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    2025届高考物理二轮总复习专题分层突破练12振动与波

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    2025届高考物理二轮总复习专题分层突破练12振动与波

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    这是一份2025届高考物理二轮总复习专题分层突破练12振动与波,共10页。试卷主要包含了1 s时速度为0等内容,欢迎下载使用。
    基础巩固
    1.(2024湖北武汉一模)“喷水鱼洗”是我国珍贵的古代文物,具有很高的科学价值、历史价值和艺术价值。鱼洗是在先秦时期普遍使用的一种金属制盥洗用具。“喷水鱼洗”大约出现在唐代。“喷水鱼洗”的大小像一个洗脸盆,底部是扁平的,盆沿左右各有一个把柄,称为双耳。“喷水鱼洗”最奇妙的地方是,用双手快速且有节奏地摩擦双耳,盆内水波荡漾;摩擦得法,可喷出水柱。下列说法正确的是( )
    A.该现象是波的衍射形成的
    B.“喷水鱼洗”中的水位越低,振动越明显,喷出的水柱越高
    C.“喷水鱼洗”做受迫振动,当摩擦力引起的振动频率和“喷水鱼洗”振动的频率相等或十分接近时,“喷水鱼洗”产生了共振而使水剧烈振荡
    D.“喷水鱼洗”中的水做受迫振动,当摩擦力引起的振动频率和水波振动的频率相等或十分接近时,水产生了共振而剧烈振荡
    答案 C
    解析 “喷水鱼洗”做受迫振动,当摩擦力引起的振动频率和“喷水鱼洗”振动的频率相等或十分接近时,“喷水鱼洗”产生了共振而使水剧烈振荡,“喷水鱼洗”中的水位越低,则水与“喷水鱼洗”接触部分越少,水的振动越不明显,则越不容易喷出水柱,A、B、D错误,C正确。
    2.(2024福建卷)某简谐运动的y-t图像如图所示,则以下说法正确的是( )
    A.振幅为2 cm
    B.频率为2.5 Hz
    C.0.1 s时速度为0
    D.0.2 s时加速度方向竖直向下
    答案 B
    解析 由题图可知,该简谐运动的振幅是1cm,周期是0.4s,所以频率是f==2.5Hz,选项A错误,B正确。y-t图像的斜率大小表示速度大小,0.1s时速度方向竖直向下,大小不为0,选项C错误。简谐运动的加速度方向与位移方向相反,故0.2s时加速度方向竖直向上,选项D错误。
    3.(2024浙江温州三模)蜻蜓在水面上“点水”激起一圈圈波纹,如图所示。水面上有一开有两小孔A、B的挡板,A、B离波源S的距离分别为30 cm、40 cm,AB间距为50 cm,O为AB中点,AB中垂线上的C点,距O点100 cm。波源在水面处振动形成的水波视为简谐横波,t=0时,波源自平衡位置起振。已知波速为20 cm/s,小孔A处质点第一次处于波谷时,小孔B处质点刚好第一次处于波峰,下列说法正确的是( )
    A.波源S起振方向向下
    B.t=4 s时,A、B两处质点振动方向相反
    C.OC线段的中点为加强点
    D.若蜻蜓点水的频率增大,则波速增大
    答案 B
    解析 A、B离波源S的距离分别为30cm、40cm,A离波源S较近,则A先振动,小孔A处质点第一次处于波谷时,小孔B处质点刚好第一次处于波峰,可知波源S起振方向向上,且A、B两处质点振动方向总相反,故t=4s时,A、B两处质点振动方向相反,OC线段的中点到A、B两点距离相等,则该点为减弱点,A、C错误,B正确;波速只与介质有关,若蜻蜓点水的频率增大,波速不变,D错误。
    4.(多选)(2024新课标卷)位于坐标原点O的波源在t=0时开始振动,振动图像如图所示,所形成的简谐横波沿x轴正方向传播。平衡位置在x=3.5 m处的质点P开始振动时,波源恰好第2次处于波谷位置,则( )
    A.波的周期是0.1 s
    B.波的振幅是0.2 m
    C.波的传播速度是10 m/s
    D.平衡位置在x=4.5 m处的质点Q开始振动时,质点P处于波峰位置
    答案 BC
    解析 本题考查简谐运动、简谐波以及相应图像的理解。由题图可知,T=0.2s,A=0.2m,选项A错误,B正确。波源恰好第2次处于波谷,说明已振动了1周期,所以v=m/s=10m/s,选项C正确。波从P点传到Q点用了t'=s,即质点P振动了半个周期,此时其处于平衡位置,选项D错误。
    5.(2023浙江6月选考)如图所示,置于管口T前的声源发出一列单一频率声波,分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O。先调节A、B两管等长,O处探测到声波强度为400个单位,然后将A管拉长d=15 cm,在O处第一次探测到声波强度最小,其强度为100个单位。已知声波强度与声波振幅二次方成正比,不计声波在管道中传播的能量损失,则( )
    A.声波的波长λ=15 cm
    B.声波的波长λ=30 cm
    C.两声波的振幅之比为3∶1
    D.两声波的振幅之比为2∶1
    答案 C
    解析 假设沿A管传播的声波的振幅为AA,沿B管传播的声波的振幅为AB,根据题意,解得,选项C正确,D错误;把A管拉长d,在O处第一次探测到声波强度最小,故2d=λ,解得λ=60cm,选项A、B错误。
    6.(2024河北模拟预测)鱼漂是垂钓时反映鱼儿咬钩讯息的工具。如图甲所示,当鱼漂静止时,P点恰好在水面处。将鱼漂缓慢向下压,松手后,鱼漂在竖直方向上做简谐运动,其振动图像如图乙所示,取竖直向上为位移的正方向,则( )
    A.在t=0.3 s时刻,鱼漂的速度方向竖直向下
    B.在t=0.3 s时刻,鱼漂的加速度方向竖直向上
    C.鱼漂的振动频率为1.25 Hz
    D.鱼漂在振动的过程中,存在速度和加速度均减小的时间段
    答案 C
    解析 由图乙可知在t=0.3s时刻,鱼漂的速度方向竖直向上,此时鱼漂的位移竖直向上,则鱼漂的加速度方向竖直向下,A、B错误。鱼漂的振动频率为f=Hz=1.25Hz,C正确。鱼漂离平衡位置越远,速度越小,位移越大,加速度越大;鱼漂离平衡位置越近,速度越大,位移越小,加速度越小;则鱼漂在振动的过程中,不存在速度和加速度均减小的时间段,D错误。
    7.(2024山东聊城二模)甲、乙两列机械波在同一种介质中沿x轴相向传播,甲波波源位于O点,乙波波源位于x=8 m处,两波源均沿y轴方向振动。t=0时刻,甲波的波形图如图1所示,此时乙波波源开始振动,其振动图像如图2所示。已知乙波的传播速度v乙=2.0 m/s,质点P的平衡位置处于x=5 m处。若两波源一直振动,则下列说法正确的是( )
    A.甲波的周期为2 s
    B.t=2.0 s时,质点P开始振动
    C.t=3.0 s时,质点P处于平衡位置且向y轴负方向振动
    D.在0~3.5 s时间内质点P运动的路程为42 cm
    答案 C
    解析 两列波传播速度大小相等,由图1可知,甲波的波长为2m,所以周期为T=s=1s,A错误;当乙波传播到质点P时,质点P开始振动,则t=s=1.5s,B错误;t=3s时,若只有乙波,质点P经过平衡位置,且向下振动,若只有甲波,质点P也是经过平衡位置向下振动,所以t=3s时,质点P处于平衡位置且向y轴负方向振动,C正确;由于两波源振动步调相反,质点P到两波源的波程差等于1m,即半波长,所以质点P的平衡位置为振动加强点,其振幅为7m,所以在0~3.5s时间内,质点P的路程为s=2A乙+6(A甲+A乙)=48cm,D错误。
    8.(10分)(2024广东惠州一模)发生地震时,我国地震局能记录地震过程中的振动图像和波的图像,图甲为传播方向上距离震源2 km的质点P的振动图像,图乙为地震发生后,质点P振动1.0 s时的地震简谐横波图像,假设地震简谐横波传播的速度大小不变,求:
    (1)该地震简谐横波的传播方向和t=1.0 s时质点P的振动方向;
    (2)该地震简谐横波传播的速度大小;
    (3)质点P振动30 s后,该地震简谐横波能到达的最远位置与震源之间的距离。
    答案 (1)沿x轴正方向,沿y轴正方向
    (2)4×103 m/s (3)1.22×105 m
    解析 (1)由振动图像和波的图像可知,该地震简谐横波的传播方向沿x轴正方向。t=1.0s时,质点P沿y轴正方向振动。
    (2)由振动图像和波的图像可知波长λ=4km,周期T=1.0s,有
    v=
    解得v=4×103m/s。
    (3)质点P振动30s后,波沿x轴正方向传播的距离为
    Δx=vt
    又dmax=Δx+x0
    解得dmax=1.22×105m。
    综合提升
    9.(2024湖南卷)如图所示,健身者在公园以每分钟60次的频率上下抖动长绳的一端,长绳自右向左呈现波浪状起伏,可近似为单向传播的简谐横波。长绳上A、B两点平衡位置相距6 m,t0时刻A点位于波谷,B点位于波峰,两者之间还有一个波谷。下列说法正确的是( )
    A.波长为3 m
    B.波速为12 m/s
    C.t0+0.25 s时刻,B点速度为0
    D.t0+0.50 s时刻,A点速度为0
    答案 D
    解析 本题考查波长、频率和波速的关系,波的图像理解。由图可知xAB=λ=6m,得λ=4m,故A错误;波源的振动频率为f=Hz=1Hz,所以波速为v=λf=4m/s,故B错误;振动周期为T=1s,0.25s=,故B点在t0+0.25s时运动到平衡位置,位移为0,速度最大,故C错误;0.5s=,故A点在t0+0.5s时运动到波峰,位移最大,速度为0,故D正确。
    10.(多选)(2024山东济南一模)如图所示,某均匀介质中有两个点波源S1(-3,0,0)和S2(3,0,0),它们沿垂直纸面z方向振动,以垂直纸面向外为正方向。其中S1的振动方程为z1=0.1sin (t+) m;S2的振动方程为z2=0.1sin m。已知波速为20 m/s,图中所有介质均已振动,则下列说法正确的是( )
    A.两列波可以发生干涉
    B.t=0时,P(0,6,0)处质点的位移为0
    C.t=0时,Q(-3,6,0)处质点的位移为0.2 m
    D.t=0时,波源S1和S2的加速度相同
    答案 AB
    解析 两列波的频率均为f=Hz,两列波的相位差为π,且都在z方向上振动,则两列波可以发生干涉,A正确;两波源产生的波相位差为π,而P点到两波源的距离之差为零,则P点为振动减弱点,振幅为零,则t=0时,P(0,6,0)处质点的位移为0,B正确;波长λ==12m,因lQS1=6m=λ,则t=0时,由S1在Q点引起的位移为s1=-0.1sinm=-m,lQS2=m=12m=λ,则t=0时,由S2在Q点引起的位移为s2=0.1sinm=-m,则t=0时,Q(-3,6,0)处质点的位移为-m,C错误;t=0时,波源S1和S2的位移相同,根据a=-可知加速度不一定相同,D错误。
    11.(多选)(2024河北二模)如图所示,池塘分为A、B、C三个区域,浅水区A、C两部分水深相同,深水区B中水波波长是浅水区中水波波长的2倍,浅水区水深40 cm。O、N分别处于深浅两部分水面分界线上,xOM=xNP,xON=3 m,t=0时刻O处水波从平衡位置开始向上振动,t=2.5 s时O处水波第二次达到波峰,此时M处水波第一次达到波谷,设水波在三个区域的振幅均为A=6 cm,水波的速度v与水的深度h间的关系满足v=,式中重力加速度g取10 m/s2,下列说法正确的是( )
    A.深水区水深80 cm
    B.O、M间距离为2 m
    C.t=1.25 s时P处水开始振动
    D.t=2.5 s时N处水振动的路程为(24-3) cm
    答案 BD
    解析 由λ=vT=T∝可知,波长为2倍关系,则h为4倍关系,即深水区水深为160cm,A错误;根据vA=vC==2m/s,vB==4m/s,t=2.5s时O处水波第二次达到波峰可知T=2.5s,解得T=2s,O、M间距离xOM=vA=2m,B正确;水波传到N点所需时间tB=s=0.75s,t=2.5s时N处水振动了Δt=t-tB=2.5s-0.75s=1.75s=T,此时N处水振动的路程为s=4A-Asin=(24-3)cm,D正确;水波传到P点所需时间为t=,代入数据得t=1.75s,C错误。
    12.(多选)(2024山东济宁一模)位于x=-3 cm和x=13 cm处的两波源都只做了一次全振动,形成两列分别沿x轴正方向和负方向传播的简谐横波,振幅均为A=5 cm,t=0时刻的波形图如图甲所示,此时波刚好传到M、N两点,M、P、Q、N在x轴上的坐标分别为1 cm、3 cm、5 cm、9 cm,平衡位置在M处的质点振动图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
    A.t=2 s时,平衡位置在M处的质点刚好运动到P点
    B.t=5 s时,平衡位置在Q处的质点的位移为-10 cm
    C.P处质点振动过程中的最大位移大小为5 cm
    D.平衡位置坐标为x=4 cm的质点在振动过程中通过的总路程为10 cm
    答案 BC
    解析 根据图甲可知两列波的波长均为λ=4cm,根据图乙可知周期为T=4s,则波速为v==0.01m/s,则t1=2s时,左边的波向右传播的距离为x1=vt=2cm,即沿x轴正方向传播的波刚好传到P点,但M处质点只能在平衡位置附近上下振动,质点不能随波迁移,A错误;两列波的波源到Q点的距离为4cm,则波源传到Q点需要的时间为Δt=s=4s=T,因时间为t2=5s=T+,剩下的时间Q处质点同时向下起振,到达波谷,则Q处的质点的位移为两个振幅的长度,即为-10cm,B正确;根据题意可知,当沿x轴正方向传播的波刚离开P点时,沿x轴负方向传播的波刚好传到P点,以后P点只参与沿x轴负向传播的波引起的振动,故P处质点最大位移为振幅值,即5cm,C正确;沿x轴正方向传播的波先传到x=4cm的位置,振动半个周期后,即通过路程为10cm后,沿x轴负方向的波传到x=4cm的位置,此时两列波在该点叠加位移为零,然后沿x轴负方向的波在该处质点振动半个周期,路程为10cm,则在振动过程中该处质点通过的总路程为20cm,D错误。
    13.(12分)均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上,坐标分别为0和xB=16 cm。某简谐横波沿x轴正方向传播,波速为v=20 cm/s,波长大于20 cm,振幅为y0=1 cm,且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同,运动方向相反,此后每隔Δt=0.6 s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻(t1>0),质点A位于波峰。求:
    (1)从t1时刻开始,质点B最少要经过多长时间位于波峰;
    (2)t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。
    答案 (1)0.8 s
    (2)-0.5 cm
    解析 (1)由题意,若Δt表示一个周期,则波长为0.6×20cm=12cm

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