新高考物理二轮复习过关练习第3部分 考前特训 热点15　机械振动　机械波 (含解析)

热点15　机械振动　机械波

1.(2022·江苏省模拟)如图所示，木块在水中沿竖直方向做简谐运动，运动过程中相对平衡位置的位移x、运动的速度v随时间t变化的关系和木块受到的合力F、动能Ek随相对平衡位置的位移x变化的关系图像可能正确的是(　　)

答案　B

解析　因为木块在水中沿竖直方向做简谐运动，故运动的速度v和相对平衡位置的位移x随时间t变化的关系图像都应该是正弦函数的波形，A错误，B正确；设木块底面积为S，根据简谐运动的规律可知，浮力与重力平衡时木块所处位置为平衡位置，则有F＝－ρ水Sxg，则运动过程木块受到的合力F与x的图线应该过二、四象限，C错误；Ek－x图线斜率表示合外力F，F随x变化，则Ek－x图线不是直线，D错误．

2.(2022·浙江嘉兴市二模)如图所示，两块平行金属板M、N通过导线、开关与电源相接，其中N板接地．板间用绝缘细线悬挂一带负电的小球．闭合开关S，把细线拉开一小角度(小于10°)后，自A点静止释放小球，小球摆动经过最低点B.则(　　)

A．小球在A点的电势能大于在B点的电势能

B．只将M板向下移动时B点电势保持不变

C．只断开开关则小球将停止摆动

D．只把电源正负极对调则小球摆动周期变小

答案　D

解析　M板与电源正极相连，两板间电场方向由M板指向N板，故A点电势比B点电势高，小球带负电，则小球在A点的电势能小于在B点的电势能，A错误；只将M板向下移动时，则根据E＝可知，电场强度变大，根据UBM＝φB－φM＝－EdBM，可知B点电势减小，B错误；只断开开关，两板所带电荷量保持不变，电场强度保持不变，受力保持不变，仍然做单摆运动，C错误；只把电源正负极对调，静电力由竖直向上变为竖直向下，等效重力场的等效重力加速度变大，由小球摆动的周期表达式为T＝2π，知周期变小，D正确．

3.(2022·江苏省模拟)战绳训练被称为身体训练的“综合训练神器”，如图所示，训练者跨步蹲，双手各正握同一材质的两绳一端，在竖直方向上下甩动，在绳子上交替做出不同的波动，其运动状态可视为简谐运动．由于初练者双手肌肉力量不一致，左手每秒抖动3下，右手每秒抖动4下，则在左、右两绳上传播的波(　　)

A．周期之比为3∶4    B．速度之比为4∶3

C．波长之比为4∶3    D．振幅之比为3∶4

答案　C

解析　左手每秒抖动3下，右手每秒抖动4下，左、右手的频率之比为3∶4，则左、右绳传播的波周期之比为4∶3，故A错误；因为两绳是同一材质，由波的传播速度由介质决定，可知左、右绳的波速之比为1∶1，故B错误；由λ＝vT，可知左、右绳的波长之比为4∶3，故C正确；由于未知左、右手甩动的幅度，无法判断两振幅之比，故D错误．

4．(2022·辽宁卷·3)一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，关于质点P的说法正确的是(　　)

A．该时刻速度沿y轴正方向

B．该时刻加速度沿y轴正方向

C．此后周期内通过的路程为A

D．此后周期内沿x轴正方向迁移为λ

答案　A

解析　波沿x轴正方向传播，由“同侧法”可知，该时刻质点P的速度沿y轴正方向，加速度沿y轴负方向，选项A正确，B错误；在该时刻质点P不在特殊位置，则在周期内的路程不一定等于A，选项C错误；质点只能在平衡位置附近振动，而不随波迁移，选项D错误．

5．(2022·辽宁锦州市一模)一列简谐横波在t＝ s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．则(　　)

A．波速为9 cm/s

B．波沿x轴正方向传播

C．质点Q的平衡位置的坐标为9 cm

D．质点P的平衡位置的坐标为2 cm

答案　C

解析　由题图(b)可知波的周期为2 s，由题图(a)可知，波长为36 cm，则波速v＝＝18 cm/s，故A错误；由题图(b)可知t＝ s时，质点Q向上振动，根据同侧法可知，波沿x轴负方向传播，故B错误；设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ.由题图(a)知，x＝0处，y＝－＝Asin(－30°)，因此xP＝λ＝3 cm，由题图(b)知，在t＝0时，Q点处于平衡位置，经Δt＝ s，质点Q运动到题图(a)所示位置，则xQ－xP＝vΔt＝6 cm，则质点Q的平衡位置的x坐标为xQ＝9 cm，故C正确，D错误．

6．(多选)(2022·山东日照市一模)一列沿x轴传播的简谐横波，t＝3 s时的波形如图甲所示，平衡位置为x＝3 m处质点的振动图像如图乙所示，则波速可能是(　　)

A.1 m/s   B. m/s

C. m/s   D. m/s

答案　AB

解析　在t＝3 s时，由平衡位置为x＝3 m处质点的振动图像可知，波的周期为T＝6 s，质点在t＝3 s时从平衡位置向下振动，若波沿x轴正方向传播，则x＝3 m处质点可能处在(n＋)λ处，则有(n＋)λ＝3 m(n＝0,1,2,3，…)，解得λ＝ m(n＝0,1,2,3，…)，则波速可能是v＝＝ m/s＝ m/s(n＝0,1,2,3，…)，当n＝0时v＝1 m/s，当n＝1时v＝ m/s，当n＝2时v＝ m/s；若波沿x轴负方向传播，则x＝3 m处质点可能处在nλ处，则有nλ＝3 m(n＝1,2,3，…)，解得λ＝ m(n＝1,2,3，…)，则波速可能是v＝＝ m/s＝ m/s(n＝1,2,3，…)，当n＝1时v＝ m/s，当n＝2时v＝ m/s，因此由题意可知，A、B正确，C、D错误．

7．(多选)两列简谐横波在同一种介质中沿x轴传播，其中实线波向x轴正方向传播，虚线波向x轴负方向传播，t＝0时波形图如图所示，此时实线波刚好传到x＝4 m处，虚线波刚好传播到x＝6 m处，已知质点a经过0.4 s恰好再次回到平衡位置，a、b是介质中的质点，下列说法正确的是(　　)

A．该实线波的周期为1.2 s

B．虚线波的波速为 m/s

C．两波相遇后，质点c振幅为20 cm

D．t＝0.35 s时质点a和质点b的位移相同

答案　ABD

解析　由题图可知，实线波上质点a的振动方程为ya＝10sin (t＋π)(cm)，质点a经过0.4 s恰好再次回到平衡位置，则有×0.4＋π＝π，解得T1＝1.2 s，故A正确；由题图知虚线波的波长与实线波的波长分别是λ2＝2 m，λ1＝4 m，实线波的波速为v1＝＝ m/s＝ m/s，同一介质中传播，二者波速相等，则虚线波的波速也为 m/s，故B正确；由于两列波波长不等，波峰(波谷)不可能同时出现在质点c处，所以质点c的振幅不可能为20 cm，故C错误；经过t＝0.35 s，虚线波向左移动距离x2＝v2t＝×0.35 m＝1 m<3 m，说明0.35 s末虚线波没有传播到质点b，由题图知实线波上质点b的振动方程为yb＝10sin (t＋π)(cm)，将t＝0.35 s代入ya和yb的方程可得ya＝yb，所以t＝0.35 s时质点a和质点b的位移相同，故D正确．