2018版高考物理复习专题五加试选择题题型强化多选题型第1讲机械振动和机械波学案.docx

第1讲机械振动和机械波选考考点分布章知识内容考试要求历次选考统计必考加试2015/102016/042016/102017/042017/11机械振动与机械波简谐运动b简谐运动的描述c15简谐运动的回复力和能量b15单摆c1521(1)外力作用下的振动b波的形成和传播b1515波的图象b1515波长、频率和波速c151415波的衍射和干涉b1516多普勒效应b惠更斯原理b考点一机械振动和图象1(多选)(2016浙江4月选考15)摆球质量相等的甲、乙两单摆悬挂点高度相同，其振动图象如图1所示选悬挂点所在水平面为重力势能的参考面，由图可知()图1A甲、乙两单摆的摆长之比是Bta时刻甲、乙两单摆的摆角相等Ctb时刻甲、乙两单摆的势能差最大Dtc时刻甲、乙两单摆的速率相等答案AC解析由题图可知，又因为T2，所以摆长之比为，A正确；由于两摆线长度不同，在ta时刻离开平衡位置位移相等的位置，两个单摆的摆角不相等，B错误；因为甲的摆线短、摆幅大，所以甲上升的最大高度大于乙的，在tb时刻，乙在平衡位置(最低处)，而甲在最高处，因此两者的势能差是最大的，C对由于甲偏离平衡位置高度差大于乙的，所以甲经过平衡位置时的速度大于乙的，所以D错2(多选)(人教版选修34P13“演示”改编)甲、乙两位同学分别使用图2a所示的同一套装置观察单摆做简谐运动时的振动图象，已知二人实验时所用的单摆的摆长相同，落在木板上的细沙分别形成的曲线如图b所示，下面关于两图线的说法中正确的是()图2A甲图表示沙摆摆动的幅度较大，乙图摆动的幅度较小B甲图表示沙摆摆动的周期较大，乙图摆动的周期较小C二人拉木板的速度不同，甲、乙木板的速度关系v甲2v乙D二人拉木板的速度不同，甲、乙木板的速度关系v乙2v甲答案AC解析由图可知，甲的振动幅度较大，乙的幅度较小，故A正确；两摆由于摆长相同，则由单摆的性质可知，两摆的周期相同，故B错误；由图可知，甲的时间为2T，乙的时间为4T，则由v可知，二人拉木板的速度不同，甲、乙木板的速度关系为v甲2v乙，故C正确，D错误3(多选)(2017嘉兴市3月模拟)如图3甲所示，O是单摆的平衡位置，B、C是摆球所能到达的最远位置此单摆振动图象如图乙所示，则()图3A单摆振幅是16 cmB单摆摆长约为1 mC摆球经过O点加速度不为零D摆幅减小，周期也减小答案BC4(多选)(人教版选修34P21第4题改编)如图4所示是一个单摆的共振曲线，根据该共振曲线，下列说法正确的是()图4A根据该共振曲线可得到单摆的固有频率B当驱动力频率为f0时单摆发生共振C当驱动力的频率增加时共振曲线峰值右移D当单摆的摆长变长后，共振曲线峰值右移答案AB5(多选)(2017湖州市高二上期末)一质点做简谐运动，质点的位移随时间变化规律如图5所示，则从图中可以看出()图5A质点做简谐运动的频率为0.25 HzBt3 s时，质点的速度为零Ct3 s时，质点的加速度为零D在12 s间，质点的速度逐渐变大答案AC解析由图知，该质点的周期为4 s，频率为0.25 Hz，故A正确；t3 s时，质点处于平衡位置，加速度为零，速度最大，故B错误，C正确；在12 s间，质点由平衡位置向最大位移处运动，速度越来越小，故D错误1.简谐运动的特征(1)受力特征：回复力满足Fkx.(2)运动特征：当物体靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；当物体远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小(3)能量特征：对弹簧振子和单摆来说，振幅越大，能量越大，在振动过程中，动能和势能相互转化，机械能守恒(4)周期性特征：物体做简谐运动时，其位移、回复力、加速度、速度等矢量都随时间做周期性的变化(5)对称性特征：速率、加速度等关于平衡位置对称2振动图象提供的信息(1)由图象可以看出质点振动的振幅、周期(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移(3)可以确定各时刻质点的振动方向(4)可以确定某时刻质点的回复力、加速度和速度的方向(5)能够比较不同时刻质点的速度、加速度的大小考点二机械波和图象1(多选)(2017浙江4月选考15)一列向右传播的简谐横波，当波传到x2.0 m处的P点时开始计时，该时刻波形如图6所示t0.9 s时观测到质点P第三次到达波峰位置下列说法正确的是()图6A波速为0.5 m/sB经1.4 s质点P运动的路程为70 cmCt1.6 s时，x4.5 m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2.5 Hz答案BCD解析根据同侧法可知，起振方向为竖直向上P点第三次到达波峰即(2)T0.9，T0.4 s，所以波速v5 m/s，所以A选项错误.1.4 s相当于3.5个周期，每个周期路程为20 cm，所以B正确经过t s0.5 s，再经过2.75T即1.1 s后Q第三次到达波谷，选项C正确要发生干涉现象，另外一列波的频率一定与该波相同，即2.5 Hz，选项D正确2(多选)(2015浙江10月选考15)沿x轴正方向传播的简谐横波，振幅为5 cm，质点A、B的平衡位置离O点的距离分别为1.8 m和3.0 mt0时的波形如图7所示，t0.6 s时质点A恰好第二次到达波峰下列说法正确的是()图7A波速为3 m/sB频率为2 HzC质点B在00.6 s内路程为25 cmD质点B在t0.6 s沿y轴正方向运动答案BD解析由图象可知4 m，波沿x轴正方向传播，t0时质点A左边的第二个波峰距质点A的距离x(1.8 m)4.8 m，可知波速为v8 m/s，A错误；波的频率f Hz2 Hz，波的周期T0.5 s，B正确；由于0.6 sT，故00.6 s内质点B的路程s0.6 s，则()图12A波的周期为0.8 sB在t0.9 s时，P点沿y轴正方向运动C经过0.4 s，P点经过的路程为0.4 mD在t0.5 s时，Q点到达波峰位置答案ACD解析根据题意应用平移法可知由实线得到虚线需要将图象沿x轴负方向平移(n)，其中n0、1、2、3、4，故由实线传播到虚线这种状态需要(n)T，即(n)T0.6 s，解得T s，其中n0、1、2、3、4，又T0.6 s，故周期为0.8 s，故A正确由于波沿x轴负方向传播，故t0时刻P点沿y轴负方向运动，而周期T0.8 s，故t0.8 s时P点沿y轴负方向运动，1.0 s时P点到达波谷，故0.9 s时P点沿y轴负方向运动，故B错误在一个周期内P点完成一个全振动，即其运动路程为4A，而0.4 sT，故P点的运动路程为2A0.4 m，C正确由题意可知波长8 m，则波速v10 m/s，在t0时刻Q点的横坐标为x05 m由于波沿x轴负方向运动，故在t0.5 s的时间内波沿x轴负方向传播的距离为xvt100.5 m5 m，故在t0.5 s时，Q点振动情况和t0时刻距离坐标原点10 m处的质点的振动情况相同，而t0时刻距离坐标原点10 m处的质点在波峰，故在t0.5 s时，Q点到达波峰位置故D正确故选A、C、D.1.波的传播方向和质点的振动方向的互判方法(1)“上下坡法”(2)“同侧法”(3)“微平移法”2波的图象特点(1)质点振动nT(波传播n)时，波形不变(2)在波的传播方向上，当两质点平衡位置的距离为n(n1,2,3)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n1)(n0,1,2,3)时，它们的振动步调总相反(3)波源的起振方向决定了它后面的质点的起振方向，各质点的起振方向与波源的起振方向相同考点三机械振动和机械波的综合问题1(多选)图13甲为一列简谐横波在t0.10 s时刻的波形图，P是平衡位置在x1.0 m处的质点，Q是平衡位置在x4.0 m处的质点；图乙为质点Q的振动图象下列说法正确的是()图13A在t0.10 s时，质点Q向y轴正方向运动B在t0.25 s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同C从t0.10 s到t0.25 s，该波沿x轴负方向传播了6 mD从t0.10 s到t0.25 s，质点P通过的路程为30 cm答案BC解析由Q点的振动图象可知，t0.10 s时质点Q向y轴负方向振动，选项A错误；由波动图象可知，波向左传播，t0.10 s时质点P向上振动，再经过0.15 s，即t0.25 s时，质点P振动到x轴的下方，加速度沿y轴正方向，选项B正确；波速v m/s40 m/s，所以从t0.10 s到t0.25 s时间内，该波沿x轴负方向传播的距离x400.15 m6 m，选项C正确；由于在t0.10 s时，质点P既不在波峰、波谷，也不在平衡位置，因此在T的时间内通过的路程不等于3A30 cm，选项D错误2(多选)(人教版选修34P28第2题改编)一列横波某时刻的波形如图14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()图14A若波沿x轴正方向传播，图乙为L点的振动图象B若波沿x轴正方向传播，图乙为M点的振动图象C若波沿x轴负方向传播，图乙为L点的振动图象D若波沿x轴负方向传播，图乙为N点的振动图象答案AD3(多选)(人教版选修34P12“问题与练习”第2题改编)下列四幅图中关于机械振动和机械波的说法正确的是()A粗糙斜面上的金属球M在弹簧的作用下运动，该运动是简谐运动B单摆的摆长为l，摆球的质量为m、位移为x，此时回复力为FxC质点A、C平衡位置之间的距离就是简谐波的一个波长D实线为某时刻的波形图，此时质点M向下运动，经极短时间后波形图如虚线所示答案BD解析在粗糙斜面上金属球运动过程中，要不断克服摩擦力做功，系统的机械能减小，金属球最终静止，所以该运动不是简谐运动，故A错误单摆模型中摆球的回复力等于重力沿运动方向上的分力，即Fmgsin ，因为较小，sin ，考虑到回复力的方向与位移x的方向相反，所以Fx，故B正确相邻波峰或波谷之间的距离等于一个波长，而选项中质点A、C的平衡位置之间的距离只是简谐波的半个波长，故C错误据质点振动方向和传播方向的关系上下坡法，根据质点M向下运动可知，波正向x轴正方向传播，经很短时间，波形图如虚线所示，故D正确4(多选)(2017宁波市3月模拟)图15甲为一列简谐横波在t0.10 s时刻的波形图，P是平衡位置为x1 m处的质点，Q是平衡位置为x4 m处的质点，图乙为质点Q的振动图象，则()图15At0.10 s时，质点Q的速度方向向上B该波沿x轴负方向传播，传播速度为40 m/sC再经过0.10 s，质点Q沿波的传播方向移动4 mDt0.25 s时，质点P的位移是5 cm答案BD5(多选)(2017温州市九校高三上学期期末)一列简谐横波，在t0.6 s时刻波的图象如图16甲所示，波上A质点的振动图象如图乙所示，则以下说法正确的是()图16A这列波沿x轴正方向传播B从t0.6 s开始，质点P比质点Q晚0.4 s回到平衡位置C从t0.6 s开始，紧接着的t0.6 s时间内，A质点通过的路程是10 mD若传播过程中遇到一个尺寸为10 m的障碍物，能发生明显的衍射现象答案AD解析由乙图读出t0.6 s时刻质点A的速度方向为沿y轴负方向，由甲图判断出波的传播方向为沿x轴正方向故A正确；图示时刻质点P沿y轴正方向，质点Q沿y轴负方向，所以质点P比质点Q早0.4 s回到平衡位置，故B错误；t0.6 s0.5T，所以从t0.6 s开始，紧接着的t0.6 s时间内，P质点通过的路程是4 m，不是10 m，故C错误由于该波的波长为20 m，则若该波在传播过程中遇到一个尺寸为10 m的障碍物时，能发生明显衍射现象，故D正确“一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象综合类问题1分清振动图象与波的图象只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波的图象，横坐标为t则为振动图象2看清横、纵坐标的单位尤其要注意单位前的数量级3找准波的图象对应的时刻4找准振动图象对应的质点专题强化练(限时：25分钟)1(多选)下列说法中正确的是()A一弹簧连接一物体沿水平方向做简谐运动，则该物体做的是匀变速直线运动B若单摆的摆长不变，摆球的质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置时的速度减为原来的，则单摆振动的频率将不变，振幅变小C做简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，速度不一定相同D单摆在周期性的外力作用下做受迫运动，则外力的频率越大，单摆的振幅越大答案BC解析简谐运动的回复力时刻在变化着，所以物体受到的合力时刻在变化着，不是匀变速直线运动，A错误；根据单摆的周期公式T2可知，单摆的周期与摆球的质量和速度无关；当摆球在平衡位置的速度减为原来的二分之一时，据机械能守恒可知，摆球的高度变小，即振幅变小，故B正确；做简谐运动的物体，当它每次经过同一位置时，速度方向可能相同，也可能相反，C正确；根据共振知识可得：单摆在周期性的外力作用下做受迫振动，当外力的频率与固有频率相同时，单摆的振幅最大，故D错误2(多选)下列关于机械波的说法中，正确的是()A各质点都在各自的平衡位置附近振动B相邻质点间必有相互作用力C前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点D各质点随波的传播而迁移答案ABC解析振源依靠介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的质点依次振动起来，且后一质点的振动必定落后于前一质点，选项B、C正确；质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动，它们振动的频率均与波源的振动频率相同，选项A正确；波在传播过程中各质点不随波迁移，选项D错误3(多选)摆球相同的甲、乙两单摆在同一地点做简谐运动的振动图象如图1所示，下列说法正确的是()图1A甲、乙两摆的摆长相等B甲摆摆球所受到的最大回复力一定较大C甲摆摆球的最大速率比乙摆的小D甲摆振动的振幅比乙摆的大答案ABD解析由题图可知，甲摆的振幅大，甲、乙两摆的周期相等，由于在同一位置，故重力加速度相等，由T2知，A、D正确由于甲摆的振幅大，摆球的质量相等，故在平衡位置处甲摆的速率大，故C错误由于摆长相等，甲摆的振幅大，甲摆的摆角大，故甲摆所受的最大回复力大，B正确4(多选)如图2所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动已知摆长lB2lA2lC，摆球质量mA2mC4mB，振动达到稳定时，下列说法中正确的是()图2A只有A、C的振动周期相等BC的振幅比B的振幅小CC的振幅比B的振幅大DA、B、C的振动周期相等答案CD5(多选)(2017宁波市诺丁汉大学附中高三上期中)将一单摆向左拉至水平标志线上，从静止释放，当摆球运动到最低点时，摆线碰到障碍物，摆球继续向右摆动用频闪照相机拍到如图3所示的单摆运动过程的频闪照片，以下说法正确的是()图3A摆线碰到障碍物前后的摆长之比为94B摆线碰到障碍物前后的摆长之比为32C摆线经过最低点时，线速度不变，半径减小，摆线张力变大D摆线经过最低点时，角速度变大，半径减小，摆线张力不变答案AC解析由单摆的周期公式T2可知，lT2，由于是频闪照片，图中相邻两小球的影像的时间间隔是相同的，所以周期之比是96，周期平方比是94，即摆长之比为94.A正确，B错误根据机械能守恒定律，摆线经过最低点时，摆球线速度不变，由向心力知识，FTmgm可知，r减小，摆线张力FT变大故C正确，D错误6(多选)(2017宁波市九校高二上期末)夏天的河上，有几名熟悉水性的青年将绳子挂在桥下荡秋千，绳子来回荡几次后跳入河中，现把秋千看成单摆模型，图4为小明在荡秋千时的振动图象，已知小王的体重比小明的大，则下列说法正确的是()图4A小王荡秋千时，其周期大于6.28 sB图中a点对应荡秋千时的最高点，此时回复力为零C小明荡到图中对应的b点时，动能最大D该秋千的绳子长度约为10 m答案CD解析由单摆的周期公式：T2，可知单摆运动的周期与质量无关，故A错误图中a点对应荡秋千时的最高点，此时回复力等于重力沿圆弧的切线方向的分力，故B错误小明荡到图中对应的b点，即在平衡位置时，对应的速度最大，所以动能最大，故C正确由单摆的周期公式：T2，则l m10 m，故D正确7(多选)劲度系数为20 N/cm的弹簧振子，它的振动图象如图5所示，在图中A点对应的时刻()图5A振子所受的弹力大小为0.5 N，方向指向x轴的负方向B振子的速度方向指向x轴的正方向C在04 s内振子做了1.75次全振动D在04 s内振子通过的路程为0.35 cm，位移为0答案AB解析因为A点偏离平衡位置0.25 cm，故振子所受的弹力大小为F0.25 cm20 N/cm5 N，方向指向x轴负方向，故选项A正确；振子是在由平衡位置向x轴正方向移动的过程中存在的A点，故它的速度方向指向x轴的正方向，选项B正确；由于周期为2 s，故在04 s内振子做了2次全振动，选项C错误；在04 s内振子通过的路程为s0.58 cm4 cm，故选项D错误8(多选)(2017稽阳联谊学校8月联考)湖面上停着A、B两条小船，它们相距35 m，一列水波正在湖面上沿AB连线的方向从A向B传播，每条小船每分钟上下浮动30次，当A船位于波峰时，B船在平衡位置正向下运动，两船之间还有一个波峰，则()A水波的波长为20 mB水波的波长为28 mC水波的波速为10 m/sD该水波与另一列频率为30 Hz的水波相遇，会发生干涉现象答案AC9(多选)(2017金华市高三上学期期末)一列简谐横波沿x轴正方向传播，t0时刻的波形如图6所示，介质中质点A的平衡位置在距坐标原点8 cm处，质点B的平衡位置在距坐标原点16 cm处，从该图象对应时刻算起，当质点A的运动状态与图示时刻质点B的运动状态相同，所需的最短时间为0.12 s，则()图6A该简谐横波的频率为5 HzB从图示时刻起，质点A比质点B先回到平衡位置C介质中平衡位置距坐标原点20 cm处质点的振动方程为y10sin (10t) cmD当该波传播中遇到宽度为20 m障碍物时能发生明显的衍射现象答案AC解析使A点与B点的运动状态相同，则应是平衡位置为4的点的波形平移到A点，即相当于波应传播12 cm，则波速v m/s1 m/s；由vf可知，f Hz5 Hz，故A正确；波沿x轴正方向传播，则A点向下振动，B点向上振动，由图可知，B应先回到平衡位置，故B错误；由波形图可知，波的振幅为10 cm,20 cm处的点其振动方程为：y10sin (10t) cm，故C正确；波的波长为20 cm，远小于障碍物的尺寸，故不能发生明显的衍射现象，故D错误10(多选)(2017浙江“七彩阳光”联考)如图7所示，平衡位置位于原点O的波源发出简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播，P、Q为x轴上的两个点(均位于x轴正向)，P与O的距离为15 cm，此距离介于一倍波长与二倍波长之间，己知波源自t0时由平衡位罝开始向上振动，周期T1 s，振幅A5 cm.当波传到P点时，波源恰好处于波峰位置；此后再经过5 s，平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置，则()图7A波长为12 cmBP、Q之间的距离为57 cmC波的传播速度与波源的振动周期成反比D从t0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时，波源在振动过程中通过的路程为125 cm答案ABD解析由题意，O、P两点间的距离与波长之间满足OP15 cm，可得波长12 cm，波速v0.12 m/s.在t5 s的时间间隔内，波沿x轴正向传播的路程为vt0.6 m.由题意有vtPQ，式中，PQ为P、Q间的距离联立并代入题给数据得PQ57 cm；波的传播速度与介质有关，与波源的振动周期无关从t0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时间为6T，波源在振动过程中通过的路程为6.2545 cm125 cm.11(多选)(2017温州市9月选考)如图8所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t0时刻的波形图，已知波的传播速度为1 m/s，下列说法正确的是()图8A此时P质点在向y轴正方向运动B经过0.1 s，P、Q两质点的位移相同C经过0.2 s，Q质点运动的路程为30 cmD经过0.4 s，P质点向x轴正方向移动了40 cm答案AC12(多选)如图9所示为一列简谐横波在t10.7 s时刻的波形，波自右向左传播从该时刻开始到t21.4 s时，P点刚好第二次到达波峰，则以下判断中正确的是()图9A该波的传播速度为0.1 m/sB在t00时刻，质点C向上运动C在t31.6 s末，Q点第一次出现波峰D在t1到t41.9 s过程中，Q点通过的路程为0.2 m答案ACD解析设波传播的周期为T，由题图可知，P点经过T时间第二次到达波峰位置，所以T0.7 s，解得T0.4 s，波