三年高考（2017-2019）高考物理真題分項匯編 專題16 機械振動和機械波（含解析）

專題16 機械振動和機械波1（2019·新課標全國卷）一簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在t=時刻，該波的波形圖如圖（a）所示，P、Q是介質中的兩個質點。圖（b）表示介質中某質點的振動圖像。下列說法正確的是A質點Q的振動圖像與圖（b）相同B在t=0時刻，質點P的速率比質點Q的大C在t=0時刻，質點P的加速度的大小比質點Q的大D平衡位置在坐標原點的質點的振動圖像如圖（b）所示E在t=0時刻，質點P與其平衡位置的距離比質點Q的大【答案】CDE【解析】由圖（b）可知，在時刻，質點正在向y軸負方向振動，而從圖（a）可知，質點Q在 正在向y軸正方向運動，故A錯誤；由的波形圖推知，時刻，質點P正位于波谷，速率為零；質點Q正在平衡位置，故在時刻，質點P的速率小于質點Q，故B錯誤；時刻，質點P正位于波谷，具有沿y軸正方向最大加速度，質點Q在平衡位置，加速度為零，故C正確；時刻，平衡位置在坐標原點處的質點，正處于平衡位置，沿y軸正方向運動，跟（b）圖吻合，故D正確；時刻，質點P正位于波谷，偏離平衡位置位移最大，質點Q在平衡位置，偏離平衡位置位移為零，故E正確。故本題選CDE。2（2019·新課標全國卷）如圖，長為l的細繩下方懸掛一小球a。繩的另一端固定在天花板上O點處，在O點正下方l的處有一固定細鐵釘。將小球向右拉開，使細繩與豎直方向成一小角度（約為2°）后由靜止釋放，并從釋放時開始計時。當小球a擺至最低位置時，細繩會受到鐵釘的阻擋。設小球相對于其平衡位置的水平位移為x，向右為正。下列圖像中，能描述小球在開始一個周期內的x-t關系的是【答案】A【解析】由T=2得：T1=2，T2=2=T1 ，故BD錯誤；， ， ，由能量守恒定律可知，小球先后擺起得最大高度相同，故l-lcos1=，根據數學規(guī)律可得： 故，即第一次振幅是第二次振幅得2倍，故A正確，C錯誤。3（2019·新課標全國卷）水槽中，與水面接觸的兩根相同細桿固定在同一個振動片上。振動片做簡諧振動時，兩根細桿周期性觸動水面形成兩個波源。兩波源發(fā)出的波在水面上相遇。在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣。關于兩列波重疊區(qū)域內水面上振動的質點，下列說法正確的是A不同質點的振幅都相同B不同質點振動的頻率都相同C不同質點振動的相位都相同D不同質點振動的周期都與振動片的周期相同E同一質點處，兩列波的相位差不隨時間變化【答案】BDE【解析】兩列波疊加形成穩(wěn)定的干涉現象的條件是兩列波的頻率相同;任何質點都在按照相同的頻率在振動,不同區(qū)域的質點振幅和位移不一定相同，兩列波在水面上相遇時發(fā)生干涉，有的質點振動加強，有的振動減弱，可知不同的質點的振幅不一定相同，選項A錯誤；各質點振動的頻率與波源頻率相同,波源振動頻率又與振動片的振動頻率相同，不同質點的振動頻率相同，都等于振源的頻率，選項B正確；因各質點距離振源的距離不一定相同，則各質點振動的相位不一定相同，選項C錯誤；不同的質點振動的周期都與細桿的振動周期相同，細桿的振動周期與振動片的周期相同，則不同的質點振動的周期都與振動片的振動周期相同，選項D正確；同一質點處因與振源的位置關系一定，則兩列波的相位差不隨時間變化，選項E正確；故選BDE。4（2019·北京卷）一列簡諧橫波某時刻的波形如圖所示，比較介質中的三個質點a、b、c，則A此刻a的加速度最小B此刻b的速度最小C若波沿x軸正方向傳播，此刻b向y軸正方向運動D若波沿x軸負方向傳播，a比c先回到平衡位置【答案】C【解析】由機械振動特點確定質點的加速度和速度大小，由“上下坡法”確定振動方向。由波動圖象可知，此時質點a位于波峰處，根據質點振動特點可知，質點a的加速度最大，故A錯誤，此時質點b位于平衡位置，所以速度為最大，故B錯誤，若波沿x軸正方向傳播，由“上下坡法”可知，質點b向y軸正方向運動，故C正確，若波沿x軸負方向傳播，由“上下坡法”可知，a質點沿y軸負方向運動，c質點沿y軸正方向運動，所以質點c比質點a先回到平衡位置，故D錯誤。5（2019·天津卷）一列簡諧橫波沿軸傳播，已知軸上和處質點的振動圖像分別如圖1、圖2所示，則此列波的傳播速率可能是ABCD【答案】BC【解析】當該列波向右傳播時，根據題干可知1m和7m之間的距離滿足的關系為，則由可得波速為，當n=1時可得，故C正確，當波向做傳播時1 m和7 m之間的距離關系滿足，則，當n=1時可得，故B正確，講A和D選項代入兩個波速表達式，n均不是整數，因此A和D錯誤。6（2019·江蘇卷）一單擺做簡諧運動，在偏角增大的過程中，擺球的 A位移增大B速度增大C回復力增大D機械能增大【答案】AC【解析】由簡諧運動的特點可知，當偏角增大，擺球偏離平衡位置的位移增大，故A正確；當偏角增大，動能轉化為重力勢能，所以速度減小，故B錯誤；由回復力 可知，位移增大，回復力增大，故C正確，單擺做簡諧運動過程中只有重力做功，所以機械能守恒，故D錯誤；7（2019·浙江選考）如圖所示，兩種不同材料的彈性細繩在O處連接，M、O和N是該繩上的三個點，OM間距離為7.0 m，ON間距離為5.0 m。O點上下振動，則形成以O點為波源向左和向右傳播的簡諧橫波和，其中波的波速為1.0 m/s。t=0時刻O點處在波谷位置，觀察發(fā)現5s后此波谷傳到M點，此時O點正通過平衡位置向上運動，OM間還有一個波谷。則A波的波長為4 mBN點的振動周期為4 sCt=3 s時，N點恰好處于波谷D當M點處于波峰時，N點也一定處于波峰【答案】BD【解析】OM之間有兩個波谷，即，解得波I的波長為，根據題意可知波I的波速為，故波的周期為，同一波源的頻率相同，故N點的振動周期為4 s，A錯誤，B正確；波II的波長為，故在t=0時刻N處于平衡位置向下振動，經過3 s，即四分之三周期，N點在波峰，C錯誤；因為MN兩點到波源的距離都為其各自波長的，又兩者振動周期相同，起振方向相同，所以兩者振動步調相同，即當M點處于波峰時，N點也一定處于波峰，D正確。8（2018·北京卷）如圖所示，一列簡諧橫波向右傳播，P、Q兩質點平衡位置相距0.15 m。當P運動到上方最大位移處時，Q剛好運動到下方最大位移處，則這列波的波長可能是A0.60 mB0.30 mC0.20 mD0.15 m【答案】B【解析】可以畫出PQ之間的最簡單的波形，如圖所示：同時由于PQ可以含有多個完整的波形，則：，整理可以得到：，當時，當時，故選項B正確，ACD錯誤?！久麕燑c睛】解決機械波的題目關鍵在于理解波的周期性，即時間的周期性或空間的周期性，得到波長的通項，再求解處波長的特殊值。9（2018·天津卷）（多選）一振子沿x軸做簡諧運動，平衡位置在坐標原點。t=0時振子的位移為0.1 m，t=1 s時位移為0.1 m，則A若振幅為0.1 m，振子的周期可能為B若振幅為0.1 m，振子的周期可能為C若振幅為0.2 m，振子的周期可能為4 sD若振幅為0.2 m，振子的周期可能為6 s【答案】AD【解析】t=0時刻振子的位移x=0.1 m，t=1 s時刻x=0.1 m，關于平衡位置對稱；如果振幅為0.1 m，則1 s為半周期的奇數倍；如果振幅為0.2 m，分靠近平衡位置和遠離平衡位置分析。若振幅為0.1 m，根據題意可知從t=0 s到t=1 s振子經歷的周期為，則，解得，當n=1時，無論n為何值，T都不會等于，A正確B錯誤；如果振幅為0.2 m，結合位移時間關系圖象，有，或者，或者，對于式，只有當n=0時，T=2 s，為整數；對于式，T不為整數；對于式，當n=0時，T=6 s，之后只會大于6 s，故C錯誤D正確【名師點睛】t=0時刻振子的位移x=0.1 m，t=1 s時刻x=0.1 m，關于平衡位置對稱；如果振幅為0.1 m，則1 s為半周期的奇數倍；如果振幅為0.2 m，分靠近平衡位置和遠離平衡位置分析。10（2018·浙江選考）（多選）兩列頻率相同、振幅均為A的簡諧橫波P、Q分別沿+x和x軸方向在同一介質中傳播，兩列波的振動方向均沿y軸，某時刻兩波的波面如圖所示，實線表示P波的波峰，Q波的波谷；虛線表示P波的波谷、Q波的波峰。a、b、c為三個等間距的質點，d為b、c中間的質點。下列判斷正確的是A質點a的振幅為2AB質點b始終靜止不動C圖示時刻質點c的位移為0D圖示時刻質點d的振動方向沿y軸【答案】CD【解析】質點a和c是兩列波的波峰與波谷相遇點，兩列波的振幅相等，所以a和c位移始終為0，即靜止不動，故A錯誤，C正確；在經過四分之一周期，兩列波各向前傳播四分之一波長，P波a處的波谷和Q波在c處的波谷剛好傳播到b點，所以b點是波谷與波谷相遇，振幅為2A，為振動加強點，故B錯誤；圖示時刻，d點在P波的平衡位置與波峰之間，振動方向沿y軸的負方向，同時d點在Q波的波谷與平衡位置之間，振動方向沿y軸的負方向，所以d點的振動方向沿y軸的負方向，故D正確。11（2018·新課標全國III卷）一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在t=0和t=0.20 s時的波形分別如圖中實線和虛線所示。己知該波的周期T>0.20 s。下列說法正確的是A波速為0.40 m/sB波長為0.08 mCx=0.08 m的質點在t=0.70 s時位于波谷Dx=0.08 m的質點在t=0.12 s時位于波谷E若此波傳入另一介質中其波速變?yōu)?.80 m/s，則它在該介質中的波長為0.32 m【答案】ACE【解析】根據波形圖可知，波長=16 cm=0.16 m，選項B錯誤；根據t=0時刻和t=0.20 s時刻的波形圖和該波的周期T>0.20 s可知，可知該波的周期T=0.40 s，波速v=/T=0.40 m/s，選項A正確；簡諧波沿x軸正方向傳播，x=0.08 m的質點在t=0時刻沿y軸正方向運動，在t=0.70 s時位于波谷，在t=0.12 s時位于y>0的某位置（不是位于波谷），選項C正確D錯誤；若此波傳入另一介質中，周期T不變，其波速變?yōu)関=0.80 m/s，由=vT可得它在該介質中的波長為=0.80×0.4 m=0.32 m，選項E正確。12（2018·江蘇卷）一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在x=0和x=0.6 m處的兩個質點A、B的振動圖象如圖所示。已知該波的波長大于0.6 m，求其波速和波長【答案】v=2 m/s =0.8 m【解析】由圖象可知，周期T=0.4 s由于波長大于0.6 m，由圖象可知，波從A到B的傳播時間t=0.3 s波速，代入數據得v=2 m/s波長=vT，代入數據得=0.8 m13（2018·新課標全國II卷）聲波在空氣中的傳播速度為340 m/s，在鋼鐵中的傳播速度為4 900 m/s。一平直橋由鋼鐵制成，某同學用錘子敲擊一鐵橋的一端而發(fā)出聲音，分別經空氣和橋傳到另一端的時間之差為1.00 s。橋的長度為_m，若該波在空氣中的波長為，則它在鋼鐵中波長為的_倍?！敬鸢浮?65 【解析】可以假設橋的長度，分別算出運動時間，結合題中的1 s求橋長，在不同介質中傳播時波的頻率不會變化。（1）設橋的長度為s則聲音在鋼鐵中傳播的時間聲音在空氣中的傳播時間為根據題意解得：（2）聲音在不同介質中的頻率是不會改變的，由公式可知解得14（2018·新課標全國I卷）一列簡諧橫波在t=時的波形圖如圖（a）所示，P、Q是介質中的兩個質點，圖（b）是質點Q的振動圖象。求（i）波速及波的傳播方向；（ii）質點Q的平衡位置的x坐標。【答案】（1），波沿負方向傳播 （2）xQ=9 cm【解析】本題考查波動圖象、振動圖象、波動傳播及其相關的知識點。（1），波沿負方向傳播 （2）xQ=9 cm【解析】（1）由圖a可以看出，改波的波長為由圖b可以看出周期T=2 s，故波速為=18 cm/s由圖b可知，當時，Q向上振動，結合圖a可知，該波沿x軸負方向傳播（2）設質點P、Q平衡位置的x坐標分別為、。由圖（a）知，處，因此由圖（b）知，在時Q點處于平衡位置，經，其振動狀態(tài)向x軸負方向傳播至P點處，由此及式有由式得，質點Q的平衡位置的x坐標為15（2017·天津卷）手持較長軟繩端點O以周期T在豎直方向上做簡諧運動，帶動繩上的其他質點振動形成簡諧波沿繩水平傳播，示意如圖。繩上有另一質點P，且O、P的平衡位置間距為L。t=0時，O位于最高點，P的位移恰好為零，速度方向豎直向上，下列判斷正確的是A該簡諧波是縱波B該簡諧波的最大波長為2LC時，P在平衡位置上方D時，P的速度方向豎直向上【答案】C【解析】繩波中質點的振動方向與波的傳播方向垂直，屬于橫波，縱波的傳播方向和質點的振動方向在同一直線上，故A錯誤，根據波形圖和波的傳播方向可知，位移恰好為零且速度方向豎直向上的質點與O點的距離應為，其中n=0、1、2，波長，可知當n=0時有波長的最大值，為，故B錯誤；0內P由平衡位置振動到波峰，內P由波峰回動到平衡位置，可知時P在平衡位置上方向上振動，時P在平衡位置上方向下振動，故C正確，D錯誤?！久麕燑c睛】本題應注意波的周期性，要從波長入手。16（2017·北京卷）某彈簧振子沿x軸的簡諧運動圖象如圖所示，下列描述正確的是At=1 s時，振子的速度為零，加速度為負的最大值Bt=2 s時，振子的速度為負，加速度為正的最大值Ct=3 s時，振子的速度為負的最大值，加速度為零Dt=4 s時，振子的速度為正，加速度為負的最大值【答案】A【解析】在t=1 s和t=3 s時，振子偏離平衡位置最遠，速度為零，回復力最大，加速度最大，方向指向平衡位置，A正確，C錯誤；在t=2 s和t=4 s時，振子位于平衡位置，速度最大，回復力和加速度均為零，BD錯誤。【名師點睛】根據振動圖象判斷質點振動方向的方法：沿著時間軸看去，“上坡”段質點向上振動，“下坡”段質點向下振動。17（2017·新課標全國卷）如圖，一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，實線為t=0時的波形圖，虛線為t=0.5 s時的波形圖。已知該簡諧波的周期大于0.5 s。關于該簡諧波，下列說法正確的是A波長為2 mB波速為6 m/sC頻率為1.5 HzDt=1 s時，x=1 m處的質點處于波峰Et=2 s時，x=2 m處的質點經過平衡位置【答案】BCE【解析】由波形圖可知，波長為4 m，A錯誤；實線為t=0時的波形圖，虛線為t=0.5 s時的波形圖，波沿x軸正方向傳播，又該波的周期大于0.5 s，則00.5 s時間內波傳播的距離，故周期，頻率為1.5 Hz，波速，BC正確；由，t=0時，x=1 m處的質點在波峰位置，t=1時，該質點應該在平衡位置向上振動，D錯誤；由，t=0時，x=2 m處的質點在平衡位置，t=2 s時，該質點同樣經過平衡位置，E正確?！久麕燑c睛】本題知道兩個時刻的波形，可以運用波形的平移法分析波傳播的最短距離，要理解“該簡諧波的周期大于0.5 s”表達的意義。18（2017·江蘇卷）野生大象群也有自己的“語言”研究人員錄下象群“語言”交流時發(fā)出的聲音，發(fā)現以2倍速度快速播放時，能聽到比正常播放時更多的聲音播放速度變?yōu)樵瓉淼?倍時，播出聲波的_（選填“周期”或“頻率”）也變?yōu)樵瓉淼?倍，聲波的傳播速度_（選填“變大”、“變小”或“不變”）?！敬鸢浮款l率 不變【解析】頻率由波源決定，播放速度變?yōu)樵瓉淼?倍時，播出聲波的頻率變?yōu)樵瓉韮杀?，傳播速度由介質決定，所以傳播速度不變?！久麕燑c睛】機械波在傳播的過程中，傳播的速度由介質決定，而頻率由波源決定19（2017·新課標全國卷）如圖（a），在xy平面內有兩個沿z方向做簡諧振動的點波源S1（0，4）和S2（0，2）。兩波源的振動圖線分別如圖（b）和圖（c）所示，兩列波的波速均為1.00 m/s。兩列波從波源傳播到點A（8，2）的路程差為_m，兩列波引起的點B（4，1）處質點的振動相互_（填“加強”或“減弱”），點C（0，0.5）處質點的振動相互_（填“加強”或“減弱”）。【答案】2 減弱 加強【解析】由幾何關系可知AS1=10 m，AS2=8 m，所以波程差為2 m；同理可求BS1BS2=0，為波長整數倍，由振動圖象知兩振源振動方向相反，故B點為振動減弱點，CS1CS2=1 m，波長，所以C點振動加強。【名師點睛】本題只要考查產生兩列波相遇處是加強或減弱的條件，尤其小心兩波源振動的方向是相反的，即振動步調相反，剛好顛倒過來。12