通過平衡位置0點時，動能最大，勢能最小

【答案】CD

【解析】

物塊在由C點運動到。點的過程中，位移減小，由回復(fù)力公式f=-6,可知，回復(fù)力逐

漸減小，A錯誤；物塊在由。點運動到8點的過程中，回復(fù)力做負(fù)功，動能轉(zhuǎn)化為勢能，

所以速度不斷減小，B錯誤；由牛頓第二定律和回復(fù)力公式可知，物塊的位移越大加速度越

大，位移越小加速度越小，所以物塊在。點加速度最小，在B點加速度最大，C正確；由

簡諧運動的規(guī)律可知，物塊通過平衡位置0點時，速度最大，所以動能最大，勢能最小，在

最大位移處，速度最?。榱悖瑒幽茏钚?，勢能最大，D正確.

3.（多選）關(guān)于單擺，下列說法正確的是（）

A.將單擺由沈陽移至廣州，單擺周期變大

B.將單擺的擺角從4。改為2。，單擺的周期變小

C.當(dāng)單擺的擺球運動到平衡位置時，擺球的速度最大

D.當(dāng)單擺的擺球運動到平衡位置時，受到的合力為零

【答案】AC

【解析】

將單擺由沈陽移至廣州，因重力加速度減小，根據(jù)T=2fJ｝可知,單擺周期變大，選項A

正確；單擺的周期與擺南無關(guān)，將單擺的擺角從4。改為2。，單擺的周期不變，選項B錯誤：

當(dāng)單擺的擺球運動到平衡位置時，擺球的速度最大，有向心加速度，則受到的合力不為零，

選項C正確，D錯誤.

4.（多選）一個單擺在地面附近做受迫振動，其共振曲線（振幅A與驅(qū)動力頻率/的關(guān)系）如圖

所示，則（）

A.此單擺的固有周期為2s

B.此單擺的擺長約為Im

C.若擺長增大，單擺的固有頻率增大

D.若擺長增大，共振曲線的峰將向左移動

【答案】ABD

【解析】

由共振曲線知此單擺的固有頻率為0.5Hz,固有周期為2s;再由T=2?β,得此單擺的

擺長約為1m;若擺長增大，單擺的固有周期增大，固有頻率減小，則共振曲線的峰將向左

移動，故選項A、B、D正確.

5.（多選）如圖所示為受迫振動的演示裝置，在一根張緊的繩子上懸掛幾個擺球，可以用一個

單擺（稱為“驅(qū)動擺"）驅(qū)動另外幾個單擺.下列說法正確的是（）

A.某個單擺擺動過程中多次通過同一位置時，速度可能不同但加速度一定相同

B.如果驅(qū)動擺的擺長為3則其他單擺的振動周期都等于2τr^

C.驅(qū)動擺只把振動形式傳播給其他單擺，不傳播能量

D.如果某個單擺的擺長等于驅(qū)動擺的擺長，則這個單擺的振幅最大

【答案】ABD

【解析】

某個單擺擺動過程中多次通過同一位置時，速度大小相等但方向可能不同，根據(jù)F=一&

可得，加速度o=5=-'-故加速度一定相同，A正確；如果驅(qū)動擺的擺長為心，根據(jù)單

擺的周期公式有T=2cjg而其他單擺都做受迫振動，故其振動周期都等于驅(qū)動擺的周期，

B正確：同一地區(qū)，單擺的固有頻率只取決于單擺的擺長，擺長等于驅(qū)動擺的擺長時，單擺

的振幅最大，這種現(xiàn)象稱為共振，受迫振動不僅傳播振動形式，還傳播能量，故C錯誤，D

正確.

6.（多選）（2020■全國卷I?34（1）改編）在下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應(yīng)解釋的有（）

A.天文學(xué)上觀察到雙星（相距較近、均繞它們連線上某點做圓周運動的兩顆恒星）光譜隨時

間的周期性變化

B.超聲波被血管中的血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化

C.觀察者聽到遠(yuǎn)去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會變低

D.同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中傳播的速度不同

【答案】ABC

【解析】

觀察者與雙星的距離發(fā)生變化，接收到的頻率發(fā)生變化，產(chǎn)生周期性變化的光譜，屬于多

普勒效應(yīng)，A正確；探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化，是由于血液發(fā)生流動，探測器與

血液的觀測點的距離發(fā)生變化引起的，可以用多普勒效應(yīng)解釋，故B正確：觀察者聽到遠(yuǎn)去

的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)變低，是由于列車與觀察者的距離發(fā)生變化引起的，可以用多普

勒效應(yīng)解釋，故C正確；聲波在空氣中和水中的傳播速度不同，是由于進(jìn)入不同介質(zhì)，波長

發(fā)生變化引起的，故D錯誤.

7.一根同種材料粗細(xì)均勻的彈性繩，右端固定在墻上，抓著繩子左端S點上下振動，產(chǎn)生

向右傳播的繩波，某時刻的波形如圖所示.下列說法中正確的是（）

-j

A.此時刻質(zhì)點尸在做減速運動

B.波源的起振方向向上

C.波的傳播速度逐漸減小

D.波源振動的頻率逐漸減小

【答案】D

【解析】

根據(jù)上下坡法，此時刻質(zhì)點P在上坡階段，則質(zhì)點P向下振動，向平衡位置振動，則做加

速運動，所以A錯誤：剛要振動的質(zhì)點處于上坡階段，則波源的起振方向向下，所以B錯

誤；波的傳播速度由介質(zhì)決定，同一介質(zhì)波速不變，所以C錯誤；由題圖可知該波的波長逐

漸增大，根據(jù)/=:知波源振動的頻率逐漸減小，所以D正確.

8.青島瀕臨黃海，是國內(nèi)著名的濱海旅游城市，長達(dá)800多公里的海岸線，擁有眾多優(yōu)良海

水浴場.在石老人海水浴場，某同學(xué)漂浮在海面上；水波以3π√s的速率向著海灘傳播，該

同學(xué)記錄了第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間為18s.下列說法正確的是（）

A.該同學(xué)很快就會漂流到沙灘上

B.該水波的周期為1.8s

C.該水波的波長為6m

D.該水波可以繞過石老人繼續(xù)傳播屬于波的干涉現(xiàn)象

【答案】C

【解析】

該同學(xué)只會在平衡位置附近振動，不會隨波遷移，A