机械振动和机械波.doc

机械振动和机械波测试题本试卷分第卷（选择题）和第卷（非选择题）两部分。共150分考试用时120分钟第卷（选择题共40分）一、本题共10小题；每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。1随着电信业的发展，手机是常用的通信工具，当来电话时，它可以用振动提示人们。振动原理很简单：是一个微型电动机带动转轴上的叶片转动。当叶片转动后，电动机就跟着振动起来。其中叶片的形状你认为是下图中的（ ）2甲乙两人同时观察同一单摆的振动，甲每经过2.0s观察一次摆球的位置，发现摆球都在其平衡位置处；乙每经过3.0s观察一次摆球的位置，发现摆球都在平衡位置右侧的最高处，由此可知该单摆的周期可能是（ ）A0.5s B1.0s C2.0s D3.0s3两个振动情况完全一样的波源S1、S2相距6m，它们在空间产生的干涉图样如图所示，图中实线表示振动加强的区域，虚线表示振动减弱的区域，下列说法正确的是（ ）A两波源的振动频率一定相同 B虚线一定是波谷与波谷相遇处C两列波的波长都为2m D两列波的波长都为1m4质量分别为mA=2kg和mB=3kg的A、B两物块，用劲度系数为k的轻弹簧相连后竖直放在水平面上。今用大小为F=45N的力把物块A向下压而使之处于静止，突然撤去压力，则（ ）A物块B有可能离开水平面 B物块B不可能离开水平面C只要k足够小，物块B就可能离开水平面 D只要k足够大，物块B就可能离开水平面5如图所示，沿x轴正方向传播的一列简谐横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200m/s，下列说法中正确的是（ ）A图示时刻质点b的加速度将减小B从图示时刻开始，经过0.01s，质点a通过的路程为0.4mC若此波遇到另一列波并发生稳定干涉现象，则另一列波的频率为50HzD若该波传播中遇到宽约4m的障碍物能发生明显的衍射现象6音箱装饰布网既美观又能阻止灰尘进入音箱内部，但是它又有不利的一面，对于音箱发出的声音来说，布网就成了障碍物，它障碍了声音的传播，造成了声音失真，有的生产厂家就把装饰布网安装了子母扣，这样听音乐时就可以把布网卸下来，从而获得高保真的听觉效果。听同样的音乐不卸下布网和卸下布网相比较，你认为声音损失掉的主要是（ ）A高频部分 B低频部分C中频部分 D不能确定7一列简谐波某时刻的波形如图中实线所示。经过0.5s后的波形如图中的虚线所示。已知波的周期为T，且0.25sT0.5s，则（ ）A当波向+x方向传播时，波速等10m/sB不论波向x轴哪一方向传播，在这0.5s内，x=1m处的质点M通过的路程都相等C当波沿+x方向传播时，x=1m处的质点M和x=2.5m处的质点N在这0.5s内通过的路程不相等D当波沿x方向传播时，经过0.1s时，质点M的位移一定为零8有一个简谐运动的振动曲线如图甲所示，对乙图中判断正确的是（ ）A图（1）可作为vt图象 B图（2）可作为Ft图象C图（3）可作为Ft图象 D图（4）可作为at图象9有一种用细绳操纵沿圆周运动飞行的模型飞机，装有内燃发动机作为动力。下列说法中正确的是（ ）A站在中心的操纵者听到发动机工作时发出的声音的音调忽高忽低地做周期性变化B站在中心的操纵者听到发动机工作时发出的声音的音调是变化的C站在场边的观察者听到发动机工作时发出的声音的音调忽高忽低地做周期性变化D站在场边的观察者听到发动机工作时发出的声音的音调不变10如图所示，两列简谐波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x=2101m和x=12101m处，两列波的波速均为v=0.4m/s，两波源的振幅均为A=2cm。图示为某时刻两列波的图象，此刻平衡位置处于和0.8m的P、Q两质点刚开始振动。质点M的平衡位置处于x=0.5m处，关于各质点运动情况判断正确的是（ ）A质点P、Q都首选沿y轴正向运动Bt=0.75s时刻，质点P、Q都运动到M点Ct=1s时刻，质点M的位移为+4cmDt=1s时刻，质点M的位移为4cm第卷（非选择题 共110分）二、本题共三小题，21分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作图11（5分）根据伊朗国家官方网站公布的数据，2003年岁末，发生在伊朗境内的大地震死亡人数为4.4万人，读地震波波速与地球内部构造图，回答下面问题：（1）图中地震波E是 ，F是 ，判断理由是 。（2）在地表下平均33km处（大陆部分）（或海洋面下7km），纵横波的传播速度都明显增加，这一不连续面叫莫霍面。在地下2900km深处，纵波速度突然下降，横波则完全消失，这一不连续面叫古登堡面。由于莫霍面上下物质都是固态，其力学性质区别不大，所以将地壳和软流圈以上的地幔统称为岩石圈。地球的中心为地核，半径为3473km左右。地核又可分为外核和内核。根据对地震波传播速度的测定，外核可能是 ，内核可能是 。12（12分）将一个质量为m的物体挂在一个劲度系数为k的弹簧下面，如果不考虑弹簧质量和空气阻力，振动周期。为了研究周期和振子质量的关系，某研究性学习小组设计了如图所示的实验装置，将弹簧的一端固定在铁架台上，另一端挂一只小盘，铁架台的竖杆上固定一个可以上下移动的标志物，作为计时标志。改变小盘中砝码的质量m，测出全振动50次的时间并求出相应的周期T。某小组实验数据如下：5.0010.0015.0020.0025.0030.00T(s)42.7/50.044.8/50.046.8/50.048.5/50.050.4/50.052.1/50.0T2(s2)0.7290.8030.8760.9411.0161.086（1）以横轴代表m，纵轴代表T2，作出T2m图，并回答为什么不用T作为纵轴而用T2作为纵轴？（2）根据图线求得弹簧的劲度系数k= .（3）对T2m图作出必要的解释 。13（4分）物理老师用如图甲所示实验装置演示单摆的振动图象，细沙从摆动的漏斗的底部均匀下落，纸板沿着跟摆动方向垂直的方向匀速移动，落在纸板上的沙排成粗细变化的一条曲线如图乙，观察这条细沙曲线，找出其形态特征，并由此说明这个沙摆的摆动规律。（要求列出两条，为叙述方便，可在图上标注字母）（1）细沙曲线 ，说明沙摆 ；（2）细沙曲线 ，说明沙摆 。三、本题共七小题，89分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题答案中必须明确写出数值和单位。14（12分）以速度v=20m/s奔驰的火车，鸣笛声频率f=275Hz，已知常温下空气中的声速v0=340m/s。当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率为多少？当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听到的频率又是多少？15（12分）一列简谐横波由质点A向质点B传播。已知A、B两点相距4m，这列波的波长大于2m而小于20m。下图表示在波的传播过程中A、B两质点的振动的图象。求波的传播速度。16（13分）如图，一颗子弹水平射入一原来静止的单摆摆球并留在摆球内，结果单摆开始做简谐运动，其振动图线如图所示。已知子弹的质量为m=10g，摆球质量M=10kg。那么根据力学规律和题中（包括图）提供的信息，对反映振动系统本身性质的物理量、子弹以及子弹和摆球一起运动过程中的守恒量，你能得到那些定量的结果？（g=10m/s2）17（13分）一列简谐横波沿直线传播，在波的传播方向上有P、Q两个质点，它们相距0.8m。当t=0时，P、Q两点的位移恰好是正最大值，且P、Q间只有一个波谷。当t=0.6s时，P、Q两点正好处于平衡位置，且P、Q两点只有一个波峰和一个波谷，且波峰距Q点的距离第一次为0.2m。求：（1）波由P传至Q，波的周期。（2）波由Q传至P，波的速度。（3）波由Q传至P，从t=0时开始观察，哪些时刻P、Q间（P、Q除外）只有一个质点的位移等于振幅。18（12分）如图甲所示，a、b、c为质量相等的三个弹性小球（可看作质点），a、b分别悬挂在L1=1m，L2=0.25m的轻质细线上，它们刚好与光滑水平面接触而不互相挤压，a、b相距10cm。若c从a和b的连线中点处以v0=5cm/s的速度向左运动，则c将与a和b反复碰撞而往复运动。已知每次碰撞两球彼此交换速度。碰撞后a和b的摆动可看作简谐运动。以c球开始运动作为时间零点，以向左为正方向，在图乙中画出10s内c、a两球运动的位移时间图象，两图象均以各自的初位置为坐标原点，并定量阐述作图的依据。19（13分）一列横波在t=0时刻的波形如图，传播方向沿x轴正方向，已知在0.9s末，P点恰好出现第3次波谷，则从零时刻算起，经过多长时间，在Q点第1次出现波峰？20（14分）劲度系数为k的轻弹簧，竖直放置在地面上，其上端固定有质量为M的钢板，处于静止状态，如图所示，现有一质量为m的小球从距钢板H的高处自由下落并与之发生碰撞，碰撞中无机械能损失。已知M=3m，弹簧振子的周期。（1）求小球与钢板第一次碰撞后，小球的速度v1和钢板的速度v2。（2）要使小球与钢板每次都在同一高度相碰（即钢板的初始位置），求钢板质量的最大值。（3）以小球自由下落的瞬间为计时起点，以向下为正方向，画出小球的vt图线（要求至少画出小球与钢板发生第三次碰撞前的图线，写出画图的依据）。参考答案12345678910AABACBBCDAACCCD4B根据简谐运动的对称和合力提供回复力可判断，要想使B离开地面，F至少为50N。或者利用整体法判断。6 A波长短的声波衍射能力弱，易损失掉。9C 中心到声源的距离不变，所以AB错误。声源时而靠近观察者，时而远离观察者，所以他听到的音调忽高忽低。11答案：地震波E是横波，F是纵波。判断理由是从图中可以看出在接近3000km的液体层时两列波的波速发生了明显变化，根据横波不能在液体中传播，纵波在液体中传播的传播的速度将变小，物质密度越大，传播速度越快，可以判定E是横波，F是纵波。 液态物质 固体物质12答案：（1）图线简单，程线性关系 （2）2.8N/m （3）图线不经过原点的原因：没有考虑砝码盘的质量和弹簧的质量。13答案：（1）两侧粗（沙多）中间细（沙少） 经过平衡位置时速度大。（2）沿轴OO/方向呈周期性（重复性）分布 摆动周期不变14解：火车向观察者驶来（火车接近观察者）时，以观察者为参考系（观察者相对介质静止），声波的波长减小为这时观察者接收到的笛声的频率为火车驶去（火车远离观察者）时，以观察者为参考系，声波的波长增大为这时观察者接收到的笛声的频15解：由振动图象读出T=0.4s。分析图象可知：t=0时，质点A位于+y方向最大位移处，而质点B则经过平衡位置向y方向运动。所以AB间距4=(n+3/4)，=16/(4n+3)，其中n=0,1,2,，因为这列波的波长大于2m而小于20m，所以n=0、1两个可能的取值，即：1=m，2=m，因v=/T，所以v1=m/s v1=m/s。16解：从图中可以看出，单摆的周期T=4s；振幅A=40cm（1）根据单摆的周期公式可求得摆长l：l=4m（2）振动系统的总能量E：E=(m+M)gh=(m+M)g()=2J（3）子弹的初速度v0： 代入数据解得，v0=633m/s。17解：由题意=0.8m（1）若波P传至Q，则t=0.6s=T，解得T=0.8s（2）波由Q传至P，则t=0.6s=T，解得T=2.4s，波速v =0.33m/s（3）若由Q传至P，则T=2.4s，从t=0时刻开始，每经过半个周期，P、Q间只有一个质点的位移等于振幅，即t=nT/2=1.2ns，式中n=0,1,2,3。18解：c运动时做匀速直线运动，速度大小为5cm/s，a、b做简谐运动，可求Ta=2s，Tb=1s。19解：波沿x轴正方向传播，质点P此时刻从平衡位置向y轴负方向开始振动，经T/4时间第一次达波谷位置，P点第三次达波谷经2T+T/4时间，所以2T/4=0.9s，得T=0.4s，波的传播速度为v=5m/s，t=0时播已经传至x=2.5m处，传至Q点需时间为t1=（82.5）/5=1.1s这样，Q点从平衡位置开始向y轴负方向运动，第一次到波峰还需3T/4=0.3s，故须经1.4s在Q点第一次出现波峰。20解：（1）设小球落至钢板时速度为v0，由机械能守恒定律得，mgH=mv02/2 碰撞过程中动量守恒，mv0=mv1+Mv2 机械能无损失，mv12/2+Mv22/2=mv02/2 联立式得，v1=v0/2 ，负号表示方向向上，v2= v0/2，方向竖直向下。（2）由（1）可知，碰撞后小球做竖直