1、20202020 年高考物理年高考物理机械振动机械波机械振动机械波专题训练专题训练 一一 选择题选择题 1.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 B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
2、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
3、位差不随时间变化， 选项 E 正确；故选 BDE。 2.下列说法中正确的是( ) A机械波可以在真空中传播 B波从一种介质进入另一种介质时，频率保持不变 C机械波的频率越高，在介质中的传播速度越大 D两列波发生稳定的干涉现象，则两列波的频率必然相同 E光的偏振现象说明光波是横波 【答案】BDE 【解析】机械波的传播需要介质，因此在真空中不能传播，A 错误波的频率由波源决 定，因此波从一种介质进入另一种介质时，频率不变，B 正确机械波的传播速度由介质决 定，与频率无关，C 错误发生稳定干涉的条件是两列波的频率相同，D 正确光的偏振现 象说明光的振动方向与传播方向垂直，因此光波是横波，E 正确 3
4、.一列简谐横波沿x轴正方向传播，在t=0 和t=0.20 s 时的波形分别如图中实线和虚 线所示。己知该波的周期T0.20 s。下列说法正确的是_ A波速为 0.40 m/s B波长为 0.08 m Cx=0.08 m的质点在t=0.70 s 时位于波谷 Dx=0.08 m 的质点在t=0.12 s 时位于波谷 E若此波传入另一介质中其波速变为 0.80 m/s，则它在该介质中的波长为 0.32 m 【答案】ACE 【解析】 本题考查波动图像、 波速计算、 波动传播及其相关的知识点。 根据波形图可知， 波长 =16cm=0.16m，选项 B 错误；根据 t=0 时刻和 t=0.20s 时刻的波
5、形图和该波的周期 T0.20s 可知，可知该波的周期T=0.40s，波速 v=/T=0.40m/s，选项 A 正确；简谐波沿 x 轴正方向传播，x=0.08m 的质点在 t=0 时刻沿 y 轴正方向运动，在 t=0.70s 时位于波谷，在 t=0.12s 时位于 y0 的某位置(不是位于波谷)，选项 C 正确 D 错误；若此波传入另一介质 中，周期 T 不变，其波速变为 v=0.80m/s，由 =vT 可得它在该介质中的波长为 =0.800.4m=0.32m，选项 E 正确。 4.如图所示为某时刻的两列简谐横波在同一介质中沿相同方向传播的波形图，此时a 波上某质点P的运动方向如图所示，则下列说
6、法正确的是( ) A两列波具有相同的波速 B此时b波上的质点Q正向上运动 C一个周期内，Q质点沿x轴前进的距离是P质点的 1.5 倍 D在P质点完成 30 次全振动的时间内Q质点可完成 20 次全振动 Ea波和b波在空间相遇处会产生稳定的干涉图样 【答案】ABD 【解析】机械波的传播速度由介质决定，故波速相同，A 正确；由质点P的振动方向可 知，波沿x轴负方向传播，故质点Q正向上振动，B 正确；质点Q和P沿y轴方向振动，并 不沿x轴运动，C 错误；由波的图象可知，a波波长是b波波长的2 3，根据 vf可知a波 的频率应是b波频率的3 2，D 正确；a、b 两波的频率不同，所在相遇空间不会产生稳
7、定的干 涉图样，E 错误。 5.如图，一列简谐横波沿x轴正方向传播，实线为t=0 时的波形图，虚线为t=0.5 s 时的波形图。已知该简谐波的周期大于 0.5 s。关于该简谐波，下列说法正确的是_。 A波长为 2 m B波速为 6 m/s C频率为 1.5 Hz Dt=1 s 时，x=1 m 处的质点处于波峰 Et=2 s 时，x=2 m 处的质点经过平衡位置 【答案】BCE 【解析】由波形图可知，波长为 4 m，A 错误；实线为t=0 时的波形图，虚线为t=0.5 s 时的波形图，波沿x轴正方向传播，又该波的周期大于 0.5 s，则 00.5 s 时间内波传播的 距离 3 4 x ， 3 0
8、.5 s 4 T ，故周期 2 s 3 T ，频率为 1.5 Hz，波速6 m/svf，BC 正确；由 3 1 s= 2 T，t=0 时，x=1 m 处的质点在波峰位置，t=1 时，该质点应该在平衡位置 向上振动，D 错误；由2 s3T，t=0 时，x=2 m 处的质点在平衡位置，t=2 s 时，该质点 同样经过平衡位置，E 正确。 6.如图所示，a、b、c、k为连续的弹性介质中间隔相等的若干质点，e点为波源， t 0 时刻从平衡位置开始向上做简谐运动，振幅为 3 cm，周期为 0.2 s在波的传播方 向上，后一质点比前一质点迟 0.05 s 开始振动t 0.25 s 时，x轴上距e点 2.0
9、 m 的某 质点第一次到达最高点，则( ) A该机械波在弹性介质中的传播速度为 8 m/s B该机械波的波长为 2 m C图中相邻质点间距离为 0.5 m D当a点经过的路程为 9 cm 时，h点经过的路程为 12 cm E当b点在平衡位置向下振动时，c点位于平衡位置的上方 【答案】BCD 【解析】波刚传到x2 m 处的质点时，质点开始向上做简谐运动，再经1 4周期(0.05 s) 到达最高点，所以波传到e点的时间恰好为一个周期(0.2 s)，波长2.0 m，B 正确；波 速v T 10 m/s，A 错误；相邻质点间的距离 xvt0.5 m，C 正确；各相邻质点 的振动依次落后1 4周期，所以
10、质点 a的振动要比质点h落后1 4周期，路程少 3 cm，D 正确；同 理，b点在平衡位置向下振动时，c点已到达负的最大位移处，E 错误。 7.某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以 1.8 m/s 的速率向着海滩传播，但他并 不向海滩靠近该同学发现从第 1 个波峰到第 10 个波峰通过身下的时间间隔为 15 s下列 说法正确的是_ A水面波是一种机械波 B该水面波的频率为 6 Hz C该水面波的波长为 3 m D水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去 E水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移 【答案】ACE 【解析】水面波是一种机械波，故 A
11、正确；该同学发现从第 1 个波峰到第 10 个波峰通 过身上的时间间隔为 15 s，所以周期Tt n 15 9 s5 3 s，该水面波的频率 f0.6 Hz，故 B 错误；该水面波的波长vT3 m，故 C 正确；水面波没有将该同学推向岸边，只能说是 因为波传播时振动的质点并不随波迁移， 不能说是因为波传播时能量不会传递出去， 波的传 播过程也是能量传递的过程，故 D 错误，E 正确 8.一列简谐横波沿x轴正方向传播，t0 时波形图如图中实线所示， 此时波刚好传到c 点；t0.6 s 时波恰好传到e点，波形如图中虚线所示，a、b、c、d、e是介质中的质点下 列说法正确的是( ) A这列波的周期T
12、0.8 s B当t0.6 s 时质点a速度沿y轴负方向 C质点c在这段时间内沿x轴正方向移动了 3 m D质点d在这段时间内通过的路程为 20 cm Et0.6 s 时，质点e将要沿y轴正方向运动 【答案】ADE 【解析】由两个时刻的波形可知，在 0.6 s 内波传播的距离x3 4，经历的时间为 3 4T， 即3 4T0.6 s，T0.8 s，A 正确；t0.6 s 时，质点 a沿y轴正方向运动，B 错误；波上 质点只沿y轴方向振动，并不沿x轴正方向移动，C 错误；波由d点传到e点，质点d振动 了1 2T，通过的路程 s20 cm，D 正确；根据t0.6 s 时的波形可判断，E 正确。 9.由
13、波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播波源振动的频率为 20 Hz，波 速为 16 m/s.已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧，且P、Q和S的平衡位置在一条直 线上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为 15.8 m、14.6 mP、Q开始振动 后，下列判断正确的是_ AP、Q两质点运动的方向始终相同 BP、Q两质点运动的方向始终相反 C当S恰好通过平衡位置时，P、Q两点也正好通过平衡位置 D当S恰好通过平衡位置向上运动时，P在波峰 E当S恰好通过平衡位置向下运动时，Q在波峰 【答案】BDE 【解析】波长vTv f0.8 m，SQ14.6 m18 1 4，当 S处于平衡位置
14、向上振动时， Q应处于波谷；SP15.8 m193 4，当 S处于平衡位置向上振动时，P应处于波峰；可见P、 Q两质点运动的方向应始终相反，A、C 错误，B、D、E 正确 10.如图所示，图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为介质中x2 m 处的质 点P以此时刻为计时起点的振动图象质点Q的平衡位置位于x3.5 m，下列说法正确的 是( ) A在 0.3 s 时间内，质点P向右移动了 3 m B这列波的传播速度是 20 m/s C这列波沿x轴正方向传播 Dt0.1 s 时，质点P的加速度大于质点Q的加速度 Et0.45 s 时，x3.5 m 处的质点Q到达波谷位置 【答案】CDE 【解析】
15、根据波的传播特点可知，A 错误；由乙图可知，t0 时刻质点的速度向上，结 合图甲在该时刻的波形可知， 波沿x轴正方向传播， C 正确； 波速v T 4 0.4 m/s10 m/s， B 错误；当t0.1 s1 4T 时，质点P应处于最大位移处，加速度最大，而质点Q应在平衡 位置的下方，且位移不是最大，故其加速度应小于质点P的加速度，D 正确；t0.45 s 时， 波形平移的距离 xvt4.5 m0.5 m，即t0 时刻，x3 m 处的质点振动形式传 播到Q点，Q点处于波谷位置，E 正确。 11.振动周期为T，振幅为A，位于x0 点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐运 动，该波源产生的一维简谐
16、横波沿x轴正向传播，波速为v，传播过程中无能量损失，一段 时间后，该振动传播至某质点P，关于质点P振动的说法正确的是( ) A.振幅一定为A B.周期一定为T C.速度的最大值一定为v D.开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离 E.若P点与波源距离svT，则质点P的位移与波源的相同 【答案】ABE 【解析】波传播过程中，各振动质点的振动周期、振幅相同，则知质点P振动的振幅一 定为A，周期一定为T，但P质点的振动速度与波传播的速度无关，速度的最大值不一定是 v，故 A、B 正确，C 错误；质点P的起振方向和波源相同，一定沿y轴正向，与P离波源的 距离无关，故 D 错误；svT，则s
17、等于一个波长，即P点与波源相位相同，振动情况总相 同，位移总相同，故 E 正确. 12.一列简谐横波在某时刻的波形如图所示，此时刻质点P的速度为v，经过 1 s 后它 的速度大小、方向第一次与v相同，再经过 0.2 s 它的速度大小、方向第二次与v相同，则 下列判断正确的是( ) A波沿x轴负方向传播，且周期为 1.2 s B波沿x轴正方向传播，且波速为 10 m/s C质点M与质点Q的位移大小总是相等，方向总是相反 D若某时刻质点N速度为零，则质点Q速度一定为零 E从图示位置开始计时，在 3 s 时刻，质点M偏离平衡位置的位移y10 cm 【答案】ADE 【解析】根据题图所示时刻质点P的速度
18、为v，经过 1 s 它的速度大小、方向第一次与 v相同，质点P运动到关于平衡位置对称的位置，再经过 0.2 s 它的速度大小、方向第二次 与v相同时， 回到原来位置， 完成一次全振动， 则质点P振动的周期(即波的周期)T1.2 s， 根据回到对称点时间长，从对称点回到原来位置时间短，可判断初始质点P在向下振动，据 此可知波沿x轴负方向传播，由题图可得波长为 12 m，易知波速为 10 m/s，A 正确，B 错误； M、Q之间的距离不是 2 的奇数倍，不属于反相点，故振动步调不总是相反，C 错误；N、Q 之间的距离为 2 ，为反相点，若某时刻质点N速度为零，质点Q速度一定为零，D 正确；从 题图
19、所示位置开始计时，在 3 s 时刻即经过了5 2T，根据振动的对称性可得质点 M在y10 cm 处，E 正确。 二二 非选择题非选择题 13.某同学利用单摆测量重力加速度 为了使测量误差尽量小，下列说法正确的是_ A组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球 B组装单摆须选用轻且不易伸长的细线 C实验时须使摆球在同一竖直面内摆动 D摆长一定的情况下，摆的振幅尽量大 如图所示，在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约 1 m 的单摆实验时，由于仅有量 程为 20 cm、精度为 1 mm 的钢板刻度尺，于是他先使摆球自然下垂，在竖直立柱上与摆球 最下端处于同一水平面的位置做一标记点，测出单摆的周期T1；然后保
20、持悬点位置不变，设 法将摆长缩短一些，再次使摆球自然下垂，用同样方法在竖直立柱上做另一标记点，并测出 单摆的周期T2；最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离 L.用上述测量结 果，写出重力加速度的表达式g_ 【解析】在利用单摆测重力加速度实验中，为了使测量误差尽量小，须选用密度大、 半径小的摆球和不易伸长的细线， 摆球须在同一竖直面内摆动， 摆长一定时， 振幅尽量小些， 以使其满足简谐运动条件，故选 B、C. 设第一次摆长为L，第二次摆长为LL，则T12 L g，T 22 LL g 联立解得g4 2L T 2 1T 2 2 . 【答案】BC 4 2L T 2 1T 2 2 14.野生
21、大象群也有自己的“语言”研究人员录下象群“语言”交流时发出的声音， 发现以 2 倍速度快速播放时， 能听到比正常播放时更多的声音 播放速度变为原来的 2 倍时， 播出声波的_（选填“周期”或“频率”）也变为原来的 2 倍，声波的传播速度 _（选填“变大”、“变小”或“不变”） 【答案】频率 不变 【解析】 频率由波源决定， 播放速度变为原来的 2 倍时， 播出声波的频率变为原来两倍， 传播速度由介质决定，所以传播速度不变 15.用单摆测定重力加速度的实验装置如图所示 组装单摆时，应在下列器材中选用_(选填选项前的字母) A长度为 1 m 左右的细线 B长度为 30 cm 左右的细线 C直径为
22、1.8 cm 的塑料球 D直径为 1.8 cm 的铁球 测出悬点O到小球球心的距离(摆长)L及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力 加速度g_(用L、n、t表示) 下表是某同学记录的 3 组实验数据，并做了部分计算处理. 组次 1 2 3 摆长L/cm 80.00 90.00 100.00 50 次全振动时间t/s 90.0 95.5 100.5 振动周期T/s 1.80 1.91 重力加速度g/(ms 2) 9.74 9.73 请计算出第 3 组实验中的T_s，g_m/s 2. 用多组实验数据做出T 2L 图象，也可以求出重力加速度g.已知三位同学做出的T 2-L 图线的示意图如图中的a、
23、b、c所示，其中a和b平行，b和c都 过原点， 图线b对应的 g值最接近当地重力加速度的值则相对于图线b，下 列分析正确的是_(选填选项 前的字母) A出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L B出现图线c的原因可能是误将 49 次全振动记为 50 次 C图线c对应的g值小于图线b对应的g值 某同学在家里测重力加速度他找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图所示，由于家 里只有一根量程为 30cm 的刻度尺，于是他在细线上的A点做了一个标记，使得悬点O到A 点间的细线长度小于刻度尺量程保持该标记以下的细线长度不变，通过改变O、A间细线 长度以改变摆长实验中，当O、A间细线的长度分别为
24、l1、l2时，测得相应单摆的周期为 T1、T2.由此可得重力加速度g_(用l1、l2、T1、T2表示) 【解析】 单摆模型需要满足的两个基本条件是摆线长远大于小球的直径和小球的密度 越大越好所以应选 A、D. 由Tt n，T2 L g得 g4 2n2L t 2 Tt n 100.5 50 s2.01 s g4 2n2L t 243.14 25021 100.5 2 m/s 29.76 m/s2， b图线为正确图线，a图线与b图线相比，测量的周期相同时，摆长短，说明测量摆 长偏小，A 错误；c图线与b图线相比，测量摆长相同时，周期偏小，可能出现的原因是多 记了全振动次数，所以 B 正确;由T2
25、L g得 T 24 2 g L，图线斜率小，说明g偏大，故 C 错误 设A到铁锁重心的距离为l，有T12 ll1 g T22 ll2 g 联立消去l解得g4 2（l 1l2） T 2 1T 2 2 【答案】AD 4 2n2L t 2 2.01 9.76 B 4 2（l 1l2） T 2 1T 2 2 16A和B是一列简谐横波上平衡位置相距x3 m 的两个质点，某时刻，质点A到达 平衡位置正向上振动，而质点B刚刚从平衡位置开始起振，且二者之间只有一个波谷，经过 时间t0.6 s 质点B第一次到达波峰。 (1)画出B刚开始起振时A、B两质点间的波形，并在图中标出B质点此时的振动方向； (2)求该波
26、波速的可能大小。 【解析】(1)根据题意，B开始起振时，A已经在振动，说明传播方向为A到B。A、B 两质点间的波形以及B质点此时的振动方向有两种情况，如图甲、乙所示。 (2)若是甲种情况， 波长、 周期、 波速分别为2x6 m， 3 4T0.6 s， v T 7.5 m/s， 若是乙种情况，波长、周期、波速分别为3 m，T 40.6 s，v T 1.25 m/s。 【答案】(1)见解析图 (2)7.5 m/s 或 1.25 m/s 17一列简谐横波沿x轴方向传播，t0 时刻的波形如图甲所示，A、B、P和Q是介 质中的 4 个质点，t0 时刻波刚好传播B点质点A的振动图象如图乙所示，则： (1)
27、该波的传播速度是多大？ (2)从t0 到t1.6 s，质点P通过的路程为多少？ (3)经过多长时间质点Q第二次到达波谷？ 【解析】 (1)由题图可知该波的波长20 m 由题图乙可知，该波的周期T0.8 s 传播速度v T 25 m/s (2)从t0 到t1.6 s，质点P通过的路程 s24A16 m (3)质点P、Q的平衡位置之间的距离 L85 m10 m75 m 由Lvt，解得t3 s 即通过 3 s 质点Q第一次到达波谷，经过 3.8 s 质点Q第二次到达波谷 【答案】 (1)25 m/s (2)16 m (3)3.8 s 18一列简谐横波，沿波的传播方向依次有P、Q两点，平衡位置相距 5
28、.5 m，其振动 图象如图所示，实线为P点的振动图象，虚线为Q点的振动图象，求： (1)该波的波长； (2)该波的最大传播速度 【解析】 (1)根据题意，画出如图所示的波动图象， (3 分) 其对应的方程y10sin x，当y5 时，sin x1 2 解得x2n11 6 (n0、1、2、3、)(3 分) 根据数学关系类比可得 2n11 6 5.5 2 (n0、1、2、3、) n11 125.5(n0、1、2、3、) 解得 66 12n11 m(n0、1、2、3、) (2)由图象可知：周期T1 s，由波速公式可得 v T 66 12n11 m/s(n0、1、2、3、) 当n0 时，vm6 m/s
29、 【答案】 (1) 66 12n11 m(n0、1、2、3、) (2)6 m/s 19.如图甲所示，在某介质中波源A、B相距d20 m，t0 时两者开始上下振动，A只 振动了半个周期，B连续振动，所形成的波的传播速度都为v1.0 m/s，开始阶段两波源的 振动图象如图乙所示 (1)求距A点 1 m 处的P质点，在t0 到t22 s 内所经过的路程 (2)求在t0 到t16 s 内从A发出的半个波前进过程中所遇到的波峰个数 【解析】 (1)A波通过P点时质点振动经过的路程 s124 cm8 cm B波传播至P点需t119 s，则B波在P点还要振动 t23 s1.5TB 故B波在P点振动的路程s2
30、620 cm120 cm 总路程ss1s2128 cm (2)16 s 内两列波相对运动的长度 llAlBd2vtd12 m A波宽度a A 2 vT A 20.2 m B波波长BvTB2 m nl B6，即 A波经过了 6 个波峰 【答案】 (1)128 cm (2)6 20.一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播，波长不小于 10 cm.O和A是介质中平衡位 置分别位于x0 和x5 cm 处的两个质点t0 时开始观测， 此时质点O的位移为y4 cm， 质点A处于波峰位置；t1 3 s 时，质点 O第一次回到平衡位置，t1 s 时，质点A第一次 回到平衡位置求： (i)简谐波的周期、波速和波长；
31、 (ii)质点O的位移随时间变化的关系式 【答案】 (i)4 s 7.5 cm/s 30 cm 【解析】 (i)设振动周期为T.由于质点A在 0 到 1 s 内由最大位移处第一次回到平衡 位置，经历的是1 4个周期，由此可知 T4 s 由于质点O与A的距离 5 cm 小于半个波长，且波沿x轴正向传播，O在t1 3 s 时回到 平衡位置，而A在t1 s 时回到平衡位置，时间相差2 3 s两质点平衡位置的距离除以传播 时间，可得波的速度 v7.5 cm/s 利用波长、波速和周期的关系得，简谐波的波长 30 cm (ii)设质点O的位移随时间变化的关系为 yAcos 2t T 0 将式及题给条件代入上式得 4Acos 0 0Acos 6 0 解得0 3 ，A8 cm 质点O的位移随时间变化的关系式为 y0.08cos t 2 3 (国际单位制) 或y0.08sin t 2 5 6 (国际单位制)
