2019年高考物理备考优生百日闯关系列专题16机械振动和机械波含解析.doc
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1、专题16 机械振动和机械波第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现,试题在考查主干知识的同时,注重考查的基本概念和基本规律。考纲要求(1)知道简谐运动的概念,理解简谐运动的表达式和图象;知道什么是单摆,知道在摆角较小的情况下单摆的运动是简谐运动,熟记单摆的周期公式;理解受迫振动和共振的概念,掌握产生共振的条件(2) 知道机械波的特点和分类;掌握波速、波长和频率的关系,会分析波的图象.3.理解波的干涉、衍射现象和多普勒效应,掌握波的干涉和衍射的条件命题规律(1)考查的热点有简谐运动的特点及图象;题型以选择题和填空题为主,难度中等偏下,波动与振动的综合也有计算题的形式考查。(2)考查的热点
2、有波的图象以及波长、波速、频率的关系题型以选择题和填空题为主,难度中等偏下,波动与振动的综合也有计算题的形式考查第二部分精选试题1一列简谐横波沿水平绳向右传播,其周期为T,振幅为A,绳上两质点M、N的平衡位置相距34个波长,质点N位于质点M右方。规定向上为正方向,在t=0时刻质点M的位移为+A2,且向上运动,经过时间t0(t0T),质点M的位移仍为+A2,但向下运动,则下列说法正确的是_。A在t=t0时刻,质点N恰好位于波谷B在t=t0时刻,质点N的位移为负C在t=t0时刻,质点N振动的方向向下Dt0=23TE. t0=13T【答案】 BCE【解析】【详解】由题,在t=0时M位移为+A2,且向
3、上运动,则M点的振动方程为:yM=Asin(t+0),将在t=0时M位移为+A2代入方程得:A2Asin(2Tt+0),所以:016;经时间t0(t0T),M位移仍为+A2,但向下运动,代入公式得:t013T;两质点M、N的平衡位置相距34波长,N位于M右方,所以N点的振动方程:yNAsin(t34v)+0,代入数据得:yN=Asin2T(13T-34T)+6=-32A,随t的增大,位移的绝对值增大,所以N向下运动。故AD错误,BCE正确;故选BCE。2一列沿x轴负方向传播的简谐横波,在t0时刻的波形图如图所示,此时坐标为(1,0)的质点刚好开始振动,坐标为(3,0)的质点P恰好在平衡位置、在
4、t105s时刻,坐标为(3,0)的质点Q首次位于波峰位置下列判断正确的是_At0时刻质点P沿y轴正方向运动B该波的传播速度为01msC质点P的振动频率为25HzD01s内质点Q运动的路程为01mE. 质点Q振动后,P、Q两质点的速度始终大小相等,方向相反【答案】 BCE【解析】【详解】A根据同侧法可得,t0时刻质点P沿y轴负方向运动,A错;Bt105s时刻,坐标为(3,0)的质点Q首次位于波峰位置,由此可得整列波向左传播了0.05m,所以波速为01ms,B对;C波长为0.04m,利用v=f,可得质点P的振动频率为25Hz,C对;D0.4s末Q才开始振动,所以01s内,Q只振动了0.6s,Q振动
5、了1.5个周期,路程为0.06m,D错;EP、Q两质点之间相差1.5个周期,所以质点Q振动后,P、Q两质点的速度始终大小相等,方向相反,E正确。3S1为点振源,由平衡位置开始上下振动,产生一列简诺横波沿S1S2直线传播,S1、S2两点之间的距离为9m。S2点的左侧为一种介质,右一侧为另一种介质,波在这两种介质中传播的速度之比为3:4。某时刻波正好传到S2右侧7m处,且S1、S2均在波峰位置。则AS2开始振动时方向可能向下也可能向上B波在S2左侧的周期比在右侧时大C右侧的波长为2=28n+1m(n=0,1,2,3,4)D左侧的波长为1=32n+1m(n=0,1,2,3,4)【答案】 AD【解析】
6、【分析】机械波传播过程中,波的周期等于振源的振动周期,与介质无关;质点起振的方向与振源开始振动的方向是相同的;根据S1、S2在某时刻的位置确定两侧波的波长表达式.【详解】AB波在这两种介质中传播的过程中周期相同,因速度之比为3:4,根据=vT可知波长之比为12=34;因不知道开始振源的起振方向,则无法判断波传到S2点时开始振动的方向,选项A正确,B错误;CD若传到S2时,S2质点从平衡位置向下振动,则n2+342=7m,解得2=284n+3m(n=0,1,2,3.),则此时在S2的左边:91=9342=122=37(4n+3),解得1=214n+3m;若传到S2时,S2质点从平衡位置向上振动,
7、则n2+142=7m,解得2=284n+1m(n=0,1,2,3.),则此时在S2的左边:91=9342=122=37(4n+1);解得1=214n+1m;因S1、S2均在波峰位置,可知37(4n+1)和37(4n+3)都应该是整数,根据数学知识可知,这两个数包含了所有的奇数,即可表示为2n+1,则1可表示为1=32n+1m(n=0,1,2,3.),故选项D正确,C错误;故选AD.4有一列沿x轴传播的简谐橫波,从某时刻开始,介质中位置在x=0处的质点a和在x=6m处的质点b的振动图线分别如图1图2所示。则下列说法正确的是_。A质点a的振动方程为y=4sin(4t+2)cmB质点a处在波谷时,质
8、点b-定处在平衡位置且向y轴正方向振动C若波沿x轴正方向传播,这列波的最大传播速度为3m/sD若波沿x轴负方向传播,这列波的最大波长为24mE. 若波的传播速度为0.2m/s,则这列波沿x轴正方向传播【答案】 BDE【解析】【分析】由于题目中不知道波的传播方向,所以在做此类问题时要分方向讨论,在计算波速时要利用波的平移来求解。【详解】A. 把t=0代入振动方程为y=4sin(4t+2)cm,可知此时a的位置应该在+4处,和所给的图不相符,故A错;B. 从图像上可以看出质点a处在波谷时,质点b-定处在平衡位置且向y轴正方向振动,故B对;C. 若波沿x轴正方向传播,从图像上可以看出b比a至少滞后6
9、s,而ab之间的距离为6m,所以这列波的最大传播速度为1m/s,故C错;D、若波沿x轴负方向传播,从图像上可以看出,a比b至少滞后2s,所以这列波的最大波速为:v=62=3m/s则最大波长为=vT=38=24m,故D对;E、根据图像,若波沿x正方向传播,则波速的表达式为v=68n+6m/s,当v=0.2m/s,解得:n=3,有解说明波是沿x正方向传播,故E对;故选BDE5甲乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播波速均为40cm/s,两列波在t=0时的部分波形如图所示。关于这两列波,下列说法正确的是_A甲波的波长甲=40cmB乙波的周期为T乙=1.2sCt=0时刻,介质中偏离平衡位置
10、位移为24cm的相邻质点的距离为480cmD两列波可以形成稳定的干涉E. 从t=0时刻计时在图示的区域内,经过0.45s才再次出现有质点偏离平衡位置的距离为24cm【答案】 ABE【解析】【分析】由图先读出两列波的波长和振幅,通过数学关系得知两波长的最小公倍数,对波峰相遇时的点的坐标进行分别列式。【详解】A项:相邻两波峰或波谷间的距离即为波长,由图可知,甲波的波长为40m,故A正确;B项:由图可知,乙波的波长为48m,由公式T乙=v=4840ms=1.2s,故B正确;C项:t=0时,在x=40cm处两列波的波峰相遇,该处质点偏离平衡位置的位移为24cm,两列波的波峰相遇处的质点偏离平衡位置的位
11、移均为24cm,从图线可以看出,甲、乙两列波的波长分别为:1=40cm,2=48cm,甲、乙两列波的波峰的x坐标分别为:x1=40+k11x2=48+k22介质中偏离平衡位置位移为24cm的所有质点的x坐标为:x=(40+480n)cm当n=0时,x=40cm,故C错误;D项:甲波的周期为:T甲=v=4040ms=1.0s,由于两波的频率不同,所以两列波不可以形成稳定的干涉,故D错误;E项:甲、乙两列波的波峰的x坐标分别为:x1=40+k11x2=48+k22只有两列波的波峰相遇处的质点的位移为24cm,t=0时,两波波峰间的x坐标之差为:x=48k2-40 k1,式中k1和k2均为整数,所以
12、相向传播的波谷间的距离最小为:x=36cm从t=0开始,介质中最早出现偏离平衡位置位移为24cm的质点的时间为:t=x2v=36240=0.45s,故E正确。故选:ABE。【点睛】该题是一道难度较大的试题,解答过程中要注意数学知识在物理学中的应用,尤其是对于通式的表述同时要求学生要有较强的计算能力,计算过程中要细心。6一列在某介质中沿x轴传播的正弦波,如图所示,实线是该波在t=0时刻的波形图线,虚线是该波在t=0.5s时刻的波形图线,已知波源的振动频率f1Hz,图中A质点的坐标是(0.2,0),B质点的坐标是(0.4,0)下列判断正确的是_A该波沿x轴正向传播,波速为0.4m/sB该波沿x轴负
13、向传播,波速为0.2m/sC从t=2s到t=5s的时间内,A质点沿x轴向右平移60cmD从t=2s到t=5s的时间内,B质点通过的路程为1.2mE. 提高波源的振动频率,这列波在该介质中传播的速度不变【答案】 BDE【解析】【分析】根据波源的振动频率f1Hz,在结合图像可知波向左传播,利用平移的方法求出波传播的周期,在借助于v=T求出波传播的速度;B质点在平衡位置,那么在一个周期内走过的路程为4A,由此可以求出从t=2s到t=5s的时间内B质点走过的路程,波传播的速度与介质有关,所以改变频率没有办法改变波传播的速度。【详解】A由于波源的振动频率f1s,0.512.5 cm【答案】 BCD【解析
14、】【详解】实线波的波长为 1=4m,虚线波的波长为 2=6m,它们的波速相等,由波速公式v=f得:实线波和虚线波的频率之比为 f1:f2=2:1=3:2,两列波的频率不同,不能发生干涉现象故A错误,B正确波速为:v=1f1=43m/s=12m/s,则在t=16s时间内波传播的距离 x=vt=2m=121=132,实线波单独传播时,在t=16s时,x=9m处的质点到达波谷,振动速度为零虚线波单独传播时,在t=16s时,x=9m处的质点振动方向向上,则根据波叠加原理可知t=16s时,x=9m处的质点振动方向向上故C正确波速为:v=1f1=43m/s=12m/s,则在t=112s时间内波传播的距离
15、x=vt=1m=141,实线波单独传播时,t=112s时,x=4m处的质点到达波谷,位移大小为 y1=10cm;根据波形的平移法作出虚线波传播x=1m时的波形,如图所示由图看出此刻x=4m处的质点位移大小y22.5cm,则波的叠加原理可知t=112s时,x=4m处的质点位移|y|=y1+y212.5cm,故D正确故选BCD.【点睛】题关键要掌握干涉产生的条件和波的叠加原理,运用波形的平移法分析波形,确定质点的位移。11一列沿x轴传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图所示,此时质元P恰在波峰,质元Q恰在平衡位置且向上振动再过0.2s,质点Q第一次到达波峰,则下列说法正确的是()A波沿x轴负方向传播
16、B波的传播速度为30m/sC1s末质点P的位移为-0.2mD0-0.9s时间内P点通过的路程为(0.8+210)m【答案】 BD【解析】【详解】由题意可知,质元Q恰在平衡位置且向上振动,则知波沿x轴正方向传播,故A错误;图示时刻再过0.2s,质元Q第一次到达波峰,则周期T=4t=0.8s。由图读出波长为=24m,则波速为v=T=240.8m/s=30m/s,故B正确;t=1s=1.25T,则1s末质元P到达平衡位置,其位移为零,故C错误;t=0.9s时,y=0.2sin(2.5t+2)m=0.2sin(2.50.9+2)m=210m,又有n=tT=0.90.8=118T,所以0至0.9s时间内
17、P点通过的路程为s=4A+210=0.8+210m,故D正确。所以BD正确,AC错误。12一列简谐横波沿x轴的正向传播,振幅为2cm,周期为T.已知为t=0时刻波上相距40cm的两质点a、b的位移都是1cm,但运动方向相反,其中质点a沿y轴负向运动,如图所示,下列说法正确的是( )A该列简谐横波波长可能为150cmB该列简谐横波波长可能为12cmC当质点b的位移为+2cm时,质点a的位移为负D在t=512T时刻质点b速度最大【答案】 BCD【解析】设质点的起振方向向上,b质点的振动方程:1=2sint1。a质点的振动方程1=2sint2。ab两个质点振动的时间差t=t2-t1=T3所以ab之间
18、的距离x=vt=3。(n+13)=40cm,=1203n+1cm(n=0、1、2、3)。当n=3,时波长可能为12cm,当波长为150cm时,n不是整数,故A错误、B正确;当质点b的位移为+2cm时,即b到达波峰时,结合波形知,质点a在平衡位置下方,位移为负,故C正确;由t1=6得t1=T12,当t=T2-t1=5T12时,质点b到达平衡位置处,速度最大;故D正确。综上分析,BCD正确。13一列简谐横波,在t=0.6s时刻的图像如图甲所示,此时,P、Q两质点的位移均为-1cm,波上A质点的振动图像如图乙所示,则以下说法正确的是()A这列波沿x轴正方向传播B这列波的波速是16.67 m/sC从t
19、=0.6s开始,紧接着的t=0.6s时间内,A质点通过的路程是10mD从t=0.6s开始,质点P比质点Q早0.6s回到平衡位置【答案】 AB【解析】试题分析:由乙图读出t=06s时刻质点A经过平衡位置向下振动,故这列波沿x轴正方向传播,A正确;由甲图读出该波的波长为=20m,由乙图周期为:T=12s,则波速为:。B正确t=06s=05T,质点做简谐运动时在一个周期内质点A通过的路程是4倍振幅,则经过t=04s,A质点通过的路程是:S=2A=22cm=4cm,C错误;图示时刻质点P沿y轴负方向,质点Q沿y轴正方向,所以质点P将比质点Q晚回到平衡位置将此图象与正弦曲线进行对比可知:P点的横坐标为x
20、P=m,Q点的横坐标为xQ=m,根据波形的平移法可知质点P比质点Q晚回到平衡位置的时间为:t=,D正确。考点:横波的图象;简谐运动的振动图象;波长、频率和波速的关系。14“蜻蜓点水”是常见的自然现象,蜻蜓点水后在水面上会激起波纹。某同学在研究蜻蜓运动的过程中获得一张蜻蜓点水的俯视照片,该照片记录了蜻蜓连续三次点水过程中激起的波纹,其形状如图所示。由图分析可知()A蜻蜓当时是向右飞行B蜻蜓当时是向左飞行C蜻蜓飞行的速度大于水波传播的速度D蜻蜓飞行的速度小于水波传播的速度【答案】 AC【解析】AB、圆形波形图的圆心就是蜻蜓击水的位置,先击水的位置激起的波纹半径较大,由此可知蜻蜓当时是向右飞行的,故
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