五年20162020高考物理真题专题点拨专题15机械振动和机械波含解析

1专题15机械振动和机械波【2020年】1.（2020·浙江卷）如图所示，x轴上2m、12m处有两个振动周期均为4s、振幅均为1cm的相同的波源1S、2S，0t时刻同时开始竖直向下振动，产生波长均为4m沿x轴传播的简谐横波。P、M、Q分别是x轴上2m、5m和8.5m的三个点，下列说法正确的是（）A.6.0s时P、M、Q三点均已振动B.8.0s后M点的位移始终是2cmC.10.0s后P点的位移始终是0D.10.5s时Q点的振动方向竖直向下【答案】CD【解析】波速为4m/s=1m/s4vT，在6s内两列波传播了6m，则此时PQ两质点已振动，但是M点还未振动，A错误；因M点到两个振源的距离相等，则M是振动加强点，振幅为2cm，但不是位移始终为2cm，B错误；P点到两振源的距离只差为6cm，为半波长的3倍，则该点为振动减弱点，振幅为零，即10.0s后P点的位移始终为零，C正确；S1波源的振动传到Q点的时间为10.5=10.5s1s，则10.5s时Q点由S1引起的振动为竖直向下；S2波源的振动传到Q点的时间为3.5s=3.5s1，则10.5s时Q点由S2引起的振动已经振动了7s，此时在最高点，速度为零，则10.5s时刻Q点的振动速度为竖直向下，D正确。故选CD。2.（2020·天津卷）一列简谐横波沿x轴正方向传播，周期为T，0t时的波形如图所示。4Tt时（）2A.质点a速度方向沿y轴负方向B.质点b沿x轴正方向迁移了1mC.质点c的加速度为零D.质点d的位移为-5cm【答案】C【解析】经过4T周期，波向右传播了4，波形如图所示由图可知，质点a点恰好运动到平衡位置且沿着y轴正方向运动，A错误；质点b点只在竖直方向上运动不会随波迁移，B错误；质点c恰好运动到平衡，速度最大，加速度为零，C正确；质点d的位移为5cm，D错误。故选C。3.（2020·山东卷）一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播，已知54x处质点的振动方程为2πcos()yAtT，则34tT时刻的波形图正确的是（）A.B.3C.D.【答案】D【解析】根据题意可知，34tT时，在51+44处的质点处于03223coscoscos42yAtAATTT则此时质点位于平衡位置；下一时刻，该质点向上运动，原理平衡位置，根据题意，横波沿x轴负方向传播，根据同侧法判断可知，ABC错误，D正确。故选D。4.（2020·新课标Ⅰ）一振动片以频率f做简谐振动时，固定在振动片上的两根细杆同步周期性地触动水面上a、b两点，两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样。c是水面上的一点，a、b、c间的距离均为l，如图所示。已知除c点外，在ac连线上还有其他振幅极大的点，其中距c最近的点到c的距离为38l。求：（i）波的波长；（ii）波的传播速度。【答案】（i）14l；（ii）14fl【解析】（i）设与c点最近的振幅极大点为d，则3588adlll2272cos608bdcdbcbccdl根据干涉加强点距离差的关系：412xxxn14bdadl所以波长为14l（ii）由于受迫振动的频率取决于受迫源的频率由vf知，14vfl5.（2020·新课标Ⅱ）用一个摆长为80.0cm的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5°，则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过_______cm（保留1位小数）。（提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。）某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为_______cm。【答案】(1).6.9(2).96.8【解析】拉离平衡位置的距离5280cm6.97cm360x题中要求摆动的最大角度小于5，且保留1位小数，所以拉离平衡位置的不超过6.9cm；根据单摆周期公式2LTg结合题意可知1011TT代入数据为101180cmL解得新单摆的摆长为96.8cmL。6.（2020·新课标Ⅲ）如图，一列简谐横波平行于x轴传播，图中的实线和虚线分别为t=0和t=0.1s时的波形图。已知平衡位置在x=6m处的质点，在0到0.1s时间内运动方向不变。这列简谐波的周期为_____s，波速为_____m/s，传播方向沿x轴_____（填“正方向”或“负方向”）。【答案】(1).0.4(2).10(3).负方向【解析】因为6mx处的质点在00.1s内运动方向不变，所以该处质点从正向位移5最大处经过四分之一个周期向下运动至平衡位置处，即10.1s4T解得周期为0.4sT，所以波速为4m10m/s0.4svT在虚线上，6mx处的质点向下运动，根据同侧法可知波沿x轴负方向传播。【2019年】1．（2019·新课标全国Ⅰ卷）一简谐横波沿x轴正方向传播，在t=2T时刻，该波的波形图如图（a）所示，P、Q是介质中的两个质点。图（b）表示介质中某质点的振动图像。下列说法正确的是A．质点Q的振动图像与图（b）相同B．在t=0时刻，质点P的速率比质点Q的大C．在t=0时刻，质点P的加速度的大小比质点Q的大D．平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图（b）所示E．在t=0时刻，质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大【答案】CDE【解析】由图（b）可知，在2Tt时刻，质点正在向y轴负方向振动，而从图（a）可知，质点Q在2Tt正在向y轴正方向运动，故A错误；由2Tt的波形图推知，0t时刻，质点P正位于波谷，速率为零；质点Q正在平衡位置，故在0t时刻，质点P的速率小于质点Q，故B错误；0t时刻，质点P正位于波谷，具有沿y轴正方向最大加速度，质点Q在平衡位置，加速度为零，故C正确；0t时刻，平衡位置在坐标原点处的质点，正处于平衡位置，沿y轴正方向运动，跟（b）图吻合，故D正确；0t时刻，质点P正位于波谷，偏离平衡位置位移最大，质点Q在平衡位置，偏离平衡位置位移为零，故E正确。故本题选CDE。2．（2019·新课标全国Ⅱ卷）如图，长为l的细绳下方悬挂一小球a。绳的另一端固定6在天花板上O点处，在O点正下方34l的O处有一固定细铁钉。将小球向右拉开，使细绳与竖直方向成一小角度（约为2°）后由静止释放，并从释放时开始计时。当小球a摆至最低位置时，细绳会受到铁钉的阻挡。设小球相对于其平衡位置的水平位移为x，向右为正。下列图像中，能描述小球在开始一个周期内的x-t关系的是【答案】A【解析】由T=2πlg得：T1=2πlg，T2=2π14lg=πlg=12T1，故BD错误；112sin2xl，222sin2xl22sin42L2sin22L，122sin2sin22lxlx124sin2sin2，由能量守恒定律可知，小球先后摆起得最大高度相同，故l-lcosθ1=2cos44ll，根据数学规律可得：21sin2sin22故11224sin2=2sin2xx，即第一次振幅是第二次振幅得2倍，故A正确，C错误。3．（2019·新课标全国Ⅲ卷）水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上。振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源。两波源发出的波在水面上相遇。在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样。关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是A．不同质点的振幅都相同7B．不同质点振动的频率都相同C．不同质点振动的相位都相同D．不同质点振动的周期都与振动片的周期相同E．同一质点处，两列波的相位差不随时间变化【答案】BDE【解析】两列波叠加形成稳定的干涉现象的条件是两列波的频率相同;任何质点都在按照相同的频率在振动,不同区域的质点振幅和位移不一定相同，两列波在水面上相遇时发生干涉，有的质点振动加强，有的振动减弱，可知不同的质点的振幅不一定相同，选项A错误；各质点振动的频率与波源频率相同,波源振动频率又与振动片的振动频率相同，不同质点的振动频率相同，都等于振源的频率，选项B正确；因各质点距离振源的距离不一定相同，则各质点振动的相位不一定相同，选项C错误；不同的质点振动的周期都与细杆的振动周期相同，细杆的振动周期与振动片的周期相同，则不同的质点振动的周期都与振动片的振动周期相同，选项D正确；同一质点处因与振源的位置关系一定，则两列波的相位差不随时间变化，选项E正确；故选BDE。4．（2019·北京卷）一列简谐横波某时刻的波形如图所示，比较介质中的三个质点a、b、c，则A．此刻a的加速度最小B．此刻b的速度最小C．若波沿x轴正方向传播，此刻b向y轴正方向运动D．若波沿x轴负方向传播，a比c先回到平衡位置【答案】C【解析】由机械振动特点确定质点的加速度和速度大小，由“上下坡法”确定振动方向。由波动图象可知，此时质点a位于波峰处，根据质点振动特点可知，质点a的加速度最大，故A错误，此时质点b位于平衡位置，所以速度为最大，故B错误，若波沿x轴正方向传播，由“上下坡法”可知，质点b向y轴正方向运动，故C正确，若波沿x轴负方向传播，由“上下坡法”可知，a质点沿y轴负方向运动，c质点沿y轴正方向运动，所以质点c比质点a8先回到平衡位置，故D错误。5．（2019·天津卷）一列简谐横波沿x轴传播，已知x轴上11mx和27mx处质点的振动图像分别如图1、图2所示，则此列波的传播速率可能是A．7m/sB．2m/sC．1.2m/sD．1m/s【答案】BC【解析】当该列波向右传播时，根据题干可知1m和7m之间的距离满足的关系为164n，则由vT可得波速为641vn，当n=1时可得1.2m/sv，故C正确，当波向做传播时1m和7m之间的距离关系满足364n，则643vn，当n=1时可得2m/sv，故B正确，讲A和D选项代入两个波速表达式，n均不是整数，因此A和D错误。6．（2019·江苏卷）一单摆做简谐运动，在偏角增大的过程中，摆球的（）A．位移增大B．速度增大C．回复力增大D．机械能增大【答案】AC【解析】由简谐运动的特点可知，当偏角增大，摆球偏离平衡位置的位移增大，故A正确；当偏角增大，动能转化为重力势能，所以速度减小，故B错误；由回复力Fkx可知，位移增大，回复力增大，故C正确，单摆做简谐运动过程中只有重力做功，所以机械能守恒，故D错误；7．（2019·浙江选考）如图所示，两种不同材料的弹性细绳在O处连接，M、O和N是该绳上的三个点，OM间距离为7.0m，ON间距离为5.0m。O点上下振动，则形成以O点为波源向左和向右传播的简谐横波Ⅰ和Ⅱ，其中波Ⅱ的波速为1.0m/s。t=0时刻O点处在波谷位置，观察发现5s后此波谷传到M点，此时O点正通过平衡位置向上运动，OM间还有一个波谷。则9（）A．波Ⅰ的波长为4mB．N点的振动周期为4sC．t=3s时，N点恰好处于波谷D．当M点处于波峰时，N点也一定处于波峰【答案】BD【解析】OM之间有两个波谷，即11174m，解得波I的波长为15.6m，根据题意可知波I的波速为17.01.4/5mvmss，故波的周期为115.641.4Tssv，同一波源的频率相同，故N点的振动周期为4s，A错误B正确；波II的波长为224vTm，故在t=0时刻N处于平衡位置向下振动，经过3s，即四分之三周期，N点在波峰，C错误；因为MN两点到波源的距离都为其各自波长的114，又两者振动周期相同，起振方向相同，所以两者振动步调相同，即当M点处于波峰时，N点也一定处于波峰，D正确。【2018年】1.（2018年北京卷）如图所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15m。当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是A.0.60mB.0.30mC.0.20mD.0.15m【答案】B【解析】可以画出PQ之间的最简单的波形，如图所示：10同时由于PQ可以含有多个完整的波形，则：整理可以得到：当时，当