回归教材重难点13 机械振动和机械波-【查漏补缺】2022年高考物理三轮冲刺过关（解析版）模板

这是一份回归教材重难点13 机械振动和机械波-【查漏补缺】2022年高考物理三轮冲刺过关（解析版）模板，共15页。试卷主要包含了概念，平衡位置，回复力，简谐运动的表达式，描述简谐运动的物理量等内容，欢迎下载使用。
本部分内容为高考每年必考，多以选择题形式出现，题目难度适中，波的图像、振动图像、波的周期性和多解性等知识反复出现，因此备考中要牢记知识和规律，加强训练。特别注意以下几点：
⑴理解波的图像和振动图像的相互转化，根据振动图像判断振动方向，根据波的图像确定波的传播方向、传播时间等。
⑵掌握结合简谐运动图像及波的图像考查波的传播的多解问题，以及想干波的叠加问题等。
知识点一 简谐运动
1．概念：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x－t图象)是一条正弦曲线的振动．
2．平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置．
3．回复力
(1)定义：使物体返回到平衡位置的力．
(2)方向：时刻指向平衡位置．
(3)来源：振动物体所受的沿振动方向的合力．
4．简谐运动的表达式
(1)动力学表达式：F＝－kx，其中“－”表示回复力与位移的方向相反．
(2)运动学表达式：x＝Asin (ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝2πf表示简谐运动的快慢，(ωt＋φ)代表简谐运动的相位，φ叫做初相．
5．描述简谐运动的物理量
知识点二 单摆
1．定义：在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果细线的伸缩和质量都不计，球的直径比线的长度短得多，这样的装置叫做单摆．
2．视为简谐运动的条件：θ＜5°.
3．回复力：F＝G2＝Gsin θ＝eq \f(mg,l)x.
4．周期公式：T＝2πeq \r(\f(l,g)).
5．单摆的等时性：单摆的振动周期取决于摆长l和重力加速度g，与振幅和振子(小球)质量都没有关系．
知识点三 受迫振动及共振
1．受迫振动：系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体，它的周期(或频率)等于驱动力周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)无关．
2．共振：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图所示．
知识点四 机械波
1．形成条件
(1)有发生机械振动的波源．
(2)有传播介质，如空气、水等．
2．传播特点
(1)传播振动形式、传递能量、传递信息．
(2)质点不随波迁移．
3．分类
机械波eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(横波：振动方向与传播方向垂直.,纵波：振动方向与传播方向在同一直线上.))
4．描述机械波的物理量
⑴．波长λ：在波动中振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离．用“λ”表示．
⑵．频率f：在波动中，介质中各质点的振动频率都是相同的，都等于波源的振动频率．
⑶．波速v、波长λ和频率f、周期T的关系
公式：v＝eq \f(λ,T)＝λf
机械波的速度大小由介质决定，与机械波的频率无关．
知识点五 机械波的图象
1．图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置，用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线．
2．物理意义：某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移．
知识点六 波的衍射和干涉
1．波的衍射定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象．
2．发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者小于波长时，才会发生明显的衍射现象．
3．波的叠加原理：几列波相遇时能保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和．
4．波的干涉
(1)定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱，这种现象叫波的干涉．
(2)条件：两列波的频率相同．
5．干涉和衍射是波特有的现象，波同时还可以发生反射、折射．
知识点七 多普勒效应
由于波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率与波源频率不相等的现象．
1．（2021·浙江卷）为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示。则（ ）
A．针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同
B．随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大
C．打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同
D．稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
【答案】AD
【解析】
A．根据共振的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振，此时落果效果最好，而不同的树木的固有频率不同，针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，选项A正确；
B．当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，则随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，选项B错误；
C．打击结束后，树干做阻尼振动，阻尼振动的频率为树干的固有频率，所以粗细不同的树干频率不同，选项C错误；
D．树干在振动器的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，选项D正确。
故选AD。
2. （2021·江苏卷）如图所示，半径为R的圆盘边缘有一钉子B，在水平光线下，圆盘的转轴A和钉子B在右侧墙壁上形成影子O和P，以O为原点在竖直方向上建立x坐标系。时从图示位置沿逆时针方向匀速转动圆盘，角速度为，则P做简谐运动的表达式为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【解析】由图可知，影子P做简谐运动的振幅为，以向上为正方向，设P的振动方程为
由图可知，当时，P的位移为，所用时间为
代入振动方程解得
则P做简谐运动的表达式为
故B正确，ACD错误。
故选B。
3.（2021·天津·高考真题）一列沿x轴正方向传播的简谐横波，传播速度，时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动，下列图形中哪个是时的波形（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【解析】
由图中可以看出该波的波长为，根据
可知该列波的周期为
又因为时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动，当时经历了1.5T，所以此时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴负方向运动，结合图像可知B选项正确。
故选B。
4．（2021·北京卷）一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后K质点比L质点先回到平衡位置。下列判断正确的是（ ）
A．该简谐横波沿x轴负方向传播B．此时K质点沿y轴正方向运动
C．此时K质点的速度比L质点的小D．此时K质点的加速度比L质点的小
【答案】D
【解析】
AB．由题知K质点比L质点先回到平衡位置，则K质点应向下振，再根据“上坡、下坡”法可知，该波应沿x轴正方向传播，A、B错误；
C．由AB选项可知K质点应向下振，而L质点在波谷处，则L质点的速度为0，故此时K质点的速度比L质点的大，C错误；
D．由于质点在竖直方向做机械振动，根据
F = - ky
F = ma
结合波图像可看出
yL > yK
则，此时K质点的加速度比L质点的小，D正确。
故选D。
5．（2021·浙江卷）将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳，它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端，同时用相同频率和振幅上下持续振动，产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同，分别得到了如图甲和乙所示的波形。下列说法正确的是（ ）
A．甲图中两手开始振动时的方向并不相同
B．甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置
C．乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形
D．乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形
【答案】C
【解析】
AB．甲图中两手开始振动时的方向相同，则甲图中分叉点是振动加强的位置，所以AB错误；
CD．乙图中两手开始振动时的方向恰好相反，则乙图中分叉点是振动减弱的位置，则在分叉点的右侧终见不到明显的波形，所以C正确；D错误；
故选C。
6．（2021·浙江卷）两列频率、振幅均相同的简谐波Ⅰ和Ⅱ分别从绳子的两端持续相向传播，在相遇区域发生了干涉，在相距0.48m的A、B间用频闪相机连续拍摄，依次获得1、2、3、4、5五个波形，如图所示，且1和5是同一振动周期内绳上各点位移都达到最大值时拍摄的波形。已知频闪时间间隔为0.12s，下列说法正确的是（ ）
A．简谐波Ⅰ和Ⅱ的波长均为0.24mB．简谐波Ⅰ和Ⅱ的周期均为0.48s
C．绳上各点均做振幅相同的简谐运动D．两波源到A点和C点的路程差之差的绝对值是0.48m
【答案】D
【解析】
A．简谐波Ⅰ和Ⅱ的波长均为0.48m，选项A错误；
B．从波形1到波形5经历的时间为，则
可得简谐波Ⅰ和Ⅱ的周期均为
T=0.96s
选项B错误；
C．绳上各点中加强点和减弱点振幅不相同，选项C错误；
D．AC两点均为振动减弱点，则两波源到两点的距离只差分别为和，则 两波源到A点和C点的路程差之差的绝对值是
选项D正确。
故选D。
7．（2021·湖北卷）一列简谐横波沿 x轴传播，在t=0时刻和t=1 s时刻的波形分别如图中实线和虚线所示。已知x=0处的质点在0~1 s内运动的路程为4.5 cm。下列说法正确的是（ ）
A．波沿x轴正方向传播
B．波源振动周期为1.1 s
C．波的传播速度大小为13 m/s
D．t=1 s时，x=6 m处的质点沿y轴负方向运动
【答案】AC
【解析】
本题考查机械波的形成与传播
【详解】
A．由题意，x =0处的质点在0~1 s的时间内通过的路程为4.5 cm，则结合图可知t =0时刻x =0处的质点沿y轴的负方向运动，则由质点的振动和波的传播方向关系可知，该波的传播方向沿x轴的正方向，故A正确；
BC．由题意可知，t=1s为，解得
由图可知
则
故C正确，B错误；
D．由同侧法可知t=1 s时，x=6 m处的质点沿y轴正方向运动，故D错误。
故选AC。
8．（2021·宁夏高三二模）如图所示，实线是一列简谐横波在时刻的波形图，虚线是在时刻的波形图，M是介质中的一个质点，时刻该质点在平衡位置已知波速为，在到的时间内，质点M通过的路程为，则下列说法正确的是（ ）
A．时刻质点M向下振动
B．质点M的振动周期为
C．该简谐波沿x轴正向传播
D．时刻到时刻经过的时间为
E.时刻的波形图与时刻的波形图重合
【答案】BCD
【解析】A．由图像知，振幅，在到的时间内，M通过的路程为，即经过了5个振幅，所以时刻M点向上振动，A错误；C．根据质点振动方向与波传播方向的关系可知，波的传播方向为沿x轴正向传播，C正确；B．设波的传播周期为T，由波速，解得，质点振动周期与波传播周期相同。B正确；D．时刻到时刻经过的时间，D正确；E．从时刻开始。至少要经过，波形图才与时刻的波形图重合，E错误。故选BCD。
9．（2021·湖南衡阳市高三一模）有一列沿轴传播的简谐横波，在某一时刻它的波形图如图甲所示，和是这列简谐横波上的两个质点，从该时刻起某同学记录下了质点在一段时间内的振动图像，如图乙所示。则下列说法正确的是（ ）
A．该列简谐横波正以的速度沿轴负方向传播
B．图甲所示时刻和两质点的速度都为零
C．时质点距离平衡位置最远，其加速度最大，且沿轴正方向
D．在内质点向左移动了
E.该波在传播过程中若遇到直径的圆形障碍物，能发生明显衍射现象
【答案】ACE
【解析】A．由图可知，波长λ=8m，周期T=8s，则该列简谐横波的波速，由振动图像可知，t=0时刻，质点N向上振动，可知波沿轴负方向传播，选项A正确；B．图甲所示时刻和两质点均在平衡位置，则速度都是最大，选项B错误；C．时质点运动到最低点，则距离平衡位置最远，其加速度最大，且沿轴正方向，选项C正确；D．质点只能在自己平衡位置附近上下振动，而不左右移动，选项D错误； E．因波长为8m，则该波在传播过程中若遇到直径的圆形障碍物，能发生明显衍射现象，选项E正确。故选ACE。
10．（2021·天津高三模拟）一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时的波形图为图中实线，此时波刚好传到c点，经过0.6s波刚好传到e点，波形图为图中虚线，a、b、c、d、e是不同位置的质点，下列说法正确的是（ ）
A．当t＝0.5s时质点a运动到波谷位置
B．在0～0.6s时间内质点c沿x轴正方向移动了3m
C．在0～0.6s时间内质点d通过的路程为20cm
D．这列简谐横波遇到尺寸为3m的障碍物，能够发生明显的衍射现象
【答案】CD
【解析】A．根据题意知波速为
周期
角速度
质点a的初相为，振动方程
当t=0.5s时质点a的位移
质点a不会运动波谷位置，故A错误；B．质点cc在这段时间内只是沿振动的方向振动，没有沿x轴正方向移动。故B错误；C．由图可知，质点d在0.6s内先向上运动到达最高点后又返回平衡位置，在这段时间内通过的路程是2倍的振幅为20cm，故C正确；D．波长为4m大于障碍物的尺寸3m，能够发生明显的衍射现象，故D正确。故选CD。
11．（2021·湖南怀化市高三一模）一列简谐横波沿x轴正方向传播，在处的质点的振动图线如图甲所示，在处的质点的振动图线如图乙所示，以下说法正确的是（ ）
A．该波的周期为12s
B．该波的传播速度可能为2m/s
C．从时开始计时，处的质点做简谐运动的表达式为
D．在0~4s内处的质点通过的路程等于处的质点通过的路程
E.该波在传播过程中若遇到4.8m的障碍物，可能发生明显衍射现象
【答案】ABE
【解析】A．由图像可知，该简谐横波的周期为，所以A正确；
B．由题意可知（）
化简可得该波的波长为（）
由公式
可得该波的波速为（）
当时，，所以B正确；
C．由图甲可得，从时开始计时，处的质点做简谐运动的表达式为
，其中，得，所以C错误；
D．由图乙可得，从时开始计时，处的质点做简谐运动的表达式为，
当时，
所以两质点4s内通过的路程分别为
即，所以D错误；
E．由A选项可知，该波的波长为（），当时，当波长与障碍物的尺寸差不多，或是更小时，会发生明显的衍射现象，所以E正确。故选ABE。
12．（2021·山东泰安市高三一模）一列简谐横波在时的波形图如图（a）所示，P是介质中的质点，图（b）是质点P的振动图像。已知该波在该介质中的传播速度为20，求：
（1）波长和波的传播方向；
（2）质点P的平衡位置的x坐标。
【答案】（1），沿x轴负方向传播；（2）
【解析】(1)由图像可知，波的周期，
根据，
可得，
由振动图像可知，时质点P沿y轴负方向运动，所以该波沿x轴负方向传播。
(2)处的质点，从平衡位置到处经历的时间，则由振动方程，
可得，
所以P的平衡位置坐标为，
代入数据解得。
定义
意义
振幅
振动质点离开平衡位置的最大距离
描述振动的强弱和能量
周期
振动物体完成一次全振动所需时间
描述振动的快慢，两者互为倒数：T＝eq \f(1,f)
频率
振动物体单位时间内完成全振动的次数
相位
ωt＋φ
描述质点在各个时刻所处的不同状态