2020高考物理试题分项版解析专题14机械振动和机械波

势能也随时间做周期性变化，其变化周期为 T 2
关于平衡位置O对称的两点，速度的大小、动能、 对称性特征 势能相等，相对平衡位置的位移大小相等；由对称
点到平衡位置O用时相等
考向 1 简谐运动的位移 【典题 1】(多选)某质点做简谐运动，其位移随时间变化的 关系式为 x＝Asin π4t(t 的单位为 s)，则质点( ) A.振动的周期为 8 s B.第 1 s 末与第 3 s 末的位移相同 C.第 1 s 末与第 3 s 末的速度相同 D.第 3 s 末至第 5 s 末的位移方向都相同 E.第 3 s 末至第 5 s 末的速度方向都相同 答案：ABE
2.简谐运动的重要特征：
受力特征 回复力F＝－kx，F(或a)的大小与x的大小成正比， 方向相反
运动特征
靠近平衡位置时，a、F、x、Ep都减小，v、Ek都 增大；远离平衡位置时，a、F、x、Ep都增大，v、 Ek都减小
在运动过程中，系统的动能和势能相互转化，机 能量特征
械能守恒
(续表)
质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期 周期性特征 性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和
图 14-1-4
解析：当物块向右通过平衡位置时，脱离前振子的动能
Ek1＝12(ma＋mb)v20，脱离后振子的动能 Ek2＝12mav20.由机械能守恒 可知，平衡位置处的动能等于最大位移处的弹性势能，因此脱
离后振子振幅变小；由弹簧振子的周期 T＝2π 振子质量减小，周期变小.
mk 知，脱离后
答案：< <
解析：从图象中可以看出，两弹簧振子的周期之比 T甲∶ T乙＝2∶1，则频率之比f甲∶f乙＝1∶2，D错误；弹簧振子周期 与振子质量、弹簧劲度系数 k 有关，周期不同，说明两弹簧振 子不同，A 错误；由于弹簧的劲度系数 k 不一定相同，所以两 振子所受回复力(F＝－kx)的最大值之比 F甲∶F乙不一定为2∶1， B 错误；由简谐运动的特点可知，在振子到达平衡位置时位移 为零，速度最大，在振子到达最大位移处时，速度为零，从图 象中可以看出，在振子甲到达最大位移处时，振子乙恰好到达

14.2机械波1. （多选）两列振动方向相同、振幅分别为A i和A的相干简谐横波相遇.下列说法正确的是（）A. 波峰与波谷相遇处质点的振幅为| A —A>\B. 波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A i + AC. 波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D. 波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅解析：两列振动方向相同的相干波相遇叠加，在相遇区域内各质点仍做简谐运动，其振动位移在0到最大值之间，选项B、C错误；在波峰与波谷相遇处质点振幅为两波振幅之差，在波峰与波峰相遇处质点振幅为两波振幅之和，故选项A、D正确.答案：AD2. 如图14—2 —25甲所示，某均匀介质中各质点的平衡位置在同一条直线上，相邻两点间距离为d.质点1开始振动时速度方向竖直向上，振动由此开始向右传播.经过时间t,前13个质点第一次形成如图14—2—25乙所示的波形.关于该波的周期与波长说法正确的为C.2t , 9d解析：根据振动的周期性和波的传播特点可知，质点13此时的振动方向向下，而波源的起振方向向上，所以从质点13算起，需要再经舟时间振动的方向才能向上，即与波源的起相邻波峰（或波谷）间的距离等于波长，由题意知波长为8d,故D正确.答案：Dn3. （多选）在均匀介质中坐标原点0处有一波源做简谐运动，其表达式为y = 5sin —t ,它在介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻波刚好传播到x= 12 m处，波形图象如图14—2—26所示，则（）A. 此后再经6 s该波传播到x= 24 m处B. M点在此后第3 s末的振动方向沿y轴正方向A. 2t , 9d振方向相同，图上还有半个波长的波没有画出，设周期为「则t = 3T+ T= 2「即T= 2 ；D.2t, 8d图14— 2 —26C. 波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向D. 此后M点第一次到达y=—3 m处所需的时间是2 sn 解析：由题中波的图象可知，该波的波长入=8 m由波源简谐运动的表达式y= 5sin㊁n 2 n 入t （m）可知，3 =〒rad/s，周期T= = 4 s，波速v = = 2 m/s.此后再经6 s，该波2 3 I再向前传播的距离s= vt = 2X 6 m= 12 m，即再经 6 s，该波传播到x= 12 m+ 12 m= 24 m3T处，选项A正确.题中波的图象上此时M点向下振动，在此后的第 3 s末即经过—的振动方向沿y轴正方向，选项B正确.由题图为某时刻波刚好传播到x = 12 m时的波的图象可知，波源开始振动时的方向沿y轴正方向，选项C错误.题图中M点振动方向向下，此后M点第一次到达y=—3m处所需的时间小于半个周期，即小于2s，选项D错误.答案：AB4. 平衡位置处于坐标原点的波源S在y轴上振动，产生频率为50 Hz的简谐横波向x轴正、负两个方向传播，波速均为100 m/s.平衡位置在x轴上的P Q两个质点随波源振动着，P、Q的x轴坐标分别为X P = 3.5 m、X Q=— 3 m.当S位移为负且向一y方向运动时，P、Q两质点的（）A. 位移方向相同、速度方向相反B. 位移方向相同、速度方向相同C. 位移方向相反、速度方向相反D. 位移方向相反、速度方向相同一 1 1 1解析：由题可知，波动周期为T=?^ — s = 0.02 s，波长入=vT= 2 m,贝U X Q= 3 m= 1-f 50 2入，因此Q质点与S质点的振动完全相反，当S质点位移为负，且向一y方向运动时，Q质一3点的位移为正，且向+ y方向运动，两质点位移大小相等；X P= 3.5 m= 14入，则P质点的位移也一定为负，但沿+ y方向运动，因此P质点和Q质点的位移方向相反，速度方向相同.D 项正确，A B、C项错误.答案：D5. 如图14 —2—27所示，一简谐横波在t = 0时的波形是图中实线，在t1= 0.2 s时的波形是图中虚线，P为介质中x= 4 m处的质点，则（）1那m4 0£ 八\ \一/I图14— 2 —27A. 该波一定沿x轴正方向传播B. 该波的传播速度可能为5 m/sC. 从t = 0开始，质点P经过0.2 s沿x轴正方向运动1 mD. t = 0.4 s时，质点P的位置y = 4 cm3 3解析：当波向左传播时，传播的距离x= n入+ -x = 4n+ 3, 0.2 s = nT+ ^T,波速v =0 8(20n+ 15) m/s, T= (n = 0, 1, 2, 3，…).当波向右传播时，传播的距离x = n入4n+ 31 1 … 0.8+ -X = 4n+ 1, 0.2 s = nT+汀，波速v =(20n + 5) m/s, T= (n= 0, 1, 2, 3，…).4 4 4n+1由于波传播方向的不确定性，所以据波形图与时间无法判断该波的传播方向，故A错误；据以上分析可知，当波向右传播时，该波的波速可能为 5 m/s，故B正确；据波传播特点可知，各质点并不随波迁移，而是在平衡位置附近做简谐运动，故C错误；据波的图象可知，t = 0.4 s时，质点P的位置y = 0,故D错误•答案：B会员升级服务第一拨・清北季神马，有清华北尢学髀方法论课i还有清华学鞘向所有的貸母亲述自己求学之躋;循水窖校试我悄悄的上线了；扫qq辎取官网不首发谍程，很多人栽没告诉他隅！会员qq专事等你来撩……。

传播，在 t＝0 和 t＝0.20 s 时的波形分别如图 14-2-3 中实线和虚
线所示.已知该波的周期 T>0.20 s.下列说法正确的是( ) A.波速为 0.40 m/s
B.波长为 0.08 m
C.x＝0.08 m 的质点在 t＝0.70 s 时
位于波谷
图 14-2-3
D.x＝0.08 m 的质点在 t＝0.12 s 时位于波谷
【基础自测】
1.(多选)一列沿 x 轴正方向传播的简谐机械横波，波速为
4 m/s.某时刻波形如图 14-2-1 所示，下列说法正确的是( )
A.这列波的振幅为 2 cm
B.这列波的周期为 2 s
C.此时 x＝4 m 处质点沿 y 轴负方向
运动
D.此时 x＝4 m 处质点的加速度为 0
图 14-2-1
E.此时 x＝6 m 处的质点的速度最大
解析：读懂波形图，明确波动与振动的关系.由题图可得， 这列波的振幅为 2 cm，A 正确；由题图得，波长λ＝8 m，由 T＝vλ得 T＝2 s，B 正确；由波动与振动的关系得，此时 x＝4 m 处质点沿 y 轴正方向运动，且此质点正处在平衡位置，故加速 度 a＝0，C 错误，D 正确.x＝6 m 处的质点速度为 0，E 错误. 故 A、B、D 正确.
2.波的衍射 (1)定义：波绕过障碍物继续传播的现象. (2)产生明显衍射现象的条件：障碍物的尺寸或孔(缝)的宽 度跟波长___相__差__不__多___，或者比波长__更__小____. 3.多普勒效应 (1)定义：由于波源和观察者之间有__相__对__运__动___，使观察 者接收到的波的频率发生变化的现象. (2)产生条件：波源和观察者之间有__相__对__运__动____. (3)规律：当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频 率__升__高____；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频 率__降__低____.

高考物理《机械振动和机械波》真题练习含答案1．[2023·新课标卷]船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声．声波在空气中和在水中传播时的()A．波速和波长均不同B．频率和波速均不同C．波长和周期均不同D．周期和频率均不同答案：A解析：声波的周期和频率由振源决定，故声波在空气中和在水中传播的周期和频率均相同，但声波在空气和水中传播的波速不同，根据波速与波长关系v＝λf可知，波长也不同，故A正确，B、C、D错误．故选A.2．[2024·浙江1月]如图1所示，质量相等的小球和点光源，分别用相同的弹簧竖直悬挂于同一水平杆上，间距为l，竖直悬挂的观测屏与小球水平间距为2l，小球和光源做小振幅运动时，在观测屏上可观测小球影子的运动．以竖直向上为正方向，小球和光源的振动图像如图2所示，则()A．t1时刻小球向上运动B．t2时刻光源的加速度向上C．t2时刻小球与影子相位差为πD．t3时刻影子的位移为5A答案：D解析：以竖直向上为正方向，根据图2可知，t1时刻，小球位于平衡位置，随后位移为负值，且位移增大，可知，t1时刻小球向下运动，A错误；t2时刻，光源的位移为正值，光源振动图像为正弦式，表明其做简谐运动，根据F回＝－kx＝ma可知，其加速度方向与位移方向相反，位移方向向上，则加速度方向向下，B错误；根据图2可知，小球与光源的振动步调总是相反，由于影子是光源发出的光被小球遮挡后，在屏上留下的阴影，可知，影子与小球的振动步调总是相同，即t2时刻小球与影子相位差为0，C错误；根据图2可知，t3时刻，光源位于最低点，小球位于最高点，根据光沿直线传播，光源能够在屏上留下影子的位置也处于最高点，影子位于正向最大位移处，根据几何关系有ll＋2l ＝A＋AA＋x影子，解得x影子＝5A，即t3时刻影子的位移为5A，D正确．3．[2024·吉林卷]某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示．用绿色激光照双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹．下列做法可以使相邻两条亮条纹中央间距变小的是()A．换用更粗的头发丝B．换用红色激光照射双缝C．增大纸板与墙面的距离D．减小光源与纸板的距离答案：A解析：由于干涉条纹间距Δx＝ldλ可知，换用更粗的头发丝，双缝间距d变大，则相邻两条亮条纹中央间距Δx变小，故A正确；换用红色激光照双缝，波长变长，则相邻两条亮条纹中央间距Δx变大，故B错误；增大纸板与墙面的距离l，则相邻两条亮条纹中央间距Δx 变大，故C错误；减小光源与纸板的距离，不会影响相邻两条亮条纹中央间距Δx，故D错误．故选A.4．[2024·浙江1月](多选)在如图所示的直角坐标系中，xOz平面为介质Ⅰ和Ⅱ的分界面(z轴垂直纸面向外).在介质Ⅰ中的P(0，4λ)处有一点波源，产生波长为λ、速度为v的波．波传到介质Ⅱ中，其速度为2v.图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x轴和y轴分别交于R 和S点，此时波源也恰好位于波峰．M为O、R连线的中点，入射波与反射波在O点相干加强，则()A ．介质Ⅱ中波的频率为2v λB. S 点的坐标为(0，－2 λ)C ．入射波与反射波在M 点相干减弱D. 折射角α的正弦值sin α＝352 答案：BD解析：波从一种介质到另一种介质，频率不变，故介质Ⅱ中波的频率为f ＝v λ，A 错误；在介质Ⅱ中波长为λ′＝2v f＝2 λ，由于图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x 轴和y 轴分别交于R 和S 点，故S 点的坐标为(0，－2 λ)，B 正确；由于S 为波峰，且波传到介质Ⅱ中，其速度为2 v .图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x 轴和y 轴分别交于R 和S 点，则R 也为波峰，故P 到R 比P 到O 多一个波峰，则PR ＝5λ，则OR ＝3λ，由于||MO －PM≠2n ·λ2 或(2n ＋1)λ2 (n ＝0，1，2，…)，故M 点不是减弱点，C 错误；根据n ＝λ′λ＝2 ，则n ＝sin αOR PR，解得sin α＝352 ，D 正确． 5．[2021·天津卷]一列沿x 轴正方向传播的简谐横波，传播速度v ＝10 m/s ，t ＝0时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y 轴正方向运动，下列图形中哪个是t ＝0.6 s 时的波形( )答案：B解析：由图中可以看出该波的波长为λ＝4 m ，根据v ＝λT可知该列波的周期为T ＝0.4 s ，又因为t＝0时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动，当t＝0.6 s时经历了1.5 T，所以此时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴负方向运动，结合图像可知B正确．6．[2023·湖南卷]如图(a)，在均匀介质中有A、B、C和D四点，其中A、B、C三点位于同一直线上，AC＝BC＝4 m，DC＝3 m，DC垂直AB.t＝0时，位于A、B、C处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图(b)所示，振动方向与平面ABD垂直，已知波长为4 m．下列说法正确的是()A．这三列波的波速均为2 m/sB．t＝2 s时，D处的质点开始振动C．t＝4.5 s时，D处的质点向y轴负方向运动D．t＝6 s时，D处的质点与平衡位置的距离是6 cm答案：C解析：由图(b)的振动图像可知，振动的周期为4 s，故三列波的波速为v＝λT＝4 m4 s＝1m/s，A错误；由图(a)可知，D处距离波源C最近的距离为3 m，故开始振动后波源C处的横波传播到D处所需的时间为t C＝DC v＝3 m1 m/s＝3 s故t＝2 s时，D处的质点还未开始振动，B错误；由几何关系可知AD＝BD＝5 m，波源A、B产生的横波传播到D处所需的时间为t AB＝ADv＝5 m1 m/s＝5 s故t＝4.5 s时，仅波源C处的横波传播到D处，此时D处的质点振动时间为t1＝t－t C ＝1.5 s由振动图像可知此时D处的质点向y轴负方向运动，C正确；t＝6 s时，波源C处的横波传播到D处后振动时间为t2＝t－t C＝3 s由振动图像可知此时D处为波源C处传播横波的波谷；t＝6 s时，波源A、B处的横波传播到D处后振动时间为t3＝t－t AB＝1 s由振动图像可知此时D处为波源A、B处传播横波的波峰．根据波的叠加原理可知此时D处质点的位移为y＝2A－A＝2 cm故t＝6 s时，D处的质点与平衡位置的距离是2 cm，D错误．故选C.。