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1专题23机械振动机械波-2019年高三二模、三模物理试题分项解析（I）一．选择题1.（2019湖南岳阳二模）甲、乙两列简谐横波在冋种均匀介质中传播，如图所示为t=0时刻两列波恰好在坐标原点相遇时的波形图，甲波的频率为2Hz，沿x轴正方向传播，乙波沿x轴负方向传播，则（）A.乙波的频率为2HzB.甲波的传播速度为2msC.两列波叠加后，处的质点振幅为0D.两列波叠加后，处为振动加强点E.时，处的质点处于平衡位置，且向下运动【参考答案】ADE【名师解析】甲、乙两列简谐横波在同种均匀介质中传播，波速相等，由图知，λ甲=2m，λ乙=2m，由v=λf知甲、乙两波的频率之比为1：1，即为：f乙=f甲=2Hz，故A正确；甲波的传播速度为：v=λ甲f甲=2×2=4m/s，故B错误；两列波叠加后有：x=0处的质点振动加强，振幅为：A0=A甲+A乙=10cm+20cm=30cm，故C错误；两列波叠加后，在x=2m处两波的波峰与波峰或波谷与波谷相遇，振动加强，故D正确；两波的周期为：T==0.5s。t=0时刻，x=0处的质点处于平衡位置，且向上运动。因为t=0.25s=，所以t=0.25s时，x=0处的质点处于平衡位置，且向下运动。故E正确；【关键点拨】甲、乙两列简谐横波在同种均匀介质中传播，波速相等，由图读出波长，由v=λf求频率之比从而解决乙波频率。并由此公式求甲波的传播速度。根据波的叠加原理求两列波叠加后，x=0处的质点振幅。根据时间与周期的关系分析t=0.25s时x=0处质点的运动状态。由波的叠加原理分析两列波叠加后，x=2m处质点的振动情况。本题关键要把握两种图象的关系，知道波速由介质决定，甲、乙两列简谐横波在同种均匀介质中传播，波速2相等。能根据波的传播读出质点的速度方向，在波动图象上运用波的叠加原理理解这类问题。2.（2019河南安阳二模）如图1所示为一列简谐横波在时的波形图，图2为介质中平衡位置在处的质点的振动图象。P是平衡位置在处的质点，则下列说法正确的是A.时，处质点的振动速度为B.时，处质点的位移为4cmC.该简谐横波沿x轴的负方向传播D.时间内，P向y轴正方向运动E.时间内，P运动的路程为12cm【参考答案】BCE【名师解析】由图可知该简谐横波的波长为，由图知周期为，则波速为，该速度为传播速度，不是振动速度，故A错误；质点的振幅为4cm，时，处质点位于波峰的位移为4cm，故B正确；时处的质点沿y轴负方向振动，则该简谐横波沿x轴的负方向传播，故C正确；时间内，P由波峰向平衡位置振动，故向y轴负方向运动，故D错误；时间内，P运动的路程为，故E正确。【关键点拨】先根据质点的振动图象，判断波的传播方向，再根据波长和周期求波速；据波形成的条件和特点分析各质点的振动情况。熟练利用波形平移法判断质点的振动方向与传播方向、利用周期表示时间，求质点的路程、注意时间和空间周期性的对应。3.（2019吉林三模）下列说法正确的是（）A．声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速大于声源发出的声波波速B．在波的传播方向上，某个质量的振动速度就是波的传播速度C．机械波传播过程中即使遇见尺寸比机械波波长大得多的障碍物也能发生衍射3D．向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流发射后又被仪器接收，测出发射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”利用多普勒效应原理E．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是干涉现象【参考答案】CDE【名师解析】声源与观察者相互靠近时波速不会变，只是波长和频率发生了变化；波的传播方向与质点的振动方向垂直的波是横波，波的传播方向与质点的振动方向平行的波是纵波；波产生明显衍射现象的条件：波长与障碍物或小孔的尺寸差不多或更大；“彩超”是利用多普勒效应原理；听到忽强忽弱的声音，是声波加强与减弱的结果。根据多普勒效应，声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速与声源发出的声波波速相等。故A错误；对于机械波，某个质点的振动速度与波的传播速度不同，两者相互垂直是横波，两者相互平行是纵波。故B错误；只有当障碍物的尺寸与机械波的波长差不多或比机械波的波长小，才会发生明显的衍射现象；当障碍物的尺寸与机械波的波长大得多时，也能发生衍射现象，只是不明显。故C正确；向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流发射后又被仪器接收，测出发射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，是利用多普勒效应原理。故D正确；围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音，是声波叠加产生加强与减弱的干涉的结果。故E正确。【关键点拨】本题考查的知识点是波的干涉、衍射和多普勒效应的应用，重点要掌握产生明显衍射的条件；熟练掌握波在传播时振动方向与传播方向的区别。4（5分）（2019湖南长沙一模）图甲表示一列简谐横波在t=16s时的波形图，图乙是该列波中的质点P的振动图象，由甲、乙两图中所提供的信息可知下列说法正确的是____（填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）A．该波的波长为1.0mB．该波的的频率是2HzC．该波的传播速度为0.5m/s，速度沿x轴负方向D．P质点在t=5.25s时沿y轴负方向运动E．P质点在任意0.5s内的路程都是0.1cm【参考答案】ACD4【名师解析】由图象可知，波长λ=100cm，周期T=2s，可得频率f=0.5Hz，选项A正确，选项B错误；波速v=λ/T=0.5m/s，t=16s时，质点P的振动情况与t=2s时的振动情况相同，由振动图象可知，在平衡位置沿y轴正方向振动，由波动图象可知，波沿x轴负方向传播，选项C正确；t=0时刻，P在平衡位置沿y轴正方向振动，t=5.25s=285T，所以此时，P质点沿y轴负方向运动，选项D正确；因为0.5s为四分之一周期，质点只有该过程的初位置在平衡位置或最大位移处时，在0.5s内的路程才为A=0.1cm，选项E错误。5．（2分）（2019浙江绿色联盟模拟）如图所示，一质点在x轴上以O为平衡位置做简谐运动，其振幅为8cm，周期为4s。t＝0时物体在x＝4cm处，向x轴负方向运动，则（）A．质点在t＝1.0s时所处的位置为x＝+4cmB．质点在t＝1.0s时所处的位置为x＝﹣4cmC．由起始位置运动到x＝﹣4cm处所需的最短时间为sD．由起始位罝运动到x＝﹣4cm处所需的最短时间为s【名师解析】简谐运动振动方程的一般表达式x＝Asin（ωt+φ0），由ω＝求出ω．将在t＝0时，位移是4cm代入即可求解振动方程。然后依据该方程分析即可。简谐运动振动方程的一般表示式为：x＝Asin（ωt+φ0），根据题给条件有：A＝8cm＝0.08m，ω＝rad/s所以x＝0.08sin（0.5πt+φ0）m将t＝0时，x0＝0.04m代入得：0.04＝0.08sinφ0解得初相：φ0＝或φ0＝因为t＝0时，速度方向沿x轴负方向，即位移在减小，所以取φ0＝所求的振动方程为：x＝0.08sin（0.5πt+）m质点在t＝1.0s时所处的位置为x＝0.08sin（0.5π×1+）＝﹣0.04m＝﹣4cm．故A错误，B正确；由于t＝0时刻质点向x轴负方向运动，所以由起始位置运动到x＝﹣4cm处所需的最短时间为回到平衡位置后直接再到达x＝﹣4cm处的时间，由振动的对称性可知，两段时间相等。回到平衡位置的时间：5s，所以由起始位置运动到x＝﹣4cm处所需的最短时间为t＝2t1＝s．故C正确，D错误。【参考答案】BC。【关键点拨】本题关键记住简谐运动的一般表达式x＝Asin（ωt+φ0），掌握ω＝2πf＝，然后采用代入法求解。6．（2019江苏七市二模）超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在医军事、工业、农业上有很多的应用。关于超声波，下列说法中正确的有（）A．由于高频率超声波波长很短，衍射本领很差，在均匀介质中能够沿直线传播B．空气中超声波传播速度远大于普通声波传播的速度C．当超声波在介质中传播时，介质参与振动的频率等于超声波频率D．用超声波测血液流速，超声波迎着血液流动方向发射，血液流速越快，仪器接收到的反射回波的频率越低【参考答案】AC【名师解析】明确超声波的性质，知道超声波具有频率高、波长短、能量高的特点；同时知道超声波是机械波，具有机械波的基本性质；同时明确多普勒效应的基本内容。波长越短的波其衍射现象越不明显，故高频率超声波波长很短，衍射本领很差，在均匀介质中能够沿直线传播，故A正确；不同机械波在同一介质中的传播速度是相同的，故空气中超声波传播速度与普通声波传播的速度相等，故B错误；波在介质中传播时，频率由振源决定，故当超声波在介质中传播时，介质参与振动的频率等于超声波频率，故C正确；D、用超声波测血液流速，超声波迎着血液流动方向发射，血液流速越快，仪器接收到的反射回波的频率越高，故D错误。二．计算题1.(10分)（2019湖南娄底二模）如图所示，在x＝0处的质点O在垂直于x轴方向上做简谐运动，形成沿x轴正方向传播的机械波。在t＝0时刻，质点O开始从平衡位置向上运动，经0.4s第一次形成图示波形，P是平衡位置为x＝0.5m处的质点。6①位于x＝5m处的质点B第一次到达波峰位置时，求位于x＝2m处的质点A通过的总路程。②若从图示状态开始计时，至少要经过多少时间，P、A两质点的位移(y坐标)才能相同？【名师解析】①结合题图可分析出，该机械波的传播周期为T＝0.8s，波长为λ＝4m，振幅A＝5cm，该机械波的波速为v＝λT＝5m/s(1分)由图可知，此时波峰在x＝1m处，当波峰传播到x＝5m处的B点时，波向前传播的距离为Δx＝4m，所以质点B第一次到达波峰位置所需要的时间Δt＝Δxv＝0.8s(2分)由题意知，当质点B第一次到达波峰位置时，质点A恰好振动了一个周期，所以质点A通过的总路程为s＝4A＝20cm(2分)②圆频率ω＝2πT＝5π2rad/s，从图示状态开始计时(1分)质点A做简谐运动的表达式为yA＝5sin(5π2t)cm质点P做简谐运动的表达式为yP＝5sin(5π2t＋3π4)cm(2分)要使P、A两质点的位移(y坐标)相同，即yA＝yP，至少要经过时间t应满足：5π2t＋(5π2t＋3π4)＝π，解得：t＝0.05s(2分)2（10分）（2019广东深圳二模）如图(a)，一列简谐横波沿x轴传播，实线和虚线分别为t1=0时刻和t2时刻的波形图，P、Q分别是平衡位置为x1=l.0m和x2=4.0m的两质点。图(b)为质点O的振动图像，求：(i)波的传播速度和t2的大小；(ii)质点P的位移随时间变化的关系式。【名师解析】73.（2019上海静安二模）如图，ABC为固定在竖直平面内的轨道，AB段为长0.75m的粗糙水平杆，BC段为半径R=2.5m、圆心角θ=10°的光滑圆弧，AB相切于BC。穿在轨道上的小球在A处时速度水平向左、大小为1.0m/s，已知小球与AB之间的动摩擦因数μ=0.05，求：（g取10m/s2）（1）小球向左经过B点时的速度大小；（2）小球在圆弧上达到的最大高度；（3）小球从最大高度起，需多长时间，再次经过B点。【名师解析】（本题共14分）（1）（5分）小球从A到B作匀减速直线运动，受力分析如图，（1分）加速度大小22m/s5.0m/s1005.0gmFaf（2分）)(22A2BavvsAB，带入数据得，vB=0.5m/s（2分）（2）（4分）小球在BC段运动过程中，只有重力做功，机械能守恒。（1分）mghB＋12mvB2＝mgh＋12mv2（1分）到达最高点时，速度v为零，带入数据得，h=0.0125m（2分）（3）（4分+1分）小球从最高点返回B点，做简谐运动。8周期ss105.222gRT（2分），返回时间t=T4=0.25πs（或0.785s）（2分）4．（2019湖南衡阳二模）一列简谐横波，在t＝0时刻的波形如图所示，质点振动的振幅为l0cm．P、Q两点的坐标分别为﹣lm和﹣