2021年高考一轮复习考点集训 物理(湖南省专用)专题十六　机械振动与机械波（含答案）

专题十六　机械振动与机械波

【考情点睛】

【基础训练】

考点一　机械振动

1.关于简谐运动,下列说法正确的是(　　)

A.在平衡位置所受的合外力一定为零

B.在平衡位置时势能一定为零

C.单摆的回复力是重力和悬线拉力的合力

D.振幅与最大位移不相同

答案　D

2.(多选)如图甲所示,水平的光滑杆上有一弹簧振子,振子以O点为平衡位置,在a、b两点之间做简谐运动,以向右为位移正方向,其振动图像如图乙所示。由振动图像可以得知(　　)

A.振子的振动周期等于2t1

B.在t=0时刻,振子的位置在a点

C.在t=t1时刻,振子的速度为零

D.在t=t1时刻,振子的速度最大

E.从t1到t2,振子正从O点向b点运动

答案　ADE

3.(多选)某振动系统的固有频率为f0,在周期性驱动力的作用下做受迫振动,驱动力的频率为f,若驱动力的振幅保持不变,下列说法正确的是(　　)

A.当f<f0时,该振动系统的振幅随f增大而减小

B.当f>f0时,该振动系统的振幅随f减小而增大

C.该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于f0

D.该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于f

答案　BD

4.(多选)如图所示为同一实验室中甲、乙两个单摆的振动图像,从图像可知(　　)

A.两摆球质量相等

B.两单摆的摆长相等

C.两单摆相位相差

D.在相同的时间内,两摆球通过的路程总有s甲=2s乙

答案　BC

考点二　机械波

5.(多选)关于机械振动和机械波,下列说法正确的是(　　)

A.弹簧振子做简谐运动时,若某两个时刻位移相等,则这两个时刻的加速度也一定相等

B.单摆运动到平衡位置时,速度达到最大,加速度为零

C.做受迫振动的物体,当驱动力的频率等于物体固有频率时,物体振幅最大

D.机械波传播时,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波迁移

E.在两列波的叠加区域,若质点到两列波源的距离相等,该质点的振动一定加强

答案　ACD

6.(多选)关于多普勒效应,下列说法中正确的是(　　)

A.设波源相对介质不动,观察者远离波源,则接收到机械波的频率减小

B.设波源相对介质不动,观察者靠近波源,则接收到的机械波频率增大

C.设观察者相对介质不动,波源接近观察者时,观察者接收到的频率减小

D.设观察者相对介质不动,波源远离观察者时,观察者接收到的频率增大

答案　AB

7.(多选)以下关于波的衍射的说法,正确的是(　　)

A.波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象

B.当障碍物的尺寸比波长大得多时,会发生明显的衍射现象

C.当孔的大小比波长小时,会发生明显的衍射现象

D.通常讲话产生的声波,经过尺寸为1 m左右的障碍物时会发生明显的衍射现象

答案　CD

8.(多选)如图,A、B为振幅相同的相干波源,且向外传播过程中振幅衰减不计,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,则下列叙述正确的是(　　)

A.Q点始终处于波峰位置

B.R、S两点始终处于静止状态

C.P、Q连线上各点振动始终最强

D.P点在图中所示的时刻处于波谷,再过周期处于平衡位置

E.如果A、B两波源频率不同,也能产生类似的稳定的干涉现象

答案　BCD

9.如图中实线是一列简谐横波在t1=0时刻的波形,虚线是这列波在t2=0.5 s时刻的波形。

(1)写出这列波的波速表达式;

(2)若波速大小为74 m/s,波速方向如何?

答案　(1)由题图图像可知λ=8 m

当波向右传播时,波传播距离为

s=nλ+λ=(8n+3) m　(n=0,1,2…)

波速v== m/s=(16n+6) m/s　(n=0,1,2…)

当波向左传播时,波传播距离为

s'=nλ+λ=(8n+5) m　(n=0,1,2…)

波速为v'== m/s

=(16n+10) m/s　(n=0,1,2…)

(2)若波速大小为74 m/s,在Δt=t2-t1时间内波传播的距离为s=v·Δt=74×0.5 m=37 m

因为37 m=4λ+λ,所以波向左传播。

【综合训练】

拓展一　简谐运动的理解与应用

1.[2018雅礼中学月考八,34(1),5分](多选)如图甲所示为以O点为平衡位置、在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子,图乙为这个弹簧振子的振动图像,由图可知下列说法中正确的是(　　)

A.在t=0.2 s时,弹簧振子的加速度为正向最大

B.在t=0.1 s与t=0.3 s两个时刻,弹簧振子在同一位置

C.从t=0到t=0.2 s时间内,弹簧振子做加速度增大的减速运动

D.在t=0.6 s时,弹簧振子有最小的弹性势能

E.在t=0.2 s与t=0.6 s两个时刻,振子速度都为零

答案　BCE

2.[2019长郡中学等四校联考,34(1),5分](多选)如图1所示为一单摆在驱动力作用下摆动,若以摆球经过最低点开始计时,向右为正方向。图2为单摆在不同频率f驱动下摆球的振幅A的图像。重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是(　　)

图1

图2

A.摆球共振时的振动方程为x=0.08 sin πt(m)

B.单摆的摆长约为1 m

C.摆球的摆长增大,共振曲线的最大值将向右移

D.摆球共振时,摆球的最大速度约为0.25 m/s

E.驱动力的频率增大,单摆的振幅增大

答案　ABD

拓展二　机械波的理解与应用

3.[2018湖南十四校联考一,19(1),5分](多选)两列简谐波的振幅都是20 cm,传播速度大小相同,实线波的频率为2 Hz,沿x轴正方向传播,虚线波沿x轴负方向传播,某时刻两列波在如图所示区域相遇,则(　　)

A.虚线波的频率为 Hz

B.平衡位置为x=6 cm的质点始终是振动加强点

C.平衡位置为x=6 cm的质点此刻速度方向向上

D.从图示时刻起再经过0.25 s,平衡位置为x=4 cm处的质点的位移y=0

E.随着波的传播,在相遇区域会出现某质点的振动位移达到y=40 cm

答案　CDE

4.[2018雅礼中学、河南实验中学联考,34(1),5分](多选)如图,一列简谐横波沿x轴方向传播。实线为t=0时的波形图,此时x=4 m的质点M速度方向沿y轴正方向,虚线为t=0.6 s时的波形图。关于该简谐波,下列说法正确的是(　　)

A.这列波的波长是10 m

B.这列波沿着x轴正方向传播

C.该简谐波的最小频率为1.25 Hz

D.该简谐波的最小传播速度为10 m/s

E.t=0.8 s时,质点M可能会到达x=0的位置

答案　BCD

5.[2019湖南师大附中模拟三,34(1),5分](多选)如图甲所示,B、C和P是同一水平面内的三个点,沿竖直方向振动的横波Ⅰ在介质中沿BP方向传播,P与B相距40 cm,B点的振动图像如图乙所示;沿竖直方向振动的横波Ⅱ在同一介质中沿CP方向传播,P与C相距50 cm,C点的振动图像如图丙所示。在t=0时刻,两列波同时分别经过B、C两点,两列波的波速都为20 cm/s,两列波在P点相遇,则以下说法正确的是(　　)

甲

乙

丙

A.两列波的波长均为20 cm

B.P点的振幅为10 cm

C.4.5 s时P点在平衡位置且向下振动

D.这两列波遇到40 cm的障碍物将发生明显衍射现象

E.P点为振动加强的点,且振幅为70 cm

答案　ACE

拓展三　振动图像和波动图像的比较

6.[2018湖南三湘名校联考三,34(1),5分](多选)一列沿x轴传播的横波在t=0.05 s时刻的波形图如图甲所示,P、Q为两质点,质点P的振动图像如图乙所示,下列说法中正确的是(　　)

A.该波的波速为20 m/s

B.该波沿x轴负方向传播

C.t=0.1 s时刻质点Q的运动方向沿y轴正方向

D.t=0.2 s时刻质点Q的速度大于质点P的速度

E.t=0.3 s时刻质点Q距平衡位置的距离大于质点P距平衡位置的距离

答案　ACD

7.[2019岳阳一中模拟二,34(1),6分](多选)如图甲所示为一列沿水平方向传播的简谐横波在时刻t的波形图,如图乙所示为质点b从时刻t开始计时的振动图像,则下列说法中正确的是(　　)

A.该简谐横波沿x轴正方向传播

B.该简谐横波波速为0.4 m/s

C.再经过12.5 s质点a通过的路程为0.5 m

D.再经过12.5 s质点a通过的路程为10 cm

E.当该波传播中遇到尺寸为3 m的障碍物,能发生明显的衍射现象

答案　ABE

【专题训练】

小专题一　判断波的传播方向和质点的振动方向的方法

　[2019长郡中学等四校5月联考,34(1),6分](多选)一列波沿x轴传播,某一时刻的波形如图所示。质点A与坐标原点O的水平距离为0.6 m,波长λ=1.6 m,此时质点A沿y轴正方向振动,经过0.1 s第一次到达波峰处,则下列说法中正确的是(　　)

A.这列波沿x轴正方向传播

B.这列波的周期T=0.8 s

C.波速v=14 m/s

D.从图示时刻开始,质点A经过Δt=1.6 s运动的路程为0.4 m

E.从图示时刻开始,质点A经过Δt'=0.5 s第一次到达波谷

答案　ABE

小专题二　利用波传播的周期性、双向性解题

1.[2019湖南师大附中考前演练六,34(1),5分](多选)如图所示,一列简谐横波沿x轴的负方向传播,振幅为4 cm,周期为T。已知在t=0时刻平衡位置相距40 cm的两质点a、b的位移都是2 cm,但运动方向相反,其中质点a沿y轴正方向运动,下列说法正确的是(　　)

A.该列简谐横波的波长可能为120 cm

B.该列简谐横波的波长可能为3 cm

C.质点a的振动周期是1.2 s

D.当质点a的位移为+4 cm时,质点b的位移为0

E.在t=时刻质点b的位移是-4 cm

答案　ABE

2.(2019永州模拟三,15,5分)一列简谐横波沿x轴传播,t=1 s时与t=1.5 s时在x轴上-3 m~3 m区间内的波形,为同一条图线,如图所示,则该波的最小传播速度为　　　m/s;在t=2 s时,原点处的质点偏离平衡位置的位移为　　　cm。 

答案　8　-10

3.[2018长郡中学考试三,34(1),5分]如图,虚线和实线分别表示在同一绳上传播的甲、乙两列简谐横波某时刻的波形图,波速均为v=4 m/s,则绳上位于x=0.2 m处的质点M的振动是　　　的(选填“加强”、“减弱”)。从图示时刻开始,再经过　　　s,M将位于波峰。 

答案　加强　0.025(4k+3),k=0,1,2,…