2012高考物理 考前30天之备战冲刺押题系列Ⅳ 专题05 机械振动和机械波

用心 爱心 专心1 专题五专题五 机械振动和机械波机械振动和机械波 内容要求 34 弹簧振子 简谐运动 简谐运动的振幅 周期和频率 简谐运动的位移 时间图像 35 单摆 在小振幅条件下单摆作简谐振动 单摆周期公式 36 振动中的能量转化 37 自由振动和受迫振动 受迫振动的振动频率 共振及其 常见的应用 38 振动在介质中的传播 波 横波和纵波 横波的图像 波长 频率和波速的关系 39 波的叠加 波的干涉 衍射现象 40 声波 超声波及其应用 41 多普勒效应 II II I I II I I I 名师解读 振动和波的知识虽然不多 但确是高考必考内容 题型多以选择题的形式出现 其中 命题频率较高的知识点是波的图像 波的传播 频率 波长 波速的关系 能量问题 其 次是单摆的周期 振动图像 试题信息容量大 综合性强 一道题往往考查多个概念和规 律 特别是通过波的图像综合考查对波的理解能力 推理能力和空间想象能力 复习时重 点仍为波的图像 同时也应对振动的规律及图像加以重视 样题 1 在印度尼西亚的苏门答腊岛近海 地震引发了海啸 造成了重大的人员伤 亡 海啸实际上是一种波浪运动 也可称为地震海浪 下列说法中正确是 A 地震波和海啸都是由机械振动引起的机械波 B 波源停止振动时 海啸和地震波的传播立即停止 C 地震波和海啸都有纵波 D 从这个事件中可以看出机械波能将能量从振源向外传播 分析 地震波是地球内部的剧烈振动从地球内部到地表传播形成的机械波 海啸是海 底或地球内部的剧烈振动通过海水传播形成的机械波 A 项正确 波源停止振动时 原来 形成的海啸和地震波仍然向远处传播 不会立即停止 B 项错误 地震 波和海啸比较复杂 既有横波 又有纵波 C 项正确 从地震和海啸造成了重大的人员伤亡可以看出机械波能 用心 爱心 专心2 将能量从振源向外传播 D 项正确 答案 ACD 解读 本题涉及到波的传播 横波 纵波等知识点 重点考查考生的理解能力 体 现了 考试大纲 中对 理解物理概念 物理规律的确切含义 理解物理规律的适用条件 能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法 的能力要求 地震和海啸都比较复杂 所以 此类 分析 设圆 环的半径为 R 光滑轨道的倾角为 小球沿光滑轨道下滑的加速度 a gsin 由运动学公式 得 45 时 t 最小 2 1 cos2 R at 4 sin2 R t g ab tt 且 c 球做自由落体运动 得 d 球的运动等效为绳长为 R2 a R t g 2 1 2 c Rgt 2 c R t g 的小角度单摆 由于 所以最 11 2 442 d RR tT gg 1 57 2 21 414 c t 小 C 项正确 答案 C 解读 本题涉及到牛顿第二定律 匀变速运动规律 自由落体运动 单摆在小振幅 条件下做简谐运动 单摆周期公式等知识点 考查推理能力 分析综合能力和应用数学处 理物理问题的能力 体现了 考试大纲 中对 能够把一个复杂问题分解为若干较简单的 问题 找出它们之间的联系 和 必要时能运用几何图形 函数图像进行表达 分析 的 能力要求 本题中四个小球的运动涉及到三种运动形式 a b 两球沿等底光滑斜面下滑 用心 爱心 专心3 c 球做自由落体运动 d 是等效单摆 因此本题综合性很强 同时要求较高的数学处理技巧 样题 3 如图 5 2 所示 两列简谐横波分别沿 x 轴正方向和负方向传播 两波源分 别位于 x 0 2 m 和 x 1 2 m 处 两列波的速度均为 v 0 4 m s 两波源的振幅均为 A 2 cm 图示为 t 0 时刻两列波的图像 传播方向如图 5 所示 此刻平衡位置处于 x 0 2 m 和 x 0 8 m 的 P Q 两质点刚开始振动 质点 M 的平衡位置处于 x 0 5 m 处 关 于各质点运 到最低点 位移为 2A 2 2 cm 4 cm 所以 A 项正确 B 项错误 由于质点不随波 迁移 所以 C 项错误 P Q 质点起振方向都向 y 轴负方向 所以 D 项错误 答案 A 解读 本题涉及到波的图像 波长 波速 频率 周期 波的叠加等知识点 考查 理解能力 推理能力和分析综合能力 体现了 考试大纲 中对 能够根据已知的知识和 物理事实 条件 对物理问题进行逻辑推理和论证 得出正确的结论或作出正确的判断 和 能够独立地对所遇到的问题进行具体分析 弄清其中的物理状态 物理过程和物理情 境 用心 爱心 专心4 分析 根据甲图的振动图像 t 0 时刻 x1 0 处的质点处于波峰 根据乙图的振动图像 x2 1m 处的质点处于平衡位置且向下振动 可画出 t 0 时刻的波形图 如图 5 4 所示 两 问题分解为若干较简单的问题 找出它们之间的联系 和 必要时能运用几何图形 函数 图像进行表达 分析 的能力要求 解决波动问题要注意 由于波动的周期性 每隔一个 周期 T 或每隔一个波长 和波的传播方向的双向性 往往出现多解 要防止用特解来代 用心 爱心 专心5 替通解造成解答的不完整 权威预测 1 容易题 洗涤剂会污染环境 有人设计了一种利用超声波使水振动 令污垢脱离 衣物的不用洗衣粉的洗衣机 超声波 A 属于机械波B 属于电磁波 C 可以在真空中传播 D 比人耳能听到的声波更容易发生衍射 2 容易题 湖北省孝感一中 2007 届高三测试 如图 5 5 所示 S 为固定在 x 坐标 轴上的声源 观察者 P 在坐标轴上匀速运动 则下列判断中正确的是 A 若观察者沿 x 轴正向运动 则在 a 点听到的 声波频率比声源发出的声波频率低 B 若观察者沿 x 轴正向运动 则在 b 点听到的 声波频率比在 a点听到的声波频率低 C 若观察者沿 x 轴负向运动 则在 b 点听到的声波频率比声源发出的声波频率高 D 若观察者沿 x 轴负向运动 则在 b 点听到的声波频率与在 a 点听到的声波频率相同 3 容易题 在实验室可以做 声波碎杯 的实验 在某次实验中先用手指轻弹一只 酒杯 在听到清脆声音的同时 测出该声音的频率为 600Hz 接着将这只酒杯放在两只大 功率的声波发生器之间 通过调整其发出的声波 就能使酒杯破碎 要成功完成上述实验 以下操作正确的是 A 只需调整声波发生器使其输出功率足够大 B 在输出功率足够大的条件下 调整声波发生器使其发出频率很高的超声波 C 在输出功率足够大的条件下 调整声波发生器使其发出频率很低的次声波 D 在输出功率足够大的条件下 调整声波发生器使其发出的声波频率尽量接近 600Hz 用心 爱心 专心6 然后男孩从桥面下坠直至贴近水面的最低点 D 假定绳在整个运动过程中遵守胡克定律 不考虑空气阻力 男孩的大小和绳的质量 g 取 10m s2 且男孩的速率跟下坠的距离v 的变化如图 5 7 b 所示 男孩在 C 点时的速率最大s 1 当男孩在 D 点时 求绳储存的弹性势能 2 绳的劲度系数是多少 3 就男孩在 AB BC 和 CD 期间的运动 试讨论作用于男孩的力 4 从绳刚开始拉伸 直至男孩到达最低点 D 男孩的运动可视为简谐运动 他的平 衡位置离桥墩有多远 求他的振幅 用心 爱心 专心7 1 简谐运动的物体每次通过平衡位置时 A 位移为零 动能为零 B 动能最大 势能最小 C 速度最大 振动加速度为零 D 速度最大 振动加速度不一定为零 答案 BC 解析 简谐运动的物体每次通过平衡位置时 位移为零 速度最大 动能最大 机 械能守恒 势能最小 回复力为零 振动加速度为零 B t2时刻摆球速度为零 悬线对它的拉力最小 C t3时刻摆球速度为零 悬线对它的拉力最大 用心 爱心 专心8 D t4时刻摆球速度最大 悬线对它的拉力最大 答案 D 解析 单摆在平衡位置时位移为零 速度最大 其对悬线的拉力最大 在最大位移 处 速度为零 对悬线的拉力最小 D 正确 3 在飞机的发展史中有一个阶段 飞机上天后不久 飞机的机翼很快就抖动起来 而 且越抖越厉害 后来人们经过了艰苦的探索 利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方 法 解决了这一问题 在飞机机翼前装置配重杆的主要目的是 A 加大飞机的惯性 B 使机体更加平衡 C 使机翼更加牢固 D 改变机翼的固有频率 答案 D 解析 由mgh mv2可知 C点离A点的h大 所以v1 v2 因AC为一段很短的圆 1 2 弧轨道 所以 小球由C到A和由D到A均可看作类似单摆的振动 A点为平衡位置 而 T 2 即t1 t2 故只有 C 正确 R g T 4 5 如图所示两木块A和B叠放在光滑水平面上 质量分别为m和M A与B之间的最 大静摩擦力为fm B与劲度系数为k的轻质弹簧连接构成弹簧振子 为使A和B在振动过 程 用心 爱心 专心9 m am 得A fm A 错误 B 正确 最大加速度为 C 错误 D 正确 M m km fm m 二 非选择题 6 大海中航行的轮船 受到大风大浪冲击时 为了防止倾覆 应当改变航行方向和 使风浪冲击力的频率远离轮船摇摆的 答案 速度 频率 解析 风浪冲击力频率要远离轮船摇摆的频率才不会使轮船发生共振 防止倾覆 7 在升降机中有一单摆 升降机静止时的振动周期为T 当升降机上升时发现周期变 为T 则此升降机做 运动 加速度大小为 3 4 答案 向上的匀加速直线 g 7 9 解析 单摆的周期T 2 当处于超重或失重状态时 T 2 等效重 l g l g 力加速度g 等于球相对于悬点静止时绳对球拉力与其质量的比值 T T 即 2 2 g g g F mg mg 根据牛顿第 3 4 l g 3 4 l g 16 9 F m 16 9 二定律F mg ma知a g g 故升降机向上做匀加速运动 加速度大小为g F m 7 9 7 9 8 任何简谐运动的周期公式都可以表示为T 2 式中T为简谐运动的周期 m m k 为振动物体的质量 k为回复力F与位移x的关系式 即F kx 中的比例系数 如图甲所 用心 爱心 专心10 示的实验装置是用来测量弹簧劲度系数和滑块质量所用的弹簧振子 M为待测滑块 滑块上 可增加砝码 与滑块相连的两轻质弹簧A B完全相同 整个装置置于水平气垫导轨上 气垫导轨可使滑块在运动过程中不受摩擦力 A弹簧的左端和B弹簧的右端固定在气垫导 轨上 为了测出滑块未加砝码时的质量及弹簧A的劲度系数 某同学用秒表分别测出了加 上不同质量的砝码时的滑块做简谐运动的周期 实验数据记录如下表所示 实验 次数 所加砝码 质量 kg 50 个周期的 时间t s 振动周 期T s T2的 值 s2 10 10038 70 7740 599 20 20042 40 8480 719 30 30045 80 9160 839 40 40049 00 9800 960 50 50051 91 041 08 60 60054 91 101 21 1 为了减小实验误差 可用秒表测出滑块运动 50 个周期的总时间t 再得到周期T 测量时以滑块 开始计时有利于减小计时误差 t 50 A 开始运动时 B 到达最大位移处时 C 通过平衡位置时 2 如图乙为某次测量 50 个周期时秒表的示数 则该振动的周期为 s 结果保 留三位有效数字 3 根据表格记录的实验数据 在如图丙所示的坐标纸上 以m 滑块上所加砝码的质 量 为横坐标 T2为纵坐标 作出T2 m图像 图中已描出 4 个点 请根据表中数据描出另 外两点 并完成T2 m图像 4 根据T2 m图像可得出未加砝码时滑块的质量为 kg 弹簧A的劲度系数为 N m 取 2 10 最后结果保留两位有效数字 用心 爱心 专心11 解析 1 在平衡位置时运动速度大 运动相同的一小段距离所用的时间最小 计 时误差最小 2 秒表读数为 45 3s 周期为T 45 3s 50 0 906s 9 如图所示 甲是一个单摆振动的情形 O是它的平衡位置 B C是摆球所能到达的 最远位置 设摆球向右方向运动为正方向 图乙是这个单摆的振动图象 根据图象回答 1 单摆振动的频率是多大 2 开始时刻摆球在何位置 3 若当地的重力加速度为 9 86m s2 试求这个摆的摆长是多少 答案 1 1 25Hz 2 B点 3 0 16m 用心 爱心 专心12 解析 1 由单摆振动图象 T 0 8s 故f 1 25Hz 1 T 2 开始时刻小球在负方向最大位移处 故开始时刻摆球在B点 根据公式T 2 L g L 0 16m gT2 4 2 10 如图所示是某同学设计的测量物体质量的装置 其中P是光滑水平面 N是质量 为M的带夹子的金属盒 金属盒两端分别连接轻质弹簧 Q是固定于盒子上的遮光片 利 用它和光电计时器能测量金属盒振动时的频率 已知弹簧振子做简谐运动时的周期T 2 其中m是振子的质量 k是常数 当空盒振动时 测得振动频率为f1 把一物体夹在 m k 盒中 联立可得m M f2 1 f2 2 f2 2 11 将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力 图甲中O点为单摆的 固定悬点 将传感器接在摆球与O点之间 现将小摆球 可视为质点 拉到A点 此时细线 处于张紧状态 释放摆球 则摆球将在竖直面内的A B C之间来回摆动 其中B点为运 用心 爱心 专心13 动中的最低位置 AOB COB 10 且是未知量 图乙表示由计算得到的细线 对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线 且图中t 0 时刻为摆球从A点开始运动的时 刻 试根 由T 2 得l 0 4m l g gT2 4 2 2 在A点 F1 mgcos 在B点 F2 mg mv2 l A B过程中机械能守恒 所以 mgl 1 c