新高考版《物理》資料：專題檢測-專題十五-機械振動機械波

新高考版《物理》資料：專題檢測-專題十五-機械振動機械波新高考版《物理》資料：專題檢測-專題十五-機械振動機械波PAGE/PAGE1新高考版《物理》資料：專題檢測-專題十五-機械振動機械波專題十五機械振動機械波專題檢測題組1.[2022內蒙古呼和浩特質監(jiān),34(1)](多選)關于水平放置的彈簧振子所做的簡諧運動,下列說法正確的是()A.位移的方向總是由振子所在處指向平衡位置B.若兩時刻相差半個周期,振子在這兩個時刻的速率一定相等C.經過半個周期振子經過的路程一定是振幅的2倍D.經過四分之一個周期,振子經過的路程一定等于振幅E.若兩時刻相差半個周期,彈簧在這兩個時刻的形變量一定相等答案BCE簡諧運動的位移由平衡位置指向振子所在處,A錯誤.相差半個周期的兩個時刻,振子所處位置關于平衡位置對稱,系統(tǒng)勢能相等,彈簧的形變量相等,振子的動能相等,振子的速率相等,B正確,E正確.經過半個周期振子經過的路程是一個周期振子經過路程的一半,等于振幅的2倍,C正確.經過四分之一個周期,振子經過的路程可能大于振幅,可能等于振幅,也可能小于振幅,D錯誤.2.[2022云南昆明三診一模,34(1)](多選)如圖所示,為一個水平彈簧振子的振動圖像,下列說法正確的是()A.該彈簧振子的振動方程為x=-10sinπ2tB.t=1s到t=2s內,彈簧振子的動能不斷減小C.t=3s時,彈簧振子的加速度沿x軸負方向D.t=9s時,彈簧振子的位移為10cmE.t=0到t=10s內,彈簧振子的路程為100cm答案ACE彈簧振子的振動周期T=4s,由x-t圖像得振動方程x=10sin2π4t+πcm=-10sinπ2tcm,A正確.由x-t圖像中圖線的斜率可得t=1s到t=2s內,彈簧振子的速度不斷增大,所以動能不斷增大,B錯誤.t=3s時,回復力的方向沿x軸負方向,所以彈簧振子的加速度沿x軸的負方向,C正確.t=9s時,彈簧振子的位移x=-10sin9π2cm=-10cm,D錯誤.t=0到t=10s內,彈簧振子的路程s=3.(2023屆山西臨汾期中,1)(多選)一彈簧振子在驅動力的作用下做受迫振動,其振幅大小與驅動力頻率之間的關系如圖所示,下列說法正確的是()A.彈簧振子的固有頻率為0.4HzB.彈簧振子的固有周期為50sC.彈簧振子做受迫振動時的周期與其固有周期無關D.彈簧振子共振時具有的能量最大答案ACD由圖像可得,當驅動力的頻率等于0.4Hz時,彈簧振子的振幅最大,彈簧振子發(fā)生共振,彈簧振子具有的能量最大,所以彈簧振子的固有頻率等于0.4Hz,固有周期T=1f=2.5s,A正確,B錯誤,D正確.彈簧振子做受迫振動時,周期由驅動力的周期決定,與固有周期無關,C正確4.(2023屆云南玉溪開學檢測,11)(多選)如圖所示,水平彈簧振子沿x軸在M、N間做簡諧運動,坐標原點O為振子的平衡位置,其振動方程為x=5sin10πt+π2cm.下列說法正確的是A.M、N間距離為5cmB.振子的運動周期是0.2sC.t=0時,振子位于N點D.t=0.05s時,振子具有最大加速度答案BCM、N間距離為振幅的2倍,即10cm,A錯誤.振子的運動周期T=2πω=0.2s,B正確.將t=0代入振動方程,解得x=5cm,所以振子位于N點,C正確.將t=0.05s代入振動方程,解得x=0,所以振子位于平衡位置,加速度為零,D錯誤5.(2022陜西咸陽三中測試,2)(多選)以下說法中正確的是()A.在同一種玻璃中,頻率越大的光速度越小B.用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振C.麥克斯韋用實驗證實了電磁波的存在D.交警通過發(fā)射超聲波測量車速是利用了波的多普勒效應E.狹義相對論認為在不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的答案ADE同一種介質對頻率越大的光折射率越大,由n=cv可得,在同一種介質中,頻率越大的光速度越小,A正確.用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的干涉,B錯誤.麥克斯韋預言了電磁波的存在,赫茲用實驗證實了電磁波的存在,C錯誤.D、E正確6.(2023屆連云港贛榆智賢中學調研,8)一列簡諧橫波在t=0.6s時的波形圖如圖甲所示,此時P、Q兩質點的位移相等,波上x=15m處的質點A的振動圖像如圖乙所示,則以下說法正確的是()A.這列波沿x軸負方向傳播B.這列波的波速為0.06m/sC.從t=0.6s時刻開始,質點P比質點Q早回到平衡位置D.若該波在傳播過程中遇到一個尺寸為15m的障礙物,這列波不能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象答案C根據(jù)振動圖像,質點A在t=0.6s時向下振動,所以在波動圖像上質點A向下振動,可知波沿x軸正方向傳播,A錯誤;從題圖甲可知波長為λ=20m,從題圖乙可知振動周期為T=1.2s,所以波速為v=λT=503m/s,B錯誤;波沿x軸正方向傳播,在t=0.6s時,質點P向上振動,質點Q向下振動,質點P比質點Q早回到平衡位置,C正確;因為障礙物尺寸小于波長,所以能發(fā)生明顯衍射,D7.(2023屆南京學情調研,6)漁船上的聲吶利用超聲波來探測遠方魚群的方位.某漁船發(fā)出的一列超聲波在t=0時的波動圖像如圖1所示,圖2為質點P的振動圖像,則下列說法正確的是()A.該波的波速為1.5m/sB.該波沿x軸負方向傳播C.0~1s時間內,質點P沿x軸運動了1.5mD.0~1s時間內,質點P運動的路程為2m答案D由題圖2可得,在t=0時刻,質點P沿y軸正方向振動,由波形平移法可知該波沿x軸正方向傳播,B錯誤;由題圖1可知,該波的波長λ=1.5×10-2m,由題圖2可知周期T=1×10-5s,則該波的波速v=λT=1.5×103m/s,A錯誤;質點P只在平衡位置沿y軸方向振動,不沿x軸運動,C錯誤;質點P的振幅是5×10-6m,周期是1×10-5s,則在0~1s時間內共振動了n=tT=11×10-5=105次,則質點P的運動路程是s=4×5×108.(2023屆南京中華中學階段檢測,2)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,其波速為10m/s,t=0時刻的波形如圖所示,下列說法正確的是()A.t=0.2s時刻,質點Q速度最大B.t=0.6s時刻,質點M向y軸正方向運動C.質點M比質點P早到達平衡位置處D.若此波傳播過程中遇到的障礙物的尺寸為80m,能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象答案B由題圖可知該波的波長為λ=8m,則周期為T=λv=0.8s,由同側法知t=0時刻Q點向下振動,t=0.2s時刻,即經過T4,Q到達最大位移處,質點Q的速度為零,故A錯誤;經過0.6s,波向前傳播34λ=6m,則t=0.6s時刻的波形圖如圖所示,由同側法可知質點M向y軸正方向運動,故B正確;t=0時刻P點向下振動,M先向上振動,再向下振動,所以質點P比質點M早到達平衡位置處,故C錯誤;發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物的尺寸比波長小或與波長差不多,由題可知障礙物的尺寸遠大于波的波長,故不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,故9.(2022連云港新海高中月考,4)如圖所示為相同的小球(可看作質點)構成的單擺,所有的繩子長度都相同,在不同的條件下的周期分別T1、T2、T3、T4,關于周期大小關系的判斷,正確的是()A.T1>T2>T3>T4B.T4<T1=T3<T2C.T4>T1=T3>T2D.T1<T2<T3<T4答案C設所有繩子的長度為L,根據(jù)單擺的周期公式可得T1=2πLg,T2=2πLcos30°g,帶負電的擺球受到固定的帶負電的球的斥力,而斥力方向總是和運動方向垂直,不影響回復力,所以T3=2πLg,T4=2πLg-a,則T4>T1=T310.[2022衡陽市一模,16(1)](多選)A、B為x軸上的兩個振源,振源A在坐標原點,振源B在坐標軸上x=5m處.t=0時刻A、B連線之間的波形圖如圖所示,已知振源A、B的振幅均為10cm,振動周期T均為0.2s,則下列說法中正確的是()A.A、B兩振源形成的兩列波在A、B間的傳播方向相同B.A、B兩振源形成的兩列波的傳播速度均為10m/sC.t=0時刻,x=4.15m處的質點向上振動D.t=0.1s時,x=2.5m處的質點的速度為0E.在0~0.1s的時間內,x=1m處的質點運動的路程等于30cm答案BCD由圖知A振源形成的波沿x軸正方向傳播,B振源形成的波沿x軸負方向傳播,兩列波在A、B間的傳播方向相反,所以A錯誤;A、B兩振源形成的兩列波的傳播速度均為v=λT=20.2m/s=10m/s,所以B正確;根據(jù)上下坡法,t=0時刻,x=4.15m處的質點處于下坡過程,向上振動,所以C正確;根據(jù)波的疊加原理及傳播形式,t=0.1s時,x=2.5m處的質點處于振動減弱點,其速度為0,所以D正確;在0~0.1s的時間內,x=1m處的質點振動了12T,運動的路程等于20cm,所以11.[2022雅禮中學一模,16(1)](多選)如圖甲所示,輕質彈簧下端固定在水平地面上,上端連接一輕質薄板.t=0時刻,一物塊從其正上方某處由靜止下落,落至薄板上后和薄板始終粘連,其位置隨時間變化的圖像(x-t)如圖乙所示,其中t=0.2s時物塊剛接觸薄板.彈簧形變始終在彈性限度內,空氣阻力不計,則()A.t=0.2s后物塊做簡諧運動B.t=0.4s時物塊的加速度大于重力加速度C.若增大物塊自由下落的高度,則物塊與薄板粘連后振動的周期增大D.t=0.2s后物塊坐標位置隨時間變化關系為x=0.3+0.2sin10π3E.t=0.2s后物塊坐標位置隨時間變化關系為x=0.3+0.2sin10π3答案ABDt=0.2s時物塊剛接觸薄板,落至薄板上后和薄板始終粘連,構成豎直方向的彈簧振子,并且從圖像看,0.2s以后的圖線為正弦函數(shù)曲線,A正確;薄板為輕質薄板,質量可忽略不計,由圖乙可知,B點是圖像的最高點,C點是圖像最低點,根據(jù)簡諧運動的對稱性可知,最高點的加速度和最低點的加速度大小相等,即aB=aC,由簡諧運動的加速度滿足a=-kxm可知,a與x成正比,設A點處偏離平衡位置的位移大小為xA,C點處偏離平衡位置的位移大小為xC,有xA<xC,所以aA<aC,故aA<aB,到A點時,物塊只受重力,aA=g,所以aB>g,B正確;彈簧振子的周期只與振動系統(tǒng)本身有關,與物塊起始下落的高度無關,故物塊與薄板粘連后振動周期不變,C錯誤;由圖乙可知T=0.6s,則ω=2πT=10π3,振幅為0.2m,設t=0.2s后物塊位置隨時間變化關系式為x=0.3+0.2sin10π3(t-0.2)+φ0(m),當t=0.4s時,x=0.5m,代入上式得φ0=-π6,所以12.[2022湖南師大附中模擬二,16(2)](多選)在x軸正半軸和負半軸存在兩種不同材質的彈性繩(相連于O點),x=-6m和x=12m處為兩波源,分別向右、向左傳播形成振幅均為4cm的簡諧橫波,t=0時刻的波形如圖所示,此時x=-2m和x=4m處的質點剛好開始振動,已知波在左右兩種介質中的傳播速度之比為1∶2,忽略每列波在傳播過程中振幅變化,t=0s到t=512s時間內P點經過的路程為6cm,則下列說法正確的是(A.t=0時刻P處質點向右運動B.波1振動的周期為1sC.波2振動的周期為1sD.波2在x軸正半軸的傳播速度為8m/sE.兩列波相遇后在x=2m處質點的振幅為4cm答案BCD參與振動的質點,只能垂直傳播方向上下振動,不會左右運動,故A錯誤.根據(jù)波的傳播速度與周期波長關系v=λT,由圖可知兩列波的波長分別為λ1=4m,λ2=8m.依題意,波在左右兩種介質中的傳播速度之比為1∶2,代入上式,可得兩列波的周期相同,研究向右傳播的波,根據(jù)質點的振動方程有y=Asin2πTt.其中A=4cm,y=2cm可得t=T12,依題意可知512s=T4-T12+T4,解得T=1s,向左傳播的波的周期也為1s,故B、C正確.根據(jù)波的速度公式可知左右兩種介質的傳播速度分別為v左=λ1T=41m/s=4m/s,v右=λ2T=81m/s=8m/s,故D正確.依題意,從t=0開始,向右傳播的波傳到x=2m處需t左=2mv左+2mv右=24s+28s=0.75s,向左傳播的波傳到x=2m處需t右=2mv右=28s=0.25s.綜上所述,當向右傳播的波傳到x=2m處,向左傳播的波已經使x=2m處的質點振動了半個周期,回到了平衡位置且向上振動13.[2022湖南六校聯(lián)考,16(1)](多選)下列說法正確的是()A.醫(yī)生利用彩超測病人血管內的血流速度是利用了超聲波的多普勒效應B.”聞其聲而不見其人”,說明聲波能發(fā)生衍射現(xiàn)象,而光波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象C.單擺的振動周期一定等于其固有周期D.機械波從一種介質進入另一種介質,波速變小,波長一定變小E.交警通過發(fā)送頻率為f的超聲波測遠離他的車的車速時,收到回聲的頻率小于f答案ADE彩超是利用了超聲波的多普勒效應,A正確;光波也能發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是因為其波長短,一般情況難以觀察到衍射現(xiàn)象,B錯誤;做受迫振動時,單擺振動周期等于驅動力周期,C錯誤;機械波從一種介質進入另一種介質,根據(jù)v=λf知頻率不變,波速變小,波長一定變小,D正確;根據(jù)多普勒效應,運動物體遠離觀測者,觀測者觀測到的頻率變低,E正確.故選A、D、E.14.[2022肇慶二模,16(1)]如圖甲所示,將一質量為m、邊長為L、質量分布均勻的正方體木塊放在水桶內,木塊靜止時有一半浮在水面上,現(xiàn)將木塊緩慢下壓至木塊上表面與水面平齊后由靜止釋放并開始計時,木塊的重心相對于水面的位移隨時間變化的關系如圖乙所示,已知重力加速度為g,忽略木塊運動過程中水面高度的變化,t1時刻木塊向(選填”上”或”下”)運動,t2時刻水對木塊的浮力為.

甲乙答案上0解析開始計時t=0,木塊重心位于-L2處,之后向上運動,t2時刻重心到達最高點,故t1時刻木塊向上運動.t2時刻木塊的重心距水面的高度為L2,故木塊全部在水面上,水對木塊的浮力為15.[2022廣州二模,16(1)]如圖,彈簧振子以O點為平衡位置,在M、N兩點間做簡諧運動,振子位置坐標x隨時間t變化的關系式為x=10cosπt-π3(cm).求振子從初始位置沿x軸正方向運動,答案25cm解析在t=0時,振子的初始位置為x0=10×cos-π3=5cm,第一次到達M點時,x=-10cm,代入得t=43s,彈簧振子的周期為T=2ππ=2s,故第一次到達M點通過的路程為s=3A-16.[2022江門一模,16(1)]一列簡諧橫波在t=0時的波形圖如圖所示,介質中x=2m處的質點P沿y軸方向做簡諧運動的表達式為y=10sin(5πt)cm,這列簡諧波的周期為s,簡諧波的波速為m/s

答案0.410解析由簡諧運動的表達式得ω=5π,所以這列簡諧波的周期T=2πω=0.4s,由波形圖知波長λ=4m,故波速為v=λ17.[2022深圳二模,16(1)]如圖是兩列水波相遇后形成的穩(wěn)定干涉圖樣,形成該圖樣需要滿足的條件是兩個波源的(填”頻率”或”振幅”)一定相同,題圖表示振幅均為A的兩列相干波疊加,實線表示波峰,虛線表示波谷,OM連線的中點為振動(選填”加強”或”減弱”)點,此時O處質點相對平衡位置的位移大小為.

答案頻率加強2A解析兩列水波相遇后形成的穩(wěn)定干涉圖樣時,即兩個波源的頻率一定相同;因O點和M點都是振動加強點,則OM連線的中點為振動加強點,此時O處質點處于波谷與波谷相遇點,則相對平衡位置的位移大小為2A.18.[2022茂名二模,16(2)]某波源S發(fā)出一列簡諧橫波,波源S的振動圖像如圖所示.在波的傳播方向上有A、B兩點,它們到波源S的距離分別為45m和55m.測得A、B兩點開始振動的時間間隔為1.0s.求這列簡諧橫波的波長.答案20m解析A、B兩點之間的距離sAB=(55-45)m=10m波從A點傳到B點的時間t=1.0s則波速v=sABt=10m/s,由圖可知T=2.波長λ=vT,解得λ=20m19.[2022韶關一模,16(1)]一列簡諧橫波沿x軸正向傳播,t=0時波的圖像如圖所示,質點P的平衡位置在x=8m處.該波的周期T=0.4s.由此可知,該列波的傳播速度為.在0～1.2s時間內質點P經過的路程為,t=0.6s時質點P的振動方向沿y軸方向(選填”負”或”正”).

答案20m/s1.2m負解析由圖可知,該簡諧橫波波長λ=8m,由v=λT,可得v=20m/s,由圖可知該簡諧橫波振幅為0.1m,故1.2s內(三個周期)質點P運動的路程為s=3×4×0.1m=1.2m,由于簡諧橫波沿x軸正向傳播,由圖可知t=0時,質點P經過平衡位置沿y軸正方向運動,0.6s等于一個半周期,故0.6s時質點P的速度方向沿y軸負方向20.(2023屆河源中學10月質檢,13)如圖所示,一列簡諧橫波沿x軸傳播,實線為t1=0時刻的波形,虛線為t2=0.6s時刻的波形,質點振動的周期T滿足2T<0.6s<2.5T,求：(1)波傳播的速度大小與方向(計算結果保留一位小數(shù));(2)t=1.2s時刻,平衡位置在x=1m處的質點的位移.答案見解析解析(1)由題圖可知波長λ=8m,若波沿x軸正方向傳播,則有0.6s=38T+又2T<0.6s<2.5T解得n=2則波的周期T=2495波傳播的速度大小v=λT≈31.若波沿x軸負方向傳播,則0.6s=58T+又2T<0.6s<2.5Tn無解,因此波一定沿x軸正方向傳播,速度大小為31.7m/s(2)x=1m處的質點在t=0時刻,正沿y軸正方向運動,因此振動方程為y=Asinωt=10sin2π×9524t=1.2s時,該質點的位移y=10sin95π1221.[2022廣東一模,16(1)]高鐵進站過程中,聲音越來越尖銳,其原因是：當聲源靠近人時,單位時間被人接收的聲波的個數(shù)(選填”大于”“小于”或”等于”)聲源靜止時的,導致人接收到的聲音的(選填”頻率”“周期”或”波長”)變大.

答案大于頻率解析根據(jù)多普勒效應可知,當聲源靠近人時,單位時間被人接收的聲波的個數(shù)大于聲源靜止時被人接收的聲波的個數(shù),從而導致人接收到的聲音的頻率變大.情境解讀高鐵進站過程中,聲源與人相互靠近,人耳接收到的聲音的頻率變大,單位時間人耳接收到的頻率變大,這是典型的多普勒效應.22.[2022雅禮中學月考七,16(1)]某橫波在介質中沿x軸正方向傳播,t=0時波源O開始振動,振動方向沿y軸負方向,圖示為t=0.7s時的波形圖,已知圖中b質點第二次出現(xiàn)在波谷,則該橫波的傳播速度v=m/s;從圖示時刻開始計時,圖中c質點的振動位移隨時間變化的函數(shù)表達式為m.

答案10y=-0.03sin(5πt)解析由題意得T2+T4+T=0.7s,得該波的周期為T=0.4s,由圖知波長為λ=4m,則波速為v=λT=10m/s.橫波在介質中沿x軸正方向傳播,圖示時刻c質點向下振動,則c23.[2022常德模擬,16(2)]一列簡諧橫波沿x軸傳播,t=0.1s時的波形圖如圖甲所示.圖乙為介質中質點A的振動圖像.①求波速大小;②t=0.1s時,波剛好傳播到坐標原點,質點B平衡位置的坐標xB=-2.5m(圖中未畫出),求質點B處于波峰位置的時刻.甲乙答案①0.5m/s②(5.15+15解析①由圖甲可知波長為λ=10cm,由圖乙知周期T=0.2s,故v=λT②坐標原點O與質點B平衡位置的距離Δx=2.5m,則波從坐標原點O傳到B點所用的時間Δt=Δxv=5s.波傳到B點時,B從平衡位置開始向上振動,經過14T=0.05s第一次到達波峰,故質點B第一次處于波峰位置的時刻為t'=0.1s+5s+0.05s=5.15s.由于質點振動的周期性,經過n個周期T后,質點B還將處于波峰位置,故質點B處于波峰位置的時刻為24.[2023屆山西太原一模,34(2)]圖1為兩波源a、b的振動圖像,兩波源a、b平衡位置的坐標分別