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.pdf
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1、专题 16 机械振动和机械波专题 16 机械振动和机械波 第一部分名师综述第一部分名师综述 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
2、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 个波长,质 3 4 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+ , 且向上运动, 经过时间 t0(t0 1s0.5 12.5 cm 1 12s 【答案】 BCD 【解析】 【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
3、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= s 时间内波传播的距离 x=vt=2m= 1= 2,实线波单独传播时,在 1 6 1 2 1 3 t= s 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= s 时,x=9m 处的质点振动方 1 6 1 6 向向上,则根据波叠加原理可知 t= s 时,x=9m 处的质点振动方向向上故 C 正确波速为: 1 6 v=1f1=43m/s=12m/s, 则在 t= s 时间内
4、波传播的距离 x=vt=1m= 1, 实线波单独传播时, t= s 时, 1 12 1 4 1 12 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= s时, x=4m处的质点位移|y|=y1+y2 1 12 12.5cm,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
5、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 B波的传播速度为 30m/s C1s 末质点 P 的位移为-0.2m D0-0.9s 时间内 P 点通过的路程为()m0.8 + 2 10 【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 = 24 0.8m/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
6、;t=0.9s 时,y = 0.2sin( , 又有, 所以 0 至 0.9s 时间内P2.5t + 2)m = 0.2sin(2.5 0.9 + 2)m = 2 10m n = t T = 0.9 0.8 = 1 1 8T 点通过的路程为,故 D 正确。所以 BD 正确,AC 错误。s = 4A + 2 10 =(0.8 + 2 10)m 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 1
7、50cm B该列简谐横波波长可能为 12cm C当质点 b 的位移为+2cm 时,质点 a 的位移为负 D在 t=时刻质点 b 速度最大 5 12T 【答案】 BCD 【解析】设质点的起振方向向上,b 质点的振动方程:。a 质点的振动方程。ab1 = 2sint11 = 2sint2 两个质点振动的时间差所以 ab 之间的距离。,t = t2- t1= T 3 x = vt = 3 (n + 1 3) = 40cm = (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 120 3n + 1cm 正确 ; 当质点 b 的位移为
8、+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;由得,当时,质点 b 到达平衡位置处,速度最大;故 D 正确。综上t1= 6 t1= T 12 t = T 2 - t1= 5T 12 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/s C从 t=0.6s 开始,紧接着的t=0.6s 时间内,A 质点通过的路程是 10m D从 t=0.6s 开始,质点
9、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 xP=m,Q 点
10、 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,
11、由此可知蜻蜓 当时是向右飞行的,故 A 对;B 错; CD、由图知后击水产生的波纹向右超过了了先击水产生的波纹,说明蜻蜓飞行的速度大于水波传播的速度, 故 C 对;D 错; 故选 AC 15如图所示,一列简谐横波沿 轴正方向传播,在时刻波传播到处的质点 ,此时xt1= 0x = 2.0mCx = 0.5m 处的质点 在负方向最大位移处, 在时刻质点 自计时开始后第一次运动到正方向最大位移处, 则 ()At2= 0.2sA A该简谐横波的波速等于5m/s B质点 开始振动时的运动方向沿 轴负方向Cy C在时间内,处的质点 通过的路程为t1t2x = 1.0mB4.0cm D在时刻,位于处的质点
12、处于平衡位置且开始沿 轴正方向运动t2x = 3.0mDy 【答案】 ACD 【解析】 A 由图可知, 波长, 质点 经过第一次到达正方向最大位移处, 所以, 即 = 2mA0.2s T 2 = 0.2sT = 0.4 ,所以,故 A 正确;sv = T = 5m/s B波向正方向传播,所以 开始振动的运动方向沿 轴正方向,故 B 错误;Cy C, 由平衡位置向下运动到负方向最大位移处后回到平衡位置,通过的路程为,故 C 正确;t1- t2B4.0cm D时刻,波传播的距离是,所以质点 开始振动,振动方向沿 轴正方向,故 D 正确t21mDy 综上所述本题答案是:ACD 16如图,a、b、c、
13、d 是均匀媒质中 x 轴上的四个质点,相邻两点的间距依次为 2m、4m 和 6m,一列简谐横 波以 2ms 的波速沿 x 轴正向传播,在 t=0 时刻到达质点 a 处,质点 a 由平衡位置开始竖直向下运动,t=3s 时 a 第一次到达最高点。下列说法正确的是_(填正确答案标号。 ) A在 t=6s 时刻波恰好传到质点 d 处 B在 t=5s 时刻质点 c 恰好到达最高点 C质点 b 开始振动后,其振动周期为 4s D在 4st6s 的时间间隔内质点 c 向上运动 E. 当质点 d 向下运动时,质点 b 一定向上运动 【答案】 ACD 【解析】 A、 ad 间距离为 x=12m,波在同一介质中匀
14、速传播,则波从 a 传到 d 的时间为 ,即在t = x v = 12 2 = 6s 时刻波恰好传到质点 d 处.所以 A 选项是正确的.t = 6s B、设该波的周期为 T,由题质点 a 由平衡位置开始竖直向下运动,时 a 第一次到达最高点,可得:t = 3s 3 4T = ,得 .3sT = 4s 波从 a 传到 c 的时间为 ,则在时刻质点 c 已振动了 2s,而 c 起振方向向下,故在t = x v = 2 + 4 2 = 3st = 5st 时刻质点 c 恰好经过平衡位置向上.故 B 错误.= 5s C、质点 b 的振动周期等于 a 的振动周期,即为 4s.所以 C 选项是正确的.
15、D、波从 a 传到 c 的时间为,则在时,c 已经振动了 1s,此时 c 正好处在波谷的t = x v = 2 + 4 2 = 3st = 4s 位置,那么在 4st6s 这个时间段内,c 从波谷向波峰的位置移动,所以质点 c 向上运动,故 D 正确; E、 该波的波长: ,b 与 d 之间的距离是: ,质点 b 与 d 振动 = vT = 2 4 = 8mx= 4 + 6 = 10m = 1 1 4 的方向并不是总相反,所以当质点 d 向下运动时,质点 b 不一定向上运动.故 E 错误. 综上所述本题答案是:ACD 视频 17如图所示,一轻质弹簧左端固定,右端系一小物块,物块与水平面的最大静
16、摩擦力和滑动摩擦力都为f,弹 簧无形变时,物块位于O点.每次都把物块拉到右侧不同位置由静止释放,释放时弹力F大于f,物体沿水平面 滑动一段路程直到停止.下列说法中正确的是( ) A释放时弹性势能等于全过程克服摩擦力做的功 B每次释放后物块速度达到最大的位置保持不变 C物块能返回到O点右侧的临界条件为F3f D物块能返回到O点右侧的临界条件为F4f 【答案】 BD 【解析】 A、物体最后停下来的位置不一定是原长,最后还有弹性势能,释放时的弹性势能只有一部分克服摩擦力做 功,A 错误; B、物块速度达到最大的位置是弹簧弹力与摩擦力平衡的位置,所以速度达到最大的位置保持不变,B 正确 ; CD、 设
17、物块刚好能返回到O点, 物块在最左端受到的弹力是 F1, 物块在向左运动的过程可看作一个简谐运动, 物块在向右运动的过程也可看作一个简谐运动,根据简谐运动的对称性,在最大位移处恢复力大小相等, 向左运动:F - f = F1+ f 向右运动:F1- f = f 联立得:F=4f,C 错误、D 正确。 故选 BD。 1818一根张紧的水平弹性长绳上的a、b两点,相距 14.0m,b点在a点的右方,如图所示。当一列简 谐横波沿此长绳向右传播时, 若a点的位移达到正向最大值时,b点的位移恰为零, 且向下运动, 经过 1.00s 后,a点的位移为零,且向下运动,而b点的位移达到负向最大值,则这简谐横波
18、的波速可能等于 ( ) Am/s Bm/s 14 3 70 3 C6m/s D14m/s 【答案】 AB 【解析】 由题, 当简谐横波沿长绳向右传播时, 若 a 点的位移达到正最大时, b 点的位移恰为零且向下运动, 则 ab 间距离 xab=(n+ ),n=0,1,2,得到波长 3 4 456 4343 ab x m nn 又据题意,经过 1.00s 后 a 点的位移为零,且向下运动,而 b 点的位移恰达到负最大,则 时间 t=1.00s=(k+)T,得到周期 ,k=0,1,2,则波速 1 4 4 41 Ts k 14 41 43 k v Tn 当 k=0,n=0 时,v=4.67m/s;
19、当 k=1,n=0 时,v=m/s; 70 3 由于 n、k 是整数,v 不可能等于 6m/s 和 14m/s故选 AB 点睛:此题是波的多解题,首先判断波的传播方向,其次,根据波形及传播方向,列出波沿不同方向传播 时可能传播距离和周期的通式, 再次, 看质点间隐含的不同波长的关系, 列出波长的通式, 再分别将 n=0, 1, 2代入通式可求得所有可能的答案,要防止漏解或用特解代通解 19甲乙两列横波传播速率相同,分别沿 x 轴正方向和负方向传播,t1时刻两列波的前端刚好分别传播到 质点 A 和质点 B,如图所示。已知横波甲的频率为 2.5Hz,求: (i)在 t1时刻之前,x 轴上的质点 C
20、 已经振动的时间; (ii)在 t1时刻之后的 2.5s 内,x=+3 处的质点位移为6cm 的时刻。 【答案】 (1)0.6s(2)t1+1.2 和 t1+2.0s 【解析】 【详解】 (1)由 可得v甲= 甲f甲v甲= v乙= 10m/s 则 解得tc= BC v乙 tc= 0.6s (2)x=+3 处的变化质点位移为 6cm,则说明两列波的波谷同时到达x=+3 处,则有甲波的波谷到达x=+3 处 得时间为 (n=0、1、2、3)t甲= (n + 1 2)乙 v乙 乙波的波谷到达x=+3 处的时间为 (n=0、1、2、3)t乙= (n + 1 2)乙 v乙 由 可解得m=2n-1t甲= t
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- 2019 年高 物理 备考 优生 百日 闯关 系列 专题 16 机械振动 机械波 解析
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