专题17 机械振动机械波-十年（2012-2021）高考物理真题分项汇编（山东专版）

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2021年，单独命题，单科
2020年，单独命题，单科
2019年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2018年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2017年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2016年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2015年，单独命题，理综物理
2014年，单独命题，理综物理
2013年，单独命题，理综物理
2012年，单独命题，理综物理
二、2012-2021年高考物理试题全解全析：
1、（2012·山东卷·T37）一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时刻的波形如图所示，介质中质点P、Q分别位于x＝2m、x＝4m处．从t＝0时刻开始计时，当t＝15s时质点Q刚好第4次到达波峰．
①求波速．
②写出质点P做简谐运动的表达式（不要求推导过程）．
【考点】横波的图象；波长、频率和波速的关系．
【分析】（1）根据波形图得到波长；从t＝0时刻开始计时，当t＝15s时质点Q刚好第4次到达波峰，判断出周期；然后根据计算波速；
（2）根据波形图得到振幅A，然后根据公式y＝Asinωt列式求解．
【解析】①根据波形图得到波长λ＝4m；
t＝0时刻，质点Q正向下运动；从t＝0时刻开始计时，当t＝15s时质点Q刚好第4次到达波峰，故有
3T+＝t
解得
T＝
故波速为；
②t＝0时刻，质点P正在向上运动，振幅为：A＝0.2m；
角频率为：ω＝rad/s
故质点P做简谐运动的表达式为：y＝0.2sin m；
答：①波速为1m/s；
②点P做简谐运动的表达式为y＝0.2sin m．
【点评】本题综合考查了质点的振动和波动，关键是要能从波速方向判断出质点的振动方向，同时要能从图象得到波长并进一步求解波速．
2、（2013•山东）如图所示，在某一均匀介质中，A、B是振动情况完全相同的两个波源，其简谐运动表达式为x＝0.1πsin（20πt）m，介质中P点与A、B两波源间距离分别为4m和5m，两波源形成的简谐横波分别沿AP、BP方向传播，波速都是10m/s．
①求简谐横波的波长．
②P点的振动 （填“加强”或“减弱”）
【考点】波长、频率和波速的关系．
【分析】①由简谐运动表达式为x＝0.1πsin（20πt）m，读出ω，由T＝求得波的周期T，由v＝求解波长；
②根据P点与A、B两波源的路程差与波长的关系，分析P点的振动情况，若路程差是波长的整数倍，则振动加强；若路程差是半个波长的奇数倍，则振动减弱．
【解析】①由简谐运动表达式为x＝0.1πsin（20πt）m知，角频率ω＝20πrad/s，则周期为T＝＝0.1s，由v＝得，波长λ＝vT＝1m；
②△S＝5m﹣4m＝1m＝λ，故P点的振动加强．
故答案为：①λ＝1m，②加强
【点评】本题要掌握简谐运动的表达式x＝Asinωt，即可读出ω，求出周期和波长．根据路程与波长的关系，确定质点的振动强弱是常用的方法．
3、（2014·山东卷·T38）一列简谐波沿直线传播，以波源O由平衡位置开始振动为计时零点，质点A的振动图象如图所示，已知O，A的平衡位置相距0.9m，以下判断正确的是（ ）
A．波长为1.2m
B．波源起振方向沿y轴正方向
C．波速大小为0.4m/s
D．质点A的动能在t＝4s时最大
【考点】简谐运动的振动图象；波长、频率和波速的关系．
【分析】首先明确其图象是振动图象，并可知周期为4s和起振方向即A的振动情况；据波速公式即变形式即可求解．
【解析】AC、据图象可知：A比波源晚振动3s，其周期为4s，所以波速为：v＝＝0.3m/s。
在据波速公式得：λ＝vT＝0.3×4m＝1.2m 故A正确；C错误；
BD、据波的传播特点，各质点的起振方向与波源的起振方向相同；据图象可知，起振方向沿y 轴的正方向，质点A在4s时位于最大位移处，速率为零，动能为零，故B正确，D错误。
故选：AB。
【点评】灵活应用波的传播特点是解题的关键，即波的起振方向与各质点的起振方向相同；注意求波速的方法及波速公式的应用．
4、（2015·山东卷·T38）如图，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动。以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为y＝0.1sin（2.5πt）m．t＝0时刻，一小球从距物块h高处自由落下：t＝0.6s时，小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速度的大小g＝10m/s2．以下判断正确的是（ ）
A．h＝1.7m
B．简谐运动的周期是0.8s
C．0.6s内物块运动的路程是0.2m
D．t＝0.4s时，物块与小球运动方向相反
【考点】简谐运动的回复力和能量．
【分析】由振动公式可明确振动的周期、振幅及位移等；再结合自由落体运动的规律即可求得h高度；根据周期明确小球经历0.4s时的运动方向。
【解析】解：A、由振动方程式可得，t＝0.6s物体的位移为y＝0.1sin（2.5π×0.6）＝﹣0.1m；
则对小球有：
h+＝gt2
解得h＝1.7m；故A正确；
B、由公式可知，简谐运动的周期T＝＝＝0.8s；故B正确；
C、振幅为0.1m；故0.6s内物块运动的路程为3A＝0.3m；故C错误；
D、t＝0.4s＝，此时物体在平衡位置向下振动，则此时物块与小球运动方向相同，故D错误；
故选：AB。
【点评】本题考查简谐运动的位移公式，要掌握由公式求解简谐运动的相关信息，特别是位移、周期及振幅等物理量。
5、（2016·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T34)某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以1.8 m/s的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近。该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15 s。下列说法正确的是_____。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．水面波是一种机械波
B．该水面波的频率为6 Hz
C．该水面波的波长为3 m
D．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去
E．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移
【答案】ACE
【解析】水面波是一种机械波，故A正确；该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15 s，所以周期，该水面波的频率f=0．6Hz，故B错误；该水面波的波长，故C正确；水面波没有将该同学推向岸边，只能说是因为波传播时振动的质点并不随波迁移，不能说波传播时能量不会传递出去，波的传播过程也是能量传递过程，故D错误，E正确。
6、（2017·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T34)如图（a），在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0，4)和S2(0，–2)。两波源的振动图线分别如图（b）和图（c）所示，两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8，–2)的路程差为________m，两列波引起的点B(4，1)处质点的振动相互__________（填“加强”或“减弱”），点C(0，0.5)处质点的振动相互__________（填“加强”或“减弱”）。
【答案】2 减弱 加强
【解析】由几何关系可知AS1=10 m，AS2=8 m，所以波程差为2 m；同理可求BS1–BS2=0，为波长整数倍，由振动图象知两振源振动方向相反，故B点为振动减弱点，CS1–CS2=1 m，波长，所以C点振动加强。
7、（2018·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T34)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，图（b）是质点Q的振动图像。求
（i）波速及波的传播方向；
（ii）质点Q的平衡位置的x坐标。
【答案】（1）波沿负方向传播； （2）xQ=9 cm
【解析】（i）由图（a）可以看出，该波的波长为
①
由图（b）可以看出，周期为
②
波速为
③
由图（b）知，当时，Q点向上运动，结合图（a）可得，波沿轴负方向传播。
（ii）设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为、。由图（a）知，处，因此
④
由图（b）知，在时Q点处于平衡位置，经，其振动状态向x轴负方向传播至P点处，由此及③式有
⑤
由④⑤式得，质点Q的平衡位置的x坐标为
⑥
8、（2019·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T34)一简谐横波沿x轴正方向传播，在t=5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（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）
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】A、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；
B、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；
C、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；
D、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；
E、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。
9、（2020·山东卷·T4）一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播，已知处质点的振动方程为，则时刻的波形图正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
根据题意可知，时，在处的质点处于
则此时该质点位于平衡位置，下一时刻，该质点向上运动，故AB错误；
根据题意，横波沿轴负方向传播，根据同侧法判断可知，C错误，D正确。
故选D。
10、（2021·山东卷·T10）一列简谐横波沿x轴传播，如图所示，实线为时的波形图，虚线为时的波形图。以下关于平衡位置在O处质点的振动图像，可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】AC
【解析】
机械波的传播方向不确定，所以需要考虑机械波传播方向的不确定性。
AB．若机械波沿轴正方向传播，在时点振动方向竖直向上，则传播时间满足
（n=0，1，2，3…）
解得
（n=0，1，2，3…）
当时，解得周期
A正确，B错误；
CD．若机械波沿轴负方向传播，在时点处于波谷，则
（n=0，1，2，3…）
解得
（n=0，1，2，3…）
当时，解得周期
C正确，D错误。
故选AC。