高考物理备考之百所名校组合卷系列专题12_机械振动和机械波

高考物理备考之百所名校组合卷系列专题12机械振动和机械波【试题1】如图17是内燃机排气门工作简图，凸轮运转带动摇臂，摇臂将气门压下，气缸内废气排出，之后，气门在弹簧的弹力作用下复位，凸轮、摇臂、弹簧协调动作，内燃机得以正常工作．所有型号内燃机气门弹簧用法都有一个共同的特点，就是不用一只而用两只，并且两个弹簧劲度系数不同，相差还很悬殊．关于为什么要用两只劲度系数不同的弹簧，以下说法正确的是()图17A．一只弹簧力量太小，不足以使气门复位B．一只弹簧损坏之后另一只可以继续工作，提高了机器的可靠性C．两个弹簧一起使用，可以避免共振D．两个弹簧一起使用，增加弹性势能，能够使得机器更节能【解析】外部摇臂带动内部一系列装置工作时，会对气缸产生作用．为防止出现共振现象，用两根劲度系数不同的弹簧一起工作，使外部振动频率很难与气缸本身的固有频率一致，可以避免共振发生，故选C.【答案】C【试题出处】2011·杭州一中模拟【试题2】做简谐振动的单摆摆长不变，若摆球质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置时速度减小为原来的1/2，则单摆振动的()A．频率、振幅都不变B．频率、振幅都改变C．频率不变，振幅改变D．频率改变，振幅不变【解析】由单摆周期公式T＝2πlg知周期只与l、g有关，与m和v无关，周期不变频率不变．又因为没改变质量前，设单摆最低点与最高点高度差为h，最低点速度为v，mgh＝12mv2质量改变后：4mgh′＝12·4m·v22，可知h′≠h，振幅改变，故选C.【答案】C【试题出处】2011·广西质量检测【试题3】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______(填入选项前的字母，有填错的不得分)A．当ff0时，该振动系统的振幅随f增大而减小B．当ff0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f0D．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f【解析】受迫振动的频率总等于驱动力的频率，D正确；驱动力频率越接近固有频率，受迫振动的振幅越大，B正确．故选BD.【答案】BD【试题出处】2011·山东实验中学模拟【试题4】如图18所示，一块涂有碳黑的玻璃板，质量为2kg，在拉力F的作用下，由静止开始竖直向上做匀变速运动，一个装有水平振针的振动频率为5Hz的固定电动音叉在玻璃板上画出如图18示的曲线，量得OA＝1cm，OB＝4cm，OC＝9cm.求外力F的大小．(g＝10m/s2)图18【解析】T＝0.2s，玻璃板在连续T2时间内位移依次为1cm、3cm、5cm.由Δx＝aT22得a＝2m/s2由F－mg＝ma，得F＝24N.【答案】24N【试题出处】2011·深圳中学第二次模拟【试题5】某同学设计了一个测物体质量的装置，如图19所示，其中P是光滑水平面，轻质弹簧的劲度系数为k，A是质量为M的带夹子的标准质量金属块，Q是待测物体．已知该装置的弹簧振子做简谐运动的周期为T＝2m/k，其中，m是振子的质量，k是与弹簧的劲度系数有关的常数，当只有A物体振动时，测得其振动周期为T1，将待测物体Q固定在A上后振动周期为T2，则待测物体的质量为多少？这种装置比天平优越之处是什么？图19【试题出处】2011·河北保定一中模拟【试题6】公路上匀速行驶的货车受一扰动，车上货物随车厢底板上下振动但不脱离底板．一段时间内货物在竖直方向的振动可视为简谐运动，周期为T.取竖直向上为正方向，以某时刻作为计时起点，即t＝0，其振动图象如图20所示，则()图20A．t＝14T时，货物对车厢底板的压力最大B．t＝12T时，货物对车厢底板的压力最小C．t＝34T时，货物对车厢底板的压力最大D．t＝34T时，货物对车厢底板的压力最小【解析】物体对车厢底板的压力与物体受到的支持力大小相等．当物体的加速度向上时，支持力大于重力；当物体的加速度向下时，支持力小于重力．t＝14T时，货物向下的加速度最大，货物对车厢底板的压力最小．t＝12T时，货物的加速度为零，货物对车厢底板的压力等于重力大小．t＝34T时，货物向上的加速度最大，则货物对车厢底板的压力最大．【答案】C【试题出处】2011·山东曲阜一中模拟【试题7】一简谐机械波沿x轴正方向传播，周期为T，波长为λ.若在x＝0处质点的振动图象如图22所示，则该波在t＝T/2时刻的波形曲线为下图中的()图22【解析】根据振动图象，可知x＝0处的质点，在t＝T/2时刻在平衡位置，向下振动，只有选项A中波的图象在x＝0处的质点满足条件，故选A.【答案】A【试题出处】2011·丽江一中模拟【试题8】一简谐横波在x轴上传播，波源振动周期T=0.1s，在某一时刻的波形如图7-8所示，且此时a点向下运动.则()图7-8A.波速为20m/s，波沿x轴正向传播B.波速为20m/s，波沿x轴负向传播C.波速为10m/s，波沿x轴负向传播D.波速为10m/s，波沿x轴正向传播【解析】由图象知波长λ=2m，则波速.m/s20Tv根据“上坡质点向下动，下坡质点向上动”的规律，由a点向下运动得出波沿－x方向传播，B正确.【答案】B【试题出处】2011·无锡一中模拟【试题9】某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s和9km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(图7-6)，在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5s开始振动，则()图7-6A.P先开始振动，震源距地震仪约36kmB.P先开始振动，震源距地震仪约25kmC.H先开始振动，震源距地震仪约36kmD.H先开始振动，震源距地震仪约25km【解析】由两种波的传播速率可知，纵波先传到地震仪位置，设所经历时间为t,则横波传到地震仪处的时间为t+5s，由位移关系可得4(t+5s)=9t,t=4s，则震源距地震仪距离l=vt=36km，故A正确.【答案】A【试题出处】2011·淄博一中模拟【试题10】下列说法中正确的是()A.将单摆从地球赤道移到南(北)极，振动频率将变大B.将单摆从地面移至距地面高度为地球半径的高度时，则其振动周期将变到原来的2倍C.将单摆移至绕地球运转的人造卫星中，其振动频率将不变D.在摆角很小的情况下，将单摆的振幅增大或减小，单摆的振动周期保持不变【解析】单摆周期.2glT南(北)极处的重力加速度比赤道处大，周期变小，频率变大，选项A正确；由2rMmGmg知，从地面移至距地面高度为地球半径的高度时，重力加速度将变为原来的,41则周期变为原来的2倍，选项B正确；人造卫星中的物体处于完全失重状态，单摆不会摆动，故选项C错误；单摆的周期与振幅无关，选项D正确.【答案】ABD【试题出处】2011·河北冀州中学模拟【试题11】一列简谐波沿x轴传播，某时刻波的图象如图所示．此时A、B两质点的位移相同，此后A和B分别经过最短时间0.1s和0.7s回到该时刻位置．则()A．该波沿x轴负方向传播B．该波的传播速度为2.5m/sC．图示时刻A点的速度方向和加速度方向相同D．图示时刻B点的速度方向和加速度方向相反【试题出处】2011·山东临沂一中模拟【试题12】一列沿x轴正方向传播的横波，t＝0时刻的波形如图中实线所示，t＝0.2s时刻的波形如图中的虚线所示，则()A．质点P的运动方向向右B．波的周期可能为0.27sC．波的频率可能为1.25HzD．波的传播速度可能为20m/s【解析】因为横波沿x轴正方向传播，所以选项A错．由图知λ＝24m,0.2s＝(n＋1/4)T，故T＝0.8/(4n＋1)s，n＝0,1,2….又f＝1/T，故f＝(4n＋1)/0.8Hz，n＝0,1,2，….v＝λ/T＝30(4n＋1)m/s，n＝0,1,2….故选项C对，B、D错．【答案】C【试题出处】2011·北京海淀区第二次模拟【试题13】如图甲所示，在弹簧振子的小球上安装了一支记录用的笔P，在下面放一条纸带．当小球做简谐运动时，沿垂直于振动方向拉动纸带，笔P在纸带上画出了一条振动曲线．已知在某次实验中如图方向拉动纸带，且在某段时间内得到如图乙所示的曲线，根据曲线可知这段时间内()A．纸带在加速运动B．纸带在减速运动C．振子的振动周期在逐渐增加D．振子的振动周期在逐渐减小【解析】振子做简谐振动，其周期不发生变化，C、D错误，由纸带上的轨迹可以看出相等时间内的位移在增大，所以纸带在加速运动，A对，B错．注意纸带的运动方向和位移变化之间的关系．【答案】A【试题出处】2011·桂林一中模拟【试题14】如图32所示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＝0.5s时刻的波形，这列波的周期T符合：3T＜t2－t1＜4T，问：(1)若波速向右，波速多大？(2)若波速向左，波速多大？(3)若波速大小为74m/s，波速方向如何？图32【解析】由图象知：λ＝8m，又因为3T＜t2－t1＜4T，【试题出处】2011·唐山一中模拟【试题15】甲、乙两列完全相同的横波分别从波源A、B两点沿直线Ox相向传播，t＝0时的波形图象如图33所示，如果两列波的波速都是10m/s，求：[来源:]图33(1)甲、乙两列波的频率各是多少？(2)第几秒末两列波相遇，相遇时C、D两点间有哪些点位移最大？【解析】(1)由图知：λ＝4m，又因v＝10m/s，所以由f＝vλ得f＝104Hz＝2.5Hz，故甲、乙两列波的频率均为2.5Hz.图34(2)设经t时间两波相遇，则2vt＝4m，所以t＝42×10s＝0.2s，又因T＝1f＝12.5s＝0.4s，故波分别向前传播λ2相遇，此时两列波的波形如图34中的虚线所示．故CD间有x＝5m和x＝7m处的点位移最大．【答案】(1)2.5Hz2.5Hz(2)x＝5m和x＝7m【试题出处】2011·石家庄实验中学模拟【试题16】质量为m的均匀方形木块在平静的水面上处于平衡状态，用力F向下压木块使之向下移动距离d，然后松开手，不计水的粘滞作用，木块做简谐振动．(1)当木块正好经过平衡位置向下运动时，某同学开始观察木块的振动过程，该同学发现经过0.5s后木块第一次回到平衡位置．已知d＝2cm，取竖直向上为正方向，请将该同学观察到的木块的振动过程用振动图象描述出来(在图35甲中画出)．另一位同学在该同学观察3.5s后开始计时．请在图乙中画出后一位同学观察的振动图象．图35(2)如果由于该木块的振动，在水面形成机械波，3.5s内传播了3.5m，则该波的波长是多少？(3)画出该同学在3.5s时观察到的某一方向的波形图．(至少画出一个周期)【解析】(1)图象如图36所示．(2)因为水波3.5s内传播了3.5m，所以波速为v＝st＝1m/s，又由图象得T＝1s，根据v＝λT，所以λ＝1m.(3)如图37所示．【答案】(1)图象如下图36图36(2)1m(3)如图37所示图37【试题出处】2011·厦门一中模拟【试题17】一列简谐波沿x轴方向传播，已知x轴上x1＝0和x2＝1m两处质点的振动图线分别如图38(a)(b)所示，求此波的传播速度．图38沿x轴负向传播时：v2＝1031＋4nm/s(n＝0,1,2…)【试题出处】2011·福州一中模拟【试题18】如图23所示，甲是一个单摆振动的情形，O是它的平衡位置，B、C是摆球所能到达的最远位置．设摆球向右方向运动为正方向．图乙是这个单摆的振动图象．根据图象回答：图23(1)单摆振动的频率是多大？(2)开始时刻摆球在何位置？(3)若当地的重力加速度为9.86m/s2，试求这个摆的摆长是多少？【解析】(1)由单摆振动图象，T＝0.8s故f＝1T＝1.25Hz(2)开始时刻小球在负方向最大位移处故开始时刻摆球在B点(3)根据公式T＝2πLgL＝gT24π2＝0.16m.【答案】(1)1.25Hz(2)B点(3)0.16m【试题出处】2011·襄樊一中模拟【试题19】简谐运动的振动图线可用下述方法画出：如图24(1)所示，在弹簧振子的小球上安装一枝绘图笔P，让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动，笔P在