高考物理新力学知识点之机械振动与机械波难题汇编附答案解析(3)
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高考物理新力学知识点之机械振动与机械波难题汇编附答案解析(3)
一、选择题
1.已知在某时刻的波的图像如图所示,且M点的振动方向向上,下述说法正确的是:()
A.A点振动落后于M点,波向右传播
B.A点振动落后于M点,波向左传播
C.B点振动落后于M点,波向右传播
D.B点振动落后于M点,波向左传播
2.在天花板O点处通过细长轻绳栓一小球构成单摆,在O点正下方A点有一个能挡住摆线的钉子,OA的距离是单摆摆长的一半,如图所示。
现将单摆向左方拉开一个小角度θ(θ<5°),然后无初速度地释放,关于单摆以后的运动,下列说法正确的是()
A.摆球往返运动一次的周期比无钉子时的单摆周期小
B.摆球在平衡位置右侧上升的最大高度大于在平衡位置左侧上升的最大高度
C.摆球在平衡位置左、右两侧走过的最大弧长相等
D.摆球向左经过最低点的速度大于向右经过最低点的速度
3.图甲所示为以O点为平衡位置、在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子,图乙为这个弹簧振子的振动图象,由图可知下列说法中正确的是
A.在t=0.2s时,弹簧振子运动到O位置
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的时间内,弹簧振子的动能持续地减小
D.在t=0.2s与t=0.6s两个时刻,弹簧振子的加速度相同
4.一质点做简谐运动的图象如图所示,该质点在t=3.5s时刻( )
A.速度为正、加速度为正
B.速度为负、加速度为负
C.速度为负、加速度为正
D.速度为正、加速度为负
5.如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t1=0时的波形图。
经过t2=0.1s,Q点振动状态传到P点,则()
A.这列波的波速为40cm/s
B.t2时刻Q点加速度沿y轴的正方向
C.t2时刻P点正在平衡位置且向y轴的负方向运动
D.t2时刻Q点正在波谷位置,速度沿y轴的正方向
6.如图所示,为一列沿x轴正方向传播的机械波在某一时刻的图像,由图可知,这列波的振幅A、波长λ和x=l米处质点的速度方向分别为:()
A.A=0.4 m λ=1m 向上
B.A=1m λ=0.4m 向下
C.A=0.4m λ=2m 向下
D.A=2 m λ=3m 向上
7.如图所示两个频率、相位、振幅均相同的波的干涉图样,实线表示波峰,虚线表示波谷,对叠加的结果正确的描述是()
A.在A点出现波峰后,经过半个周期该点还是波峰
B.B点在干涉过程中振幅始终为零
C.两波在B点路程差是波长的整数倍
D.当C点为波谷时,经过一个周期此点出现波峰
8.一列简谐横波沿x轴传播,a、b为x轴上的两质点,平衡位置分别为 x=0,x=x b(x b>0).a 点的振动规律如图所示。
已知波速为v=1m/s,在t=0s 时b 的位移为 0.05m,则下列判断正确的是
A.从t=0 时刻起的 2s 内,a质点随波迁移了 2m
B.t=0.5s 时,质点a的位移为 0.05m
C.若波沿x 轴正向传播,则可能x b=0.5m
D.若波沿x轴负向传播,则可能x b=2.5m
9.沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图如图所示,A, B、C三个质点的平衡位置分别为x A=1.5m、x B=2m、x C=3m,t=0.9s时质点A恰好第二次到达波峰,下列说法正确中的是
A.波传播的速度为10m/s
B.t=0.1s时质点A运动到质点B的位置
C.质点C在t=0.9s时沿y轴负方向振动
D.质点B的振动表达式为y=5sin(2.5πt)cm
10.一列横波某时刻的波形图如图甲所示,图乙表示介质中某质点此后一段时间内的振动
图象.下列说法正确的是( )
A .若波沿x 轴正方向传播,则图乙表示的是质点N 的振动图象
B .若波沿x 轴负方向传播,则图乙表示的是质点K 的振动图象
C .若图乙表示的是质点L 的振动图象,则波沿x 轴正方向传播
D .若图乙表示的是质点M 的振动图象,则波沿x 轴负方向传播
11.一条绳子可以分成一个个小段,每小段都可以看做一个质点,这些质点之间存在着相互作用。
如图所示,1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点,绳处于水平方向。
质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,会带动2、3、4……各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传向右端。
质点1的振动周期为T 。
t = 0时质点1开始竖直向上运动,经过四分之一周期,质点5开始运动。
下列判断正确的是
A .质点1与质点20间相距一个波长
B .质点20开始振动时运动方向向下
C .2T t =
时质点5的加速度方向向上 D .34
T t =时质点12的运动方向向上 12.做简谐运动的物体,下列说法正确的是
A .当它每次经过同一位置时,位移可能不同
B .当它每次经过同一位置时,速度可能不同
C .在一次全振动中通过的路程不一定为振幅的四倍
D .在四分之一周期内通过的路程一定为一倍的振幅
13.某质点做简谐运动的振幅为A,周期为T ,则质点在
6T 时间内的最大路程是 A .1.5A
B .A
C .0.5A
D .0.2A 14.一列沿x 轴正方向传播的间谐机械横波,波速为4m/s .某时刻波形如图所示,下列说
法正确的是
A .这列波的振幅为4cm
B .这列波的周期为1s
C .此时x =4m 处质点沿y 轴负方向运动
D .此时x =4m 处质点的加速度为0
15.如图所示,摆球质量相同的四个摆的摆长分别为L l =2m ,L 2=1.5m ,L 3=lm ,L 4=0.5m ,悬于同一根绷紧的横线上,用一周期为2s 的驱动力作用在横线上,使它们做受迫振动,稳定时
A .摆1的周期最长
B .摆2的振幅最大
C .摆3的振幅最大
D .四个摆的周期不同,但振幅相等
16.在弹性绳左右两端垂直绳轻摇一下,产生两个振动方向、振幅和波长都相同的正弦形“孤波”,t =0时刻两孤波传播至如图所示位置,已知左侧孤波向右传播速度大小为1v =1m/s ,下列说法正确的是( )
A .t =0时坐标在x =-2m 处的质点,在t =2s 时运动到了O 点
B .右侧孤波向左传播的速度大小2v 与1v 不一定相等
C .t =2.5s 时,O 点处的质点位于波峰
D .t =3s 时,O 点处的质点加速度最大
17.一列简谐横波沿x 轴正方向传播,在t 秒与(t +0.2)秒两个时刻,在x 轴上(–3m ,3m)区间的波形完全相同,如图所示。
并且图中M ,N 两质点在t 秒时位移均为
2
a ,下列说法中正确的是( )
A .该波的最大波速为20m/s
B .(t +0.1)秒时刻,x =-2m 处的质点位移一定是a
C .从t 秒时刻起,x =2m 处的质点比x =2.5m 的质点先回到平衡位置
D .从t 秒时刻起,在质点M 第一次到达平衡位置时,质点N 恰好到达波峰
18.如图所示,图甲为一简谐横波在t =0.10s 时的波形图,P 是平衡位置在x = 0.5m 处的质点,Q 是平衡位置在x =2m 处的质点;图乙为质点Q 的振动图象。
下列说法正确的是( )
A .这列波沿x 轴正方向传播
B .这列波的传播速度为2m/s
C .t =0.15s ,P 的加速度方向与速度方向相同
D .从t =0.10s 到t =0.15s ,P 通过的路程为
10cm 19.如图所示,1S 和2S 为两相干波源,它们的振动方向均垂直于纸面,产生的两列简谐横波波长为0.4m 。
P 点是两列波相遇区域中的一点,已知P 点到两波源的距离分别为1 1.1m S P =,2 1.2m S P =,两列波在P 点干涉相消。
波源1S 的振动方程为
1sin 2y A t π=,则2S 的振动方程可能为( )
A .2sin 2y A t π=
B .21sin 24y A t ππ⎛⎫=- ⎪⎝⎭
C .21sin 22y A t ππ⎛
⎫=- ⎪⎝
⎭ D .2sin(2)y A t ππ=- 20.一弹簧振子作简谐运动,下列说法正确的是( )
A .若位移为负值,则速度一定为正值,加速度也一定为正值
B .振子通过平衡位置时,速度为零,加速度最大
C .振子每次通过平衡位置时,加速度相同,速度也一定相同
D .振子每次通过同一位置时,其速度不一定相同,但加速度一定相同
21.把在北京调准的摆钟,由北京移到赤道上时,摆钟的振动( )
A .变慢了,要使它恢复准确,应增加摆长
B.变慢了,要使它恢复准确,应缩短摆长
C.变快了,要使它恢复准确,应增加摆长
D.变快了,要使它恢复准确,应缩短摆长
22.发生下列哪一种情况时,单摆周期会增大()
A.增大摆球质量 B.缩短摆长
C.减小单摆振幅 D.将单摆由山下移至山顶
23.公路上匀速行驶的货车受一扰动,车上货物随车厢底板上下振动但不脱离底板.一段时间内货物在竖直方向的振动可视为简谐运动,周期为T.取竖直向上为正方向,以t=0时刻作为计时起点,其振动图像如图所示,则
A.t=1
4
T时,货物对车厢底板的压力最大
B.t=1
2
T时,货物对车厢底板的压力最小
C.t=3
4
T时,货物对车厢底板的压力最大
D.t=3
4
T时,货物对车厢底板的压力最小
24.两木块A、B质量分别为m、M,用劲度系数为k的轻弹簧连在一起,放在水平地面上,如图所示,用外力将木块A压下一段距离静止,释放后A上下做简谐振动。
在振动过程中,木块B刚好始终不离开地面(即它对地面最小压力为零)。
以下说法正确的是(
)
A.在振动过程中木块A的机械能守恒B.A做简谐振动的振幅为mg k
C.A做简谐振动的振幅为Mg
k
D.木块B对地面的最大压力是2Mg2mg
25.一弹簧振子做简谐运动,其位移x与时间t的关系曲线如图所示,由图可知:()
A.质点的振动频率是4Hz
B.t=2s时,质点的加速度最大
C.质点的振幅为5cm
D.t=3s时,质点所受合力为正向最大
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一、选择题
1.B
解析:B
【解析】
【详解】
A、B、M点的振动方向向上,A到B半个波长的范围,振动方向相同,A点振动落后于M 点,则波向左传播;故B正确,A错误.
C、D,M点的振动方向向上,A到B半个波长的范围,振动方向相同,B点振动超前于M 点,而波向左传播。
故C、D错误.
故选B.
【点睛】
本题是根据比较质点振动的先后来判断波的传播方向,也可以根据波形平移的方法确定波的传播方向.
2.A
解析:A
【解析】
【详解】
摆线被钉子挡住后,绕A点做单摆运动,摆长发生变化,则周期也要发生变化。
以前往返
一次的周期为:T=2l
g2
l l
g g
.故A正确。
根
据机械能守恒定律,摆球在左、右两侧上升的最大高度一样。
故B错误。
由几何关系得,右边的弧长小于左边的弧长,故C错误。
摆球摆动的过程中机械能守恒,所以摆球向左经过最低点的速度等于向右经过最低点的速度。
故D错误。
3.C
【解析】
【详解】
A. 由图知,若从平衡位置计时,则在t=0.2s时,弹簧振子运动到B位置,故A项与题意不相符;
B. 在t=0.1s与t=0.3s两个时刻,弹簧振子的速度大小相等,方向相反,故B项与题意不相符;
C. 从t=0到t=0.2s的时间内,弹簧振子的位移越来越大,弹簧的弹性势能越来越大,其动能越来越小,故C项与题意相符;
D. 在t=0.2s与t=0.6s两个时刻,弹簧振子的加速度大小相等,方向相反,故D项与题意不相符。
4.D
解析:D
【解析】
根据图中信息可得,该质点在3.5s时位于x轴正方向并向正向最大振幅处运动,所以该质点的速度方向为正,加速度为负,选D
5.B
解析:B
【解析】
【分析】
由经过0.1s,Q点振动状态传到P点可知波向左传播的距离,从而求解波速;波向左传播3/4个波长,则质点振动了3/4个周期,由此确定P、Q质点的振动情况。
【详解】
由题意可知,0.1s内波向左传播的距离为3m,则波速,选项A错误;t2时刻Q点振动了3T/4到达了波谷位置,则此时加速度沿y轴的正方向,速度为零,选项B正确,D错误;因t2时刻,Q点的振动传到P点,可知P点正在平衡位置且向y轴的正方向运动,选项C错误;故选B.
【点睛】
本题的关键是根据波形平移法确定波传播的距离和波速,分析各个特殊点的位置和状态,再分析质点的振动情况.
6.C
解析:C
【解析】
【详解】
由图像可知A=0.4m,波长为2m,该波沿x轴正方向,由“前带后,后跟前”,可判断质点1m正在向下振动;故C正确,ABD三项错误.
7.B
解析:B
【详解】
A .在A 点出现波峰后,经过半个周期该点是波谷;故A 错误.
B .B 点是波峰与波谷叠加,为振动减弱点,且始终振动减弱.由于两列波的振幅相等,所以B 点在干涉过程中振幅始终为零;故B 正确.
C .B 点是波峰与波谷叠加,为振动减弱点,两波在B 点路程差是半波长的奇数倍;故C 错误.
D .由图可知C 点为振动的加强点,当C 点为波谷时,经过一个周期此点仍然是波谷.故D 错误.
故选B.
8.D
解析:D
【解析】
【详解】
根据图象可知该波的周期为2s ,振幅为0.05m 。
A.在波传播过程中,各质点在自己的平衡位置附近振动,并不随波传播。
故A 错误;
B.由图可知,t =0.5s 时,质点a 的位移为−0.05m 。
故B 错误;
C.已知波速为v =1m/s ,则波长:
==12=2m vT λ⨯;
由图可知,在t =1s 时刻a 位于平衡位置而且振动的方向向上,而在t =1s 时b 的位移为0.05m ,位于正的最大位移处,可知若波沿x 轴正向传播,则b 与a 之间的距离为:
3+01234n n λ⎛⎫⋯ ⎪⎝⎭
,(=,,,), 可能为:
=1.5m 3.5m b x ,。
故C 错误;
D.结合C 的分析可知,若波沿x 轴负向传播,则b 与a 之间的距离为:
()=+140123b x n n λ⋯,(=,,,),
可能为:
=0.5m 2.5m b x ,。
故D 正确。
9.D
解析:D
【解析】
【详解】
A .由图可得:波长λ=4m ,根据波向右传播可得:当波向右传播△x=4.5m 时质点A 恰好第二次到达波峰,故波速 4.5=5m/s 0.9x v t ==,周期0.8T s v λ==,故A 错误;
B .波上质点不随波的传播而迁移,图示简谐横波只在y 方向上振动,x 方向的位移为零,故质点A 不可能运动到质点 B 的位置,故B 错误;
C .质点A 、C 水平位之间距离△x ′=1.5m ,t =0.9s 时质点A 恰好到达波峰,故质点C 位移为负,根据波形,由波向右传播可得:质点C 沿y 轴正方向运动,故C 错误;
D .根据波向右传播可得:t =0时刻,质点B 在平衡位置向上振动;由图可得:振幅A =5cm ,又有周期T =0.8s ,故质点B 的振动表达式为为y =5sin2.5πt (cm ),故D 正确; 故选D 。
10.C
解析:C
【解析】
试题分析:图甲是波动图像,图乙是振动图像,若波沿x 轴正方向传播,则N 点的振动图像向下,故图乙不是N 点的振动图像,选项A 错误;若波沿x 轴负方向传播,则K 点由最大位置向下振动,故图乙不是表示质点K 的振动图象,选项B 错误;若图乙表示的是质点L 的振动图象,说明L 点向上振动,根据波的传播方向与质点的振动关系可知,波沿x 轴正方向传播,选项C 正确;M 点位于负的最大位移处,它要向上运动,故图乙表示的不是质点M 的振动图象,故选项D 错误.
考点:波的传播与质点的振动关系.
11.D
解析:D
【解析】
【详解】
A .由题意可知,第1到第5个质点之间为
14
λ,则质点1与质点17间相距一个波长,选项A 错误;
B .因为质点1开始起振的方向向上,则质点20开始振动时运动方向也向上,选项B 错误;
C .在4
T t =
时刻质点5开始向上振动,在2T t =时质点5到达最高点,其加速度方向向下,选项C 错误;
D .34T t =时质点13刚开始起振,此时质点12已经振动了16T ,则运动方向向上,选项D 正确;
故选D.
12.B
解析:B
【解析】
A 、振动质点的位移是指离开位置的位移,做简谐运动的物体,每次通过同一位置时,位移一定相同,则A 错误.
B 、做简谐运动的物体,每次通过同一位置时,速度可能有两种方向,而速度是矢量,所以速度不一定相同,故B 正确.
C 、简谐运动一次全振动是在一
个周期内,物体通过的路程一定为振幅的4倍,故C 错误.D 、简谐振动物体在四分之一周期内的路程不一定等于一个振幅,要看开始时的位置,故D 错误.故选B .
【点睛】掌握简谐运动的物体的受力特点和运动特点,经过同一位置时这三个量一定相同:位移、加速度和回复力.简谐振动物体在四分之一周期内的路程不一定等于一个振幅,在半个周期内,物体通过的路程一定为振幅的2倍,所以在四分之三个周期内,物体通过的路程不一定为振幅的3倍,一个周期的路程一定为振幅的4倍.
13.B
解析:B
【解析】
【分析】
本题考查机械振动中质点的振动路程的计算。
【详解】 质点振动速度越大,在6
T 时间内的振动路程越大,已知质点在平衡位置处速度最大,所以质点在该时间内路程最大,需要在平衡位置上下方个振动
12T 时间, 2212
x Asin
A π==
B 正确,ACD 错误;
故选B 。
14.D
解析:D
【解析】
试题分析:振幅等于y 的最大值,故这列波的振幅为A=2cm .故A 错误.由图知,波长λ=8m ,由波速公式v T λ
=,得周期824
T s s v λ
===.故B 错误.简谐机械横波沿x 轴正方向传播,由波形平移法得知,此时x=4m 处质点沿y 轴正方向运动.故C 错误.此时x=4m 处质点沿处于平衡位置,加速度为零.故D 正确.故选D .
考点:波的图像
15.C
解析:C
【解析】
【详解】
根据单摆的周期公式2T =是
、2s
由于四个摆的摆长不同,所以四个摆的固有周期不同,但四个摆振动起来后,策动力使得
摆做受迫振动,振动的周期都等于2s 。
所以各摆振动的振动周期都相等;由于摆3的固有周期与策动力的周期相等,故摆3发生共振,振幅最大,而摆1的振幅较小。
故选C 。
16.C
解析:C
【解析】
【分析】
【详解】
A .波在介质中传播时,介质中质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波的传播而迁移,故A 错误;
B .在同一介质中,同一种波的传播速度相同,故B 错误;
C .由于两波的传播速度相同,由图可知,t =2.5s 时刻,两个孤波的“波峰”这种振动状态传至O 点,因此,O 点位移向上达到最大,速度为0即波峰位置,故C 正确;
D .t =0时刻坐标在x =-3m 和x =+3m 处的质点都处于平衡位置且向下运动,由波的平移法可知,其振动形式在t =3s 时刻传至O 点,此时O 点处质点处于平衡位置,加速度为0,故D 错误。
故选C 。
17.C
解析:C
【解析】
【分析】
【详解】
A .由题意知波长λ=4m ,由于两个时刻的波形相同,经过了整数倍周期的时间,则得
0.2s=nT (n =0,1,2……)
传播速度
20(m/s)n v n T T
λλ==
=(n =0,1,2……) 所以该波的最小波速为20m/s ,故A 错误; B .由于周期不确定,时间0.1s 不一定等于半个周期,则(t +0.1)秒时刻,x =-2m 处的质点不一定到达波峰,位移就不一定是a ,故B 错误;
C .由t 时刻波形图知,x =2m 处的质点在波谷向上振动,x =2.5m 的质点向下运动,所以x =2m 处的质点先回到平衡位置,故C 正确;
D .根据数学知识得知质点M 和N 之间的距离等于
6
λ,由波形得知,质点M 第一次到达平衡位置时,质点N 不在波峰,故D 错误。
故选C 。
18.C
解析:C
【解析】
【详解】
A .分析振动图像,由乙图读出,在t =0.10s 时Q 点的速度方向沿y 轴负方向,根据波动规律结合图甲可知,该波沿x 轴负方向的传播,故A 错误;
B .由甲图读出波长为λ=4m ,由乙图读出周期为T =0.2s ,则波速为
4m/s 20m/s 0.2
v T λ=
== 故B 错误; C .从t =0.10s 到t =0.15s ,质点P 振动了4
T ,根据波动规律可知,t =0.15s 时,质点P 位于平衡位置上方,速度方向沿y 轴负方向振动,则加速度方向沿y 轴负方向,两者方向相同,故C 正确;
D .在t =0.10s 时质点P 不在平衡位置和最大位移处,所以从t =0.10s 到t =0.15s ,质点P 通过的路程
s ≠A =10cm
故D 错误。
故选C 。
19.C
解析:C
【解析】
【分析】
【详解】
由于
131.1m=24
S P λ= 波源1S 引起P 点的相位为π2π2
t -
由于 2 1.2m=3S P λ=
波源2S 引起P 点的相位为2πt ϕ+
引起两列波在P 点干涉相消的条件
π2π(2π+)=(2n+1)π2t t ϕ-
- 当n =-1时解得π2
ϕ=-
故选C 。
20.D
解析:D
【解析】
向着平衡位置运动,速度为正值,加速度的方向指向平衡位置,AC 错;振子经过平衡位置
时,加速度为零,速度最大,B 错;D 对;
21.B
解析:B
【解析】
【分析】
【详解】
把调准的摆钟,由北京移至赤道,重力加速度变小,根据周期公式
2L T g
π= 则周期变长,钟变慢,要使它准确应该使T 减小,即减少摆长L 。
故ACD 错误,B 正确。
故选B 。
22.D
解析:D
【解析】
【详解】
根据单摆的周期公式
,要增大单摆周期,可以增加摆长或减小重力加速度;与摆球的质量和振幅无关;将单摆由山下移至山顶,重力加速度变小;故A 、B 、C 错误,D 正
确;故选D 。
【点睛】 解决本题的关键掌握单摆的周期公式,知道影响单摆周期的因素.
23.C
解析:C
【解析】
t =T /4时,货物加速度方向向下,失重,货物对车厢底板的压力最小,A 错误;t =T /2时,货物加速度为零,货物对车厢底板的压力等于重力大小,B 错误;t =3T /4时,货物加速度方向向上且最大,超重,此时货物对车厢底板的压力最大,C 正确、D 错误.
24.D
解析:D
【解析】
【详解】
A 、振动过程中木块A 与弹簧组成的系统机械能守恒,木块A 机械能不守恒,故A 错误; BCD 、:当弹簧处于伸长至最长状态时,M 刚好对地面压力为零,故弹簧中弹力F Mg =,此时m 有最大加速度,由F mg ma +=,得:F mg a m
+=,由对称性,当m 运动至最低点时,弹簧中弹力大小为F ,但此时弹簧是处于压缩状态,根据牛顿第二定律得:F mg ma -=,即()2F m g a mg Mg =+=+,所以木块B 对地面的最大压力是
2()F F Mg m M g 压=+=+; 振幅为最大位移与平衡位置的距离:mg Mg k k
+,故D 正确,B 、C 错误;
故选D 。
【点睛】 关键是要注意撤去外力后,A 以未加压力时的位置为平衡位置做简谐振动,当B 刚好要离开地面时,A 处于最高点时,A 的加速度最大,A 处于最低点时,弹簧对B 的压力最大。
25.C
解析:C
【解析】
【详解】
A 、由图读出质点的振动周期 T =4s ,则振动频率
;故A 错误. B 、t =2s 时,质点的位移为零,由知质点的加速度最小;故B 错误.
C 、振子的振幅等于振子位移的最大值,由图读出振幅为5cm ;C 正确.
D 、t =3s 时,质点的位移为正向最大,由F =-kx ,知质点所受合力为负向最大;故D 错误. 故选C.
【点睛】
本题简谐运动的图象能直接读出振幅和周期.对于质点的速度方向,也可以根据斜率读出.简谐运动的特征,是分析加速度常用的方法.。