(最新)2020年高考物理二轮热点专题训练----《机械振动机械波》(解析版)
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绝密★启用前2020年高考物理二轮复习对点集训-机械振动一、单选题1.一只单摆,在第一个星球表面上的振动周期为T1,在第二个星球表面上的振动周期为T2.若T1∶T2=1∶2,半径之比R1∶R2=2∶1,则这两个星球的质量之比M1∶M2等于()A. 16∶1B. 8∶1C. 4∶1D. 2∶1【答案】A【解析】根据星球表面的物体受到的重力等于万有引力,有:=mg得:g=①根据单摆周期公式,有:T=2π②联立①②得到:T=2πR故:=()2×()2=()2×()2=16∶1.2.一弹簧振子振动过程中的某段时间内其加速度数值越来越大,则在这段时间内()A.振子的速度逐渐增大B.振子的位移逐渐增大C.振子正在向平衡位置运动D.振子的速度方向与加速度方向一致【答案】B【解析】振子由平衡位置向最大位移处运动过程中,振子做减速运动,速度越来越小,故A错误;振子由平衡位置向最大位移处运动过程中,振子的位移越来越大,故B正确;振子向平衡位置运动的过程中,位移减小,回复力变小,加速度变小,故C错误;振子从平衡位置向最大位移处运动时加速度增大,速度方向与加速度方向相反,故D错误.3.一单摆在山脚处(认为在海平面高度)的周期为T,设地球的半径为R,将单摆移到山顶时测得的周期与原有周期相比改变了ΔT,则该山的高度H可表示为()A.RB.RC.2πD.R【答案】D【解析】设单摆的摆长为L,地球的质量为M,则根据万有引力定律可得地面的重力加速度和高度为h时的重力加速度分别为:g=G,g h=G根据单摆的周期公式可知T=2π,T h=2π;由以上各式可求得H=R.4.一弹簧振子的振幅为A,下列说法正确的是()A.在时间内,振子发生的位移一定是A,路程也是AB.在时间内,振子发生的位移不可能是零,路程不可能为AC.在时间内,振子发生的位移一定是2A,路程一定是2AD.在T时间内,振子发生的位移一定为零,路程一定是4A【答案】D【解析】若不是从平衡位置和位移最大处经过周期,位移和路程都不是A,故A错误;若从平衡位置计时,经过周期,路程为A,故B错误;从平衡位置开始计时,经过周期,位移为0,故C错误;在T时间内,振子完成一次全振动,位移为零,路程为4A,故D正确.5.如图甲是演示简谐运动图象的装置,当木板N被匀速地拉出时,从摆动着的漏斗中漏出的沙在板上形成的曲线显示出摆的位移随时间变化的关系,板上的直线OO1代表时间轴.图乙是两个摆中的沙在各自木板上形成的曲线.若板N1和板N2拉动的速度v1和v2的关系为v2=2v1,则板N1、N2上曲线所代表的振动周期T1和T2的关系为()A.T2=T1B.T2=2T1C.T2=4T1D.T2=T1【答案】D【解析】由ON1和ON2相等,v2=2v1,设拉动N1所用时间t1,拉动N2所用时间t2.t1=,t2=,则t1=2t2,由题中乙图可知T1=t1,T2=,所以T1=4T2,故D选项正确.6.如图,两个完全相同的弹性小球A和B分别悬挂在两根长度分别为L和4L的不可伸长的轻绳末端,两绳均处于竖直状态,两小球重心在同一水平线上且刚好相互接触,现将A球拉到一个很小的角度由静止释放,则在A球运动的2个周期内,两球相碰的次数为()A. 1次B. 2次C. 3次D. 4次【答案】C【解析】根据单摆的周期公式T=2π,摆长比为1∶4,则周期比为1∶2,两球发生弹性碰撞,质量相等,根据动量守恒定律和能量守恒定律,两球相碰后交换速度,A球运动2个周期,B球运动了一个周期,知在这段时间内两球相碰的次数为3次,故C正确.7.简谐运动的表达式是x=A sin(ωt+φ),其中简谐运动的相位是()A.AB.ωC.φD.ωt+φ【答案】D【解析】简谐运动的表达式x=A sin(ωt+φ)中,简谐运动的相位是ωt+φ.8.有一摆长为L的单摆,悬点正下方某处有一光滑小钉,当摆球经过平衡位置向左摆动时,摆线的上部将被挡住,使摆长发生变化.现使摆球做小角度摆动,图为摆球从右边最高点M摆至左边最高点N的闪光照片(悬点和小钉未摄入),P为摆动中的最低点,每相邻两次闪光的时间间隔相等,则小钉距悬点的距离为()A.B.C.D.条件不足,无法判断【答案】C【解析】题图中M到P为四个时间间隔,P到N为两个时间间隔,即左半部分单摆的周期是右半部分单摆周期的,根据周期公式T=2π,可得左半部分单摆的摆长为,即小钉距悬点的距离为,故C选项正确.9.如图所示,弹簧振子B上放一个物块A,在A与B一起做简谐运动的过程中,下列关于A受力的说法中正确的是()A.物块A受重力、支持力及弹簧对它的恒定的弹力B.物块A受重力、支持力及弹簧对它的大小和方向都随时间变化的弹力C.物块A受重力、支持力及B对它的恒定的摩擦力D.物块A受重力、支持力及B对它的大小和方向都随时间变化的摩擦力【答案】D【解析】物块A受到重力、支持力和摩擦力的作用.摩擦力提供A做简谐运动所需的回复力,其大小和方向都随时间变化,D选项正确.10.若单摆的摆长不变,摆球的质量增为原来的4倍,摆球经过平衡位置时的速度减为原来的,则单摆的振动跟原来相比()A.频率不变,机械能不变B.频率不变,机械能改变C.频率改变,机械能改变D.频率改变,机械能不变【答案】A【解析】单摆摆动的周期公式为T=2π,故周期与振幅、小球的质量均无关,摆长不变,故周期和频率均不变;最低点为重力势能零点,动能E k=mv2,质量增加为4倍,速度减小为倍,故动能不变,势能也不变,故机械能也不变.二、多选题11.(多选)若空气阻力不可忽略,单摆在偏角很小的摆动中,总是减小的物理量为()A.振幅B.位移C.周期D.机械能【答案】AD【解析】有空气阻力时,振动为阻尼振动,振幅不断减小,机械能也不断减小.位移做周期性变化,不是一直减小.根据单摆周期公式T=2π√l,l、g不变,则T不变,故选项A、D正确.g12.(多选)光滑水平面上的弹簧振子在做简谐运动的过程中,下列叙述正确的是()A.振子相对于平衡位置的位移减小时,质点的加速度减小,速度增大B.振子相对于平衡位置的位移方向,总是跟加速度方向相反,跟速度方向相同C.振子的运动方向指向平衡位置时,质点所受的回复力逐渐增大,质点的动能逐渐减小D.振子的加速度方向跟速度方向相反时,加速度逐渐增大,但系统的机械能保持不变【答案】AD【解析】回复力与位移成正比,在振子向着平衡位置运动的过程中回复力减小,所以质点的加速度减小,由于加速度的方向与运动的方向相同,所以速度增大,故A正确;由牛顿第二定律a=-可知,加速度的方向总是与位移方向相反;振子相对于平衡位置的位移方向,有时跟速度方向相同,有时与速度的方向相反,故B错误;物体向着平衡位置运动时,回复力与速度方向一致,故质点所受的回复力逐渐减小,速度逐渐增大,动能逐渐增大,故C错误;振子的加速度方向总是指向平衡位置,所以加速度方向跟速度方向相反时,质点远离平衡位置,加速度逐渐增大,但系统的机械能保持不变,故D正确.13.(多选)物体做简谐运动的过程中,有两点A、A′关于平衡位置对称,则物体()A.在两点处的位移相同B.在两点处的速度可能相同C.在两点处的速度一定相同D.在两点处的位移一定不同【答案】BD【解析】简谐运动过程中关于平衡位置对称的两点在两点处的速度可能相同,在两点处的位移一定不同.14.(多选)一根轻绳一端系一小球,另一端固定在O点,在O点有一个能测量绳的拉力大小的力传感器,让小球绕O点在竖直平面内做简谐振动,由传感器测出拉力F随时间t的变化图象如图所示,下列判断正确的是()A.小球振动的周期为2 sB.小球速度变化的周期为4 sC.小球动能变化的周期为2 sD.小球重力势能变化的周期为4 s【答案】BC【解析】小球运动的过程中在最低点拉力最大,最大位移处拉力最小,在一个周期内两次经过平衡位置,所以小球的周期为4 s,故A错误;小球的速度变化周期等于小球的点运动周期,等于4 s,故B正确;简谐运动经过半个周期运动到关于平衡位置对称的点,此时两点速度大小相等,方向相反,因为动能没有方向,所以动能的变化周期等于小球的半个周期,为2 s,故C正确;简谐运动经过半个周期运动到关于平衡位置对称的点,此时两点速度大小相等,方向相反,高度关于平衡位置对称,所以重力势能的变化周期为2 s,故D错误.三、实验题15.用单摆测重力加速度的实验中:(1)用最小刻度为1 mm的刻度尺测摆长,测量情况如图,O为悬挂点,从图中可知单摆的摆长为______m;(2)若用l表示摆长,T表示周期,那么重力加速度的表达式g=____________.【答案】(1)0.995 0(2)【解析】(1)刻度尺的最小刻度为1 mm,则由图读出悬点到球心之间的距离为0.995 0 m,即为单摆摆长.(2)单摆的周期公式T=2π得:g=.四、计算题16.将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力.图甲表示小滑块(可视为质点)沿固定的光滑半球形容器内壁在竖直平面内A、A′点之间来回滑动.A、A′点与O点连线与竖直方向之间的夹角相等且都为θ,均小于10°,图乙表示滑块对器壁的压力F随时间t变化的曲线,且图中t=0为滑块从A点开始运动的时刻,g=10 m/s2.试根据力学规律和题图中所给的信息,求:(1)容器的半径;(2)小滑块的质量及滑块运动过程中的最大动能.【答案】(1)0.1 m(2)5×10-4J【解析】(1)完成一次全振动的时间为一个周期,由图乙得小滑块做简谐振动的周期:T=0.2π根据T=2π解得:R=0.1 m(2)在最高点A,有F min=mg cosθ=0.495 N在最低点B,有F max=m+mg=0.510 N从A到B,滑块机械能守恒,有mgR(1-cosθ)=mv2.解得:m=0.05 kg.根据F max=m+mg=0.510 N在B点的动能最大:E kmax=5×10-4J17.如图所示,一质量为M的球形容器,在A处与水平面接触.它的内部有一直立的轻弹簧,劲度系数为k,弹簧下端固定于容器内侧底部,上端系一质量为m的小球.把小球从弹簧的原长处由静止释放,不计空气阻力,小球开始在竖直方向上做简谐运动,在此过程中,球形容器一直保持静止. 求:(1)小球做简谐运动的振幅(2)小球向下运动的最大距离(3)小球做简谐运动的振幅为多大时,在其振动过程中才可能使球形容器有离开地面的瞬间(已知弹簧一直处于弹性限度内)【答案】(1)(2)(3)【解析】(1)从释放点到平衡位置的距离就是小球的振幅,为:A=(2)根据简谐运动关于平衡位置对称,可知振子向下运动的最大距离s=2A=(3)球形容器要离开地面,最容易发生在小球运动到最高点时,此时弹簧处于拉伸状态,且拉力的大小至少等于容器的重力,即F=Mg则弹簧的伸长量x2=小球振动时的平衡位置居于弹簧原长下方距离为:x1=所以,满足条件的最小振幅为:A′=x1+x2=.18.如图所示,将质量为m的小球A做成单摆,让小球A从静止释放的同时,高出悬点O的另一小球B做自由落体运动,结果它们同时到达跟单摆的平衡位置C等高处.已知摆长为l,偏角θ<5°.求:(1)小球B的初位置与单摆悬点之间的高度差h;(2)小球A到达最低点C时的速度v C;(3)小球A到达最低点C时,摆线所受的拉力F的大小.【答案】(1)h=-l,其中n=1、2、3、…;(2)(3)(3-2cosθ)mg【解析】(1)从小球释放到同时到达跟单摆的平衡位置C等高处,A、B经历的时间:t A=t B小球A做单摆运动,t A=(2n-1)其中n=1、2、3、…根据单摆周期公式得T A=2π小球B做自由落体运动,h+l=gt联立求解:h=-l,其中n=1、2、3、…(2)根据小球A到达最低点C过程中机械能守恒列出等式:mgl(1-cosθ)=mvv C=(3)小球A在最低点C处,根据牛顿第二定律得:F-mg=m,解得:F=(3-2cosθ)mg.。
、选择题1. 【20xx •天津卷】手持较长软绳端点0以周期T在竖直方向上做简谐运动,带动绳上的其他质点振动形成简谐波沿绳水平传播,示意如图。
绳上有另一质点P,且O P的平衡位置间距为L。
t=0时,0位于最高点,P的位移恰好为零,速度方向竖直向上,下列判断正确的是A. 该简谐波是纵波B.该简谐波的最大波长为2LC. 时,P在平衡位置上方D.时,P的速度方向竖直向上t T83T8【答案】C瞬析】绳波中质点的振前方向与波的传播方向垂直』属于横獄纵液的传播方向^质点的振动方向在同一直线上"故A错i昊』根將波形團和滅的传搐方向可知,位移恰好为雾且速度方向竖直向上的质点与0,旦1 1丄的距离应为匸=©十匚)心茸中H2••…腹长1何知当I时有波长的最大值龙4 n+—4T T T T故B错询卜匚內尸由平衡位證振动--内卩由液峰回动到平衞位晶可知小;时尹在平祈+ 4 2S位羞上方向上振动』十=斗时尸在平衝位置上方同「振动,故匚正确,D错i昊&【考点定位】机械振动和机械波【名师点睛】本题应注意波的周期性,要从波长入手。
2. 【20xx •北京卷】某弹簧振子沿x轴的简谐运动图象如图所示,下列描述正确的是A. t=1 s时,振子的速度为零,加速度为负的最大值B. t=2 s时,振子的速度为负,加速度为正的最大值C. t=3 s时,振子的速度为负的最大值,加速度为零D. t=4 s时,振子的速度为正,加速度为负的最大值【答案】A息A158, C钳误;在=2苍和I屛寸,振子位于平衝位乱速度最尢回复力和加遠度均为剽BD服【考点定位】振动图象【名师点睛】根据振动图象判断质点振动方向的方法:沿着时间轴看去,“上坡”段质点向上振动,“下坡”段质点向下振动。
3.__________________________________________________________ 【20xx •新课标皿卷】(5分)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。
2020年高考物理二轮重点专题整合突破专题十八:机械振动与机械波光专题定位:(1)机械振动和机械波部分考查:简谐运动、振动图像、波的图像、波长与波速及频率的关系、波的传播、波的叠加等.侧重点:①波动图像和振动图像的相互转化,根据振动图像判断振动方向,根据波的图像确定波的传播方向、传播时间等;②结合简谐运动图像及波的图像考查波的传播的多解问题和波的叠加问题.(2)光学部分考查三方面内容:①几何光学:结合半圆柱形介质、三棱镜、平行介质等考查反射、折射、全反射,解决此类问题要掌握相关定律的内涵及入射角、反射角、临界角、偏向角等概念,熟练应用三角函数、正余弦定理及相似三角形等数学工具;②物理光学:主要涉及光的干涉和衍射,要熟记双缝干涉实验中的条纹间距公式,要注意理解概念和现象;③电磁波、相对论以基本概念、规律的理解为主,多以选择题形式出现.应考策略:选修3-4内容复习时,应加强对基本概念和规律的理解,抓住波的传播和图象、光的折射定律这两条主线,强化训练、提高对典型问题的分析能力.题型一:机械振动和机械波【知识回扣】1.机械振动与机械波2.求解波的图像与振动图像综合类问题的方法(1)分清振动图像与波的图像.分清横坐标即可,横坐标为x则为波的图像,横坐标为t则为振动图像.(2)看清横、纵坐标的单位.尤其要注意单位前的数量级.(3)找准波的图像对应的时刻.(4)找准振动图像对应的质点.3.判断波的传播方向和质点振动方向的方法(1)特殊点法.(2)微平衡法(波形移动法). 4.波传播的周期性、双向性(1)波的图像的周期性:相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同,从而出现多解的可能性.(2)波传播方向的双向性:在题目未给出波的传播方向时,要考虑到波可沿x 轴正向或负向传播的两种可能性.【题型突破】1、(多选)一简谐横波沿x 轴正方向传播,在t =T2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:本题考查了机械振动及机械波图像的综合应用,考查了学生的综合分析能力,体现了物理观念中运动与相互作用的素养要素.由图(b)可知,在T2时刻,该质点处于平衡位置且向y 轴负方向运动,再从图(a)中利用“上下坡法”,结合波沿x 轴正方向传播可知,在T2时刻,质点Q 在平衡位置且向y 轴正方向运动,平衡位置在原点处的质点在平衡位置且向y 轴负方向运动,所以A 选项错误,D 选项正确.分析可知,在t =0时刻,质点P 位于波谷,此时质点P 的速率为0,加速度最大,位移大小最大,但质点Q 在平衡位置,速率最大,加速度为0,位移为0,所以B 选项错误,C 和E 选项均正确.2、如图,长为l 的细绳下方悬挂一小球a ,绳的另一端固定在天花板上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周期内的x -t 关系的是________.【答案】A解析:本题考查单摆问题中对单摆模型的理解及对周期公式的认识,体现出模型建构的素养.由单摆的周期公式T=2πLg可知,单摆的摆长越大,周期越大,题中单摆在一个全振动中,当x>0时摆长为l,T1=2πlg;当x<0时,摆长为l4,T2=πlg,则T1=2T2,由机械能守恒定律可知,小球将运动到与初始位置等高的地方,由几何关系可知,当x<0时,振幅变小,故A项正确.题型二:光的波动性、电磁波【知识回扣】1.光的色散问题(1)在同一介质中,不同频率的光的折射率不同,频率越高,折射率越大.(2)由n =c v ,n =λ0λ可知,光的频率越高,在介质中的波速越小,波长越小.2.光的衍射和干涉问题(1)光的衍射是无条件的,但发生明显的衍射现象是有条件的.(2)两列光波发生稳定干涉现象时,光的频率相等,相位差恒定,条纹间距Δx =ld λ.【题型突破】3、由波源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 m.P 、Q 开始振动后,下列判断正确的是________. A.P 、Q 两质点运动的方向始终相同 B.P 、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:根据题意可得T =120 s =0.05 s ,v =16 m/s ,故波长为λ=vT =0.8 m ,找P 点关于S 点的对称点P ′,根据对称性可知P ′和P 的振动情况完全相同,P ′、Q 两点相距Δx =(15.80.8-14.60.8)λ=32λ,为半波长的整数倍,P ′、Q 两点振动方向始终相反,即P 、Q 两点振动方向始终相反,A 错误,B 正确;P 点距离S 点x =1934λ,当S 恰好通过平衡位置向上振动时,P 点在波峰,同理Q 点相距S 点x ′=1814λ,当S 恰好通过平衡位置向下振动时,Q 点在波峰,D 、E 正确,C 错误.4、 图(a)为一列简谐横波在t =0.1 s 时刻的波形图,P 是平衡位置为x =1 m 处的质点,Q 是平衡位置为x =4 m 处的质点,图(b)为质点Q 的振动图象,则下列说法正确的是( )A.该波的周期是0.1 sB.该波的传播速度为40 m/sC.该波沿x 轴的负方向传播D.t =0.1 s 时,质点Q 的速度方向向下E.从t =0.1 s 到 t =0.25 s ,质点P 通过的路程为30 cm【答案】BCD解析:由振动图象可知,该波的周期是0.2 s ,选项A 错误;该波的传播速度为v =λT =80.2 m/s =40 m/s ,选项B 正确;由振动图线可知,t =0.1 s 时刻,质点Q 的振动方向向下,可知该波沿x 轴的负方向传播,选项C 、D 正确;从t =0.1 s 到 t =0.25 s ,经历的时间为0.15 s =0.75T ,质点P 不是从平衡位置(或者波峰、波谷)开始振动,故通过的路程小于3A =30 cm ,选项E 错误;故选B 、C 、D.5、某同学利用图示装置测量某种单色光的波长.实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹.回答下列问题:(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可________; A .将单缝向双缝靠近 B .将屏向靠近双缝的方向移动 C .将屏向远离双缝的方向移动 D .使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d ,屏与双缝间的距离为l ,测得第1条暗条纹到第n 条暗条纹之间的距离为Δx ,则单色光的波长λ=________;(3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm ,测得屏与双缝间的距离为1.20 m ,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm.则所测单色光的波长为________ nm(结果保留3位有效数字). 【答案】(1)B (2)Δx ·dn -1l(3)630解析:本题是“利用双缝干涉测光的波长”实验.考查了学生的实验能力,培养了学生实事求是的科学态度,建立了结果来源于实验的价值观.(1)增加目镜中观察到的条纹个数必须要减小条纹间距,由公式Δx =ldλ可知B 正确.(2)由于第1条暗条纹到第n 条暗条纹之间的距离为Δx ,则相邻两条暗条纹的中心间距Δx ′=Δxn -1单色光的波长λ=Δx ′d l =Δx ·d n -1l.(3)λ=Δx ·d n -1l =0.300×10-3m×7.56×10-34-1×1.20m≈6.30×10-7m =630 nm.题型三:光的折射和反射 【知识回扣】1.光的特性2.光的折射和全反射题型的分析思路(1)确定要研究的光线,有时需根据题意,分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象. (2)找入射点,确认界面,并画出法线. (3)明确两介质折射率的大小关系. ①若光疏―→光密:定有反射、折射光线.②若光密―→光疏:如果入射角大于或等于临界角,一定发生全反射. (4)根据反射定律、折射定律列出关系式,结合几何关系,具体求解.【题型突破】6、如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m .距水面4 m 的湖底P 点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°=0.8).已知水的折射率为43.(1)求桅杆到P 点的水平距离;(2)船向左行驶一段距离后停止,调整由P 点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离. 【答案】(1)7 m (2)5.5 m解析:(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x 1,到P 点的水平距离为x 2;桅杆高度为h 1,P 点处水深为h 2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ.由几何关系有 x 1h 1=tan 53°① x 2h 2=tan θ② 由折射定律有 sin 53°=n sin θ③设桅杆到P 点的水平距离为x ,则 x =x 1+x 2④联立①②③④式并代入题给数据得(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′,由折射定律有sin i′=n sin 45°⑥设船向左行驶的距离为x′,此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′,到P点的水平距离为x2′,则x1′+x2′=x′+x⑦x1′h1=tan i′⑧x2′h2=tan 45°⑨联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得x′=(62-3)m≈5.5 m⑩7、如图,直角三角形ABC为一棱镜的横截面,∠A=90°,∠B=30°.一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜,然后垂直于AC边射出.(1)求棱镜的折射率;(2)保持AB边上的入射点不变,逐渐减小入射角,直到BC边上恰好有光线射出.求此时AB边上入射角的正弦.【答案】(1)3(2)3-2 2解析:本题考查了光的折射、全反射,突出应用数学知识处理物理问题的能力,体现了核心素养中模型建构、科学论证要素,有利于培养考生的应用与创新价值观.(1)光路图及相关量如图所示.光束在AB边上折射,由折射定律得sin isin α=n①式中n是棱镜的折射率.由几何关系可知α+β=60°②由几何关系和反射定律得β=β′=∠B③联立①②③式,并代入i=60°得(2)设改变后的入射角为i ′,折射角为α′,由折射定律得 sin i ′sin α′=n ⑤ 依题意,光束在BC 边上的入射角为全反射的临界角θc ,且sin θc =1n ⑥由几何关系得θc =α′+30°⑦由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为sin i′=3-22⑧ 题型四:机械波和光的综合问题8、(多选)一列简谐横波沿x 轴的正向传播,振幅为2 cm ,周期为T ,已知在t =0时刻波上相距40 cm 的两质点a 、b 的位移都是1 cm ,但运动方向相反,其中质点a 沿y 轴负方向运动.如图所示,下列说法正确的是( )A .该列简谐横波波长可能为150 cmB .该列简谐横波波长可能为12 cmC .当质点b 的位移为+2 cm 时,质点a 的位移为负D .在t =5T12时刻质点b 速度最大E .质点a ﹑质点b 的速度始终大小相等,方向相反(2)如图所示,一个半径为R 的14透明球体放置在水平面上,一束蓝光从A 点沿水平方向射入球体后经B 点射出,最后射到水平面上的C 点.已知OA =R2,该球体对蓝光的折射率为 3.若将该束光的入射点从A 点向上移动到离O 点22R 处的A 1处,仍沿水平方向射入球体后最终射在水平面上的C 1处,求CC 1的距离是多少?【答案】(1)ACD (2)3R -22R 解析:(1)根据质点的振动方程:x =A sin(ωt ),设质点的起振方向向上,则b 点:1=2sin ωt 1,所以:ωt 1=π6,a 点振动的时间比b 点长,所以:1=2sin ωt 2,则ωt 2=5π6,a 、b 两个质点振动的时间差:Δt =t 2-t 1=5π6ω-π6ω=2π3ω=T 3,所以a 、b 之间的距离:Δx =v Δt =v ·T 3=λ3.则通式为⎝⎛⎭⎫n +13λ=50 cm ,n =0,1,2,3,…;则波长可以为 λ=1503n +1cm(n =0,1,2,3…);当n =0时,λ=150 cm ,由于n 是整数,所以λ不可能为12 cm ,故A 正确,B 错误.当质点b 的位移为+2 cm 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ωt 1=π6,得t 1=π6ω=T 12,当t =T 2-t 1=5T12时质点b 到达平衡位置处,速度最大;故D 正确;在两质点振动时,若两点分别处在平衡位置上下方时,则两物体的速度可以相同;故E 错误. (2)设从B 点出射时的出射角为β,∠ABO =α 由sin α=12,得 α=30°由n =sin βsin α,得β=60° 过B 点做OC 的垂线,垂足为D ,由几何关系得: ∠BCD =β-α=30° 所以CD =R 2tan ∠BCD =32R光束从A 1处沿水平方向射入球体, 入射角为θ,sin θ=22发生全反射的临界角为sin C =33显然θ>C ,所以该束光到达半圆界面时要发生全反射,反射角等于45°,即垂直射在水平面上的C 1点,则有:OC 1=R sin 45°,OD =R cos α=32R 因此CC 1=OD +CD -OC 1=32R +32R -22R =3R -22R9、如图,△ABC 为一玻璃三棱镜的横截面,∠A =30°.一束红光垂直AB 边射入,从AC 边上的D 点射出,其折射角为60°,则玻璃对红光的折射率为________.若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D 点射出时的折射角________(填“小于”“等于”或“大于”)60°.(2)一列简谐横波在t =13s 时的波形图如图(a)所示,P 、Q 是介质中的两个质点.图(b)是质点Q 的振动图像.求(ⅰ)波速及波的传播方向; (ⅱ)质点Q 的平衡位置的x 坐标.【答案】(1)3 大于 (2)(ⅰ)0.18 m/s x 轴的负方向 (ⅱ)9 cm解析:(1)玻璃对红光的折射率n =sin 60°sin 30°=3,蓝光相对红光折射率更大,故在D 点出射时偏折更明显,所以大于60°.(2)(ⅰ)由图(a)可以看出,该波的波长为λ=36 cm ① 由图(b)可以看出,周期为T =2 s ② 波速为v =λT=18 cm/s ③由图(b)知,当t =13s 时,Q 点向上运动,结合图(a)可得,波沿x 轴负方向传播.(ⅱ)设质点P 、Q 平衡位置的x 坐标分别为x P 、x Q .由图(a)知,x =0处y =-A2=A sin(-30°),因此x P =30°360°λ=3 cm ④ 由图(b)知,在t =0时Q 点处于平衡位置,经Δ t =13s ,其振动状态向x 轴负方向传播至P 点处,由此及③式有x Q -x P =v Δt =6 cm ⑤由④⑤式得,质点Q 的平衡位置的x 坐标为 x Q =9 cm ⑥。
2020高考物理必考知识点典型题过关练习《机械波》总分100分,时间100分钟第一卷(共56分)一、单选题(本大题共10小题,共40分)1.关于机械波,下列说法中正确的是()A. 机械波的振幅与波源振动的振幅不相等B. 在波的传播过程中,介质中质点的振动频率等于波源的振动频率C. 在波的传播过程中,介质中质点的振动速度等于波的传播速度D. 在机械波的传播过程中,离波源越远的质点振动的周期越大2.在平静的湖面上漂着一小木条,现向湖中央扔一石子,圆形波纹一圈圈地向外传播,当波传到小木条处时,小木条将()A. 随波纹漂向湖岸B. 波纹传到小木条处,小木条仍不动C. 向波源处漂动D. 在原来位置做上下振动3.分析下列物理现象:①“闻其声而不见其人”;②雷声轰鸣不绝;③当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高。
这些物理现象分别属于波的()A. 折射、干涉、多普勒效应B. 衍射、多普勒效应、干涉C. 折射、衍射、多普勒效应D. 衍射、反射、多普勒效应4.周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播,该波在某时刻的图象如图所示,此时质点P沿y轴负方向运动,则该波()A. 沿x轴正方向传播,波速v=20m/sB. 沿x轴正方向传播,波速v=10m/sC. 沿x轴负方向传播,波速v=20m/sD. 沿x轴负方向传播,波速v=10m/s5.一列简谐横波沿x轴正向传播,传到M点时波形如图所示,再经0.6s,N点开始振动,则该波的振幅A和频率f为()A. A=1mf =5HzB. A=0.5mf =5HzC. A=0.5mf =2.5HzD. A=1mf =2.5Hz6.如图所示,S1和S2是两个相干波源,其振幅均为A,周期均为T.实线与虚线分别表示两列波的波峰和波谷。
此刻,c是波谷与波谷的相遇点,下列说法中正确的是()A. a处质点始终处于离平衡位置2A处B. 随着时间的推移,c处的质点将向右移动C. 从该时刻起,经过T,c处的质点将通过平衡位置D. 若S2不动,S1沿S1b连线向b运动,则b处质点仍然始终处于平衡位置7.某横波在介质中沿x轴传播,图甲为t=0.75 s时的波形图,图乙为P点(x=1.5 m处的质点)的振动图象,那么下列说法正确的有A. 该波向右传播,波速为2 m/sB. 质点L与质点N的运动方向总相反C. t=1.0 s时,质点P处于平衡位置,并正在往y轴正方向运动D. 在0.5 s时间内,质点P向右运动了1 m8.图甲为一列简谐波在t=0.10s时刻的波形图,P是平衡位置为x=1.0m处的质点,Q是平衡位置为x=4.0m处的质点,图乙为质点Q的振动图象,则()A. 在t=0.25s时,质点P的速度方向为y轴正方向B. 质点Q简谐运动的表达式为x=10sin t(cm)C. 从t=0.10s到t=0.20s,该波沿x轴正方向传播了4mD. 从t=0.10s到t=0.25s,质点P通过的路程为30cm9.某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s和9km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(如图).在一次地震中,震源在地震仪下方,观察到两振子相差5s开始振动,则()A. H先开始振动,震源距地震仪约25kmB. P先开始振动,震源距地震仪约25kmC. H先开始振动,震源距地震仪约36kmD. P先开始振动,震源距地震仪约36km10.如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况,图中的圆表示波峰,观察到波的频率最低的位置是()A. AB. BC. CD. D二、多选题(本大题共4小题,共16分)11.对于如图所示的两个图象,下列判断中正确的是()A. 图甲表示振动图象,且P在向上振动B. 图乙表示振动图象,且Q在向上振动C. 图甲表示波动图象,图乙表示振动图象D. 图甲表示振动图象,图乙表示波动图象12.一列向右传播的简谐横波,当波传到x=2.0处的P点时开始计时时,该时刻波形如图所示,t=0.9s时,观测到质点P第三次到达波峰位置,下列说法正确的是()A. 波速为0.5m/sB. 经过1.4s质点P运动的路程为70cmC. t=1.6s时,x=4.5m处的质点Q第三次到达波谷D. 与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率一定为2.5Hz13.甲、乙两列横波在同一介质中分别从波源M、N两点沿x轴相向传播,波速为2m/s,振幅相同;某时刻的图象如图所示。
2020年高考物理试题分类汇编:机械振动机械波(带详细解析)〔全国卷1〕21.一简谐振子沿x轴振动,平稳位置在坐标原点。
0t=时刻振子的位移0.1m x=-;4s3t=时刻0.1mx=;4st=时刻0.1mx=。
该振子的振幅和周期可能为A.0. 1 m,8s3B.0.1 m, 8s C.0.2 m,8s3D.0.2 m,8s 【答案】A【解析】在t=34s和t=4s两时刻振子的位移相同,第一种情形是现在间差是周期的整数倍nT=-344,当n=1时38=T s。
在34s的半个周期内振子的位移由负的最大变为正的最大,因此振幅是0.1m。
A正确。
第二种情形是现在间差不是周期的整数倍那么2)344()034(TnT+=-+-,当n=0时8=T s,且由因此2t∆1t∆的二倍讲明振幅是该位移的二倍为0.2m。
如图答案D。
【命题意图与考点定位】振动的周期性引起的位移周期性变化。
〔全国卷2〕15.一简谐横波以4m/s的波速沿x轴正方向传播。
t=0时的波形如下图,那么A.波的周期为1sB.x=0处的质点在t=0时向y轴负向运动C.x=0处的质点在t=14s时速度为0D.x=0处的质点在t=14s时速度值最大答案:AB解析:由波的图像可知半个波长是2m,波长是4m,周期是414T svλ===,A正确。
波在沿x轴正方向传播,那么x=0的质点在沿y轴的负方向传播,B正确。
x=0的质点的位移是振幅的一半那么要运动到平稳位置的时刻是113412Ts⨯=,那么14t=时刻x=0的质点越过了平稳位置速度不是最大,CD错误。
【命题意图与考点定位】此题属于波的图像的识图和对质点振动的判定。
〔新课标卷〕33.[物理——选修3-4]△t1△t2(2)(10分)波源S 1和S 2振动方向相同,频率均为4Hz ,分不置于平均介质中x 轴上的O A 、两点处,OA=2m ,如下图.两波源产生的简谐横波沿x 轴相向传播,波速为4/m s .己知两波源振动的初始相位相同.求:〔i 〕简谐波的波长;〔ii 〕OA 间合振动振幅最小的点的位置。
2020年高考物理精选专题(含答案详解)一、单选题(共4题;共8分)1.如图所示,是一列沿着x轴正方向传播的横波在t=0时刻的波形图,已知这列波的周期T=2.0s.下列说法正确的是()A. 这列波的波速v=2.0m/sB. 在t=0时,x=0.5m处的质点速度为零C. 经过2.0s,这列波沿x轴正方向传播0.8mD. 在t=0.3s时,x=0.5m处的质点的运动方向为y轴正方向2.某一弹簧振子的振动图象如图所示,则由图象判断下列说法正确的是()A. 前2s走过的路程是10cmB. 第2s内振子向平衡位置运动,加速度在增大C. 第2s时和第4s时振子的位移相等,运动方向相同D. 在1.5s和2.5s这两个时刻振子系统的势能相同,动能也相同。
3.如图所示,两根细线长度均为2m,A细线竖直悬挂且在悬点O处穿有一个金属小球a,B悬挂在悬点处,细线下端系有一金属小球b,并且有m a>m b,把金属小球b向某一侧拉开3cm到处,然后同时让金属小球a、b由静止开始释放(不计阻力和摩擦),则两小球的最终情况是()A. a小球先到达最低点,不可能和b小球在最低点相碰撞;B. b小球先到达最低点,不可能和a小球在最低点相碰撞;C. a、b两小球恰好在最低点处发生碰撞;D. 因不知道m a、m b的具体数值,所以无法判断最终两小球的最终情况.4.如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线,下列说法正确的是()A. 若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行,且摆长相等,则图线II是月球上的单摆共振曲线B. 若两次受迫振动均在地球上同一地点进行的,则两次摆长之比为l1:l2=4:25C. 图线II若是在地球表面上完成的,则该摆摆长约为1mD. 若摆长约为1m,则图线I是在地球表面上完成的二、多选题(共10题;共30分)5.一列简谐横波,在t=1s时刻的波形如图甲所示,图乙为波中质点P1的振动图象,则根据甲、乙两图可以判断:( )A. 该波沿x轴正方向传播B. 该波的传播速度为6m/sC. 从t=0时刻起经过时间△t=3s,质点P1通过路程为6mD. 在振动过程中P1、P2的位移总是相同E. 质点P2做简谐运动的表达式为y=2sin( π2t-π2)m6.图甲为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0.2s时的波形图,质点P、Q的平衡位置分别位于x=2m和x=4m处。
机械振动和机械波一、单选题1.一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.1s时刻的波形如图中虚线所示。
波源不在坐标原点O,P是传播介质中离坐标原点xP=2.5m处的一个质点。
则以下说法中正确的是()A.质点P的振幅为0.05mB.波的频率可能为7.5HzC.波的传播速度可能为50m/sD.在t=0.1s时刻与P相距5m处的质点一定沿y轴正方向运动2.如图所示,一质点做简谐运动,O点为平衡位置,质点先后以相同的速度依次通过M、N两点,历时1s,质点通过N点后再经过1s又第2次通过N点,在这2s内质点通过的总路程为12cm。
则质点的振动周期和振幅分别为()A.3s,6cm B.4s,9cmC.4s,6cm D.2s,8cm3.两列振幅为A、波长相同的平面简谐横波,以相同的速率沿相反方向在同一介质中传播,如图所示为某一时刻的波形图,其中实线为向右传播的波,虚线为向左传播的波,a、b、c、d、e为介质中沿波传播路径上五个等间距的质点。
两列波传播的过程中,下列说法中正确的是()A.质点b、d始终静止不动B.质点a、b、c、d、e始终静止不动C.质点a、c、e始终静止不动D.质点a、c、e以振幅A做简谐运动4.处于同一水平面的振源S1和S2做简谐运动,向四周分别发出两列振幅均为A的简谐横波,波在同一区域传播,形成如图所示稳定的干涉图样。
图中实线表示波峰,虚线表示波谷,N点为波峰与波谷相遇点,M点为波峰与波峰相遇点。
下列说法不正确的是()A.两个振源S1和S2的振动频率一定相同B.M点为振动加强点,其振幅为AC.N点始终处在平衡位置D.从图示时刻开始经过四分之一周期,M、N两点竖直高度差为05.如图所示为某时刻的两列简谐横波在同种介质中沿相同方向传播的波形图,此时质点P的运动方向如图所示,已知质点P在a波上,质点Q在b波上,则下列说法错误的是()A.两列波具有相同的波速B.此时质点Q正沿y轴正方向运动C.一个周期内,质点Q沿x轴前进的距离是质点P的1.5倍D.在质点P完成30次全振动的时间内质点Q可完成20次全振动6.如图所示,甲质点在x1轴上做简谐运动,O1为其平衡位置,A1、B1为其所能达到的最远处。
专题提升训练5机械振动与机械波一、单项选择题(本题共5小题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.(2019·天津和平区期中)弹簧振子做简谐运动,振子运动范围大小为0.8 cm,周期为0.5 s,计时开始时具有正向最大加速度,则它的振动方程是()A.x=8×10-3sin(4πt+π2)(m)B.x=4×10-3sin(4πt-π2)(m)C.x=8×10-3sin(2πt+π2)(m)D.x=4×10-3sin(2πt-π2)(m)答案:B解析:由题,t=0时刻具有正方向的最大加速度,根据a=-ttx知,振子的初始位移是负向最大,则位移表达式x=A sin(ωt+φ0)中,φ0=-π2;圆频率ω=2πt=2π0.5rad/s=4πrad/s,则位移表达式为x=A sin(ωt-φ0)=0.4sin(4πt-π2)(cm)=4×10-3sin(4πt-π2)(m)。
故A、C、D错误,B正确。
2.(2019·天津武清区月考)右图为质点P的振动图像,下列叙述正确的是()A.质点在1.8 s时速度向上B.质点在3 s时速度向下C.质点在0.5 s时和在2.5 s时速度相同D.质点在1.5 s时和在2.5 s时速度相同答案:D解析:根据振动图像“上坡上振,下坡下振”,质点在1.8s时速度向下,故A错误;质点在3s时处于负向最大位移处,速度为零,故B错误;根据振动图像“上坡上振,下坡下振”,质点在0.5s 时速度方向向上,2.5s时速度方向向下,根据对称性,速度大小相等、方向相反,故C错误;根据振动图像“上坡上振,下坡下振”,质点在0.5s时和2.5s时速度方向均向下,根据对称性,速度大小相等,故D正确。
3.(2019·天津十二重点中学二模)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时波形如图中实线所示,此时波刚好传到c点;当t=0.6 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。
2023年高考物理二轮复习讲练测专题11 机械振动和机械波(精练)一、单项选择题1.如图所示是某水平弹簧振子做简谐运动的x t -图像,M 、P 、N 是图像上的3个点,分别对应1t 、2t 、3t 时刻。
下列说法正确的是( )A .该振子的周期是0.2s ,振幅是8cmB .在2t 时刻振子的速度方向就是图像上P 点的切线方向C .在1t 到2t 过程振子的速度先增大后减小D .在2t 到3t 过程振子的加速度逐渐减小 【答案】D【详解】A .由振动图像可知,该振子的周期是0.2s T =,振幅是4cm A =,故A 错误;B .振动图像不是弹簧振子的运动轨迹,所以在2t 时刻振子的速度方向不是图像上P 点的切线方向,在2t 时刻振子的速度方向指向振子的平衡位置,故B 错误;C .由振动图像可知,在1t 到2t 过程振子先向正向最大位移方向运动,达到正向最大位移处后接着又朝着平衡位置运动,所以振子的速度先减小后增大,故C 错误;D .在2t 到3t 过程振子朝着平衡位置方向运动,振子偏离平衡位置的位移x 逐渐减小,根据kxa m=可知,振子的加速度逐渐减小,故D 正确。
故选D 。
2.如图甲所示为以O 点为平衡位置,在A 、B 两点间运动的弹簧振子,图乙为这个弹簧振子的振动图像,由图可知下列说法中正确的是( )A .在t =0.2s 时,弹簧振子的加速度为正向最大B .在t =0.1s 与t =0.3s 两个时刻,弹簧振子的速度相同C .从t =0到t =0.2s 时间内,弹簧振子做加速度增大的减速运动D .在t =0.6s 时,弹簧振子有最小的位移 【答案】C【详解】A .在t =0.2s 时,弹簧振子的位移为正向最大,加速度为负向最大,A 错误;B .在t =0.1s 与t =0.3s 两个时刻,弹簧振子的位移相同,说明弹簧振子在同一位置,速度大小相等,方向相反,B 错误;C .从t =0到t =0.2s 时间内,弹簧振子的位移增大,加速度增大,速度减小,所以弹簧振子做加速度增大的减速运动,C 正确;D .在t =0.6s 时,弹簧振子的位移为负向最大,D 错误。
2020年高考物理二轮热点专题训练----《机械振动机械波》一选择题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。
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.3.一列简谐横波沿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。