2022年高考物理三轮冲刺过关回归教材重难点13机械振动和机械波(原卷版+解析)模板

回归教材重难点13机械振动和机械波本部分内容为高考每年必考，多以选择题形式出现，题目难度适中，波的图像、振动图像、波的周期性和多解性等知识反复出现，因此备考中要牢记知识和规律，加强训练。特别注意以下几点：⑴理解波的图像和振动图像的相互转化，根据振动图像判断振动方向，根据波的图像确定波的传播方向、传播时间等。⑵掌握结合简谐运动图像及波的图像考查波的传播的多解问题，以及想干波的叠加问题等。知识点一简谐运动1．概念：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x－t图象)是一条正弦曲线的振动．2．平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置．3．回复力(1)定义：使物体返回到平衡位置的力．(2)方向：时刻指向平衡位置．(3)来源：振动物体所受的沿振动方向的合力．4．简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F＝－kx，其中“－”表示回复力与位移的方向相反．(2)运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝2πf表示简谐运动的快慢，(ωt＋φ)代表简谐运动的相位，φ叫做初相．5．描述简谐运动的物理量定义意义振幅振动质点离开平衡位置的最大距离描述振动的强弱和能量周期振动物体完成一次全振动所需时间描述振动的快慢，两者互为倒数：T＝eq\f(1,f)频率振动物体单位时间内完成全振动的次数相位ωt＋φ描述质点在各个时刻所处的不同状态知识点二单摆1．定义：在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果细线的伸缩和质量都不计，球的直径比线的长度短得多，这样的装置叫做单摆．2．视为简谐运动的条件：θ＜5°.3．回复力：F＝G2＝Gsinθ＝eq\f(mg,l)x.4．周期公式：T＝2πeq\r(\f(l,g)).5．单摆的等时性：单摆的振动周期取决于摆长l和重力加速度g，与振幅和振子(小球)质量都没有关系．知识点三受迫振动及共振1．受迫振动：系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体，它的周期(或频率)等于驱动力周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)无关．2．共振：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图所示．知识点四机械波1．形成条件(1)有发生机械振动的波源．(2)有传播介质，如空气、水等．2．传播特点(1)传播振动形式、传递能量、传递信息．(2)质点不随波迁移．3．分类机械波eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(横波：振动方向与传播方向垂直.,纵波：振动方向与传播方向在同一直线上.))4．描述机械波的物理量⑴．波长λ：在波动中振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离．用“λ”表示．⑵．频率f：在波动中，介质中各质点的振动频率都是相同的，都等于波源的振动频率．⑶．波速v、波长λ和频率f、周期T的关系公式：v＝eq\f(λ,T)＝λf机械波的速度大小由介质决定，与机械波的频率无关．知识点五机械波的图象1．图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置，用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线．2．物理意义：某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移．知识点六波的衍射和干涉1．波的衍射定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象．2．发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者小于波长时，才会发生明显的衍射现象．3．波的叠加原理：几列波相遇时能保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和．4．波的干涉(1)定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱，这种现象叫波的干涉．(2)条件：两列波的频率相同．5．干涉和衍射是波特有的现象，波同时还可以发生反射、折射．知识点七多普勒效应由于波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率与波源频率不相等的现象．1．（2021·浙江卷）为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示。则（）A．针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同B．随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大C．打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同D．稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同2.（2021·江苏卷）如图所示，半径为R的圆盘边缘有一钉子B，在水平光线下，圆盘的转轴A和钉子B在右侧墙壁上形成影子O和P，以O为原点在竖直方向上建立x坐标系。时从图示位置沿逆时针方向匀速转动圆盘，角速度为，则P做简谐运动的表达式为（）A．B．C．D．3.（2021·天津·高考真题）一列沿x轴正方向传播的简谐横波，传播速度，时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动，下列图形中哪个是时的波形（）A．B．C．D．4．（2021·北京卷）一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后K质点比L质点先回到平衡位置。下列判断正确的是（

）A．该简谐横波沿x轴负方向传播 B．此时K质点沿y轴正方向运动C．此时K质点的速度比L质点的小 D．此时K质点的加速度比L质点的小5．（2021·浙江卷）将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳，它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端，同时用相同频率和振幅上下持续振动，产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同，分别得到了如图甲和乙所示的波形。下列说法正确的是（）A．甲图中两手开始振动时的方向并不相同B．甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置C．乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形D．乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形6．（2021·浙江卷）两列频率、振幅均相同的简谐波Ⅰ和Ⅱ分别从绳子的两端持续相向传播，在相遇区域发生了干涉，在相距0.48m的A、B间用频闪相机连续拍摄，依次获得1、2、3、4、5五个波形，如图所示，且1和5是同一振动周期内绳上各点位移都达到最大值时拍摄的波形。已知频闪时间间隔为0.12s，下列说法正确的是（）A．简谐波Ⅰ和Ⅱ的波长均为0.24m B．简谐波Ⅰ和Ⅱ的周期均为0.48sC．绳上各点均做振幅相同的简谐运动 D．两波源到A点和C点的路程差之差的绝对值是0.48m7．（2021·湖北卷）一列简谐横波沿x轴传播，在t=0时刻和t=1s时刻的波形分别如图中实线和虚线所示。已知x=0处的质点在0~1s内运动的路程为4.5cm。下列说法正确的是（）A．波沿x轴正方向传播B．波源振动周期为1.1sC．波的传播速度大小为13m/sD．t=1s时，x=6m处的质点沿y轴负方向运动8．（2021·宁夏高三二模）如图所示，实线是一列简谐横波在时刻的波形图，虚线是在时刻的波形图，M是介质中的一个质点，时刻该质点在平衡位置已知波速为，在到的时间内，质点M通过的路程为，则下列说法正确的是（）A．时刻质点M向下振动B．质点M的振动周期为C．该简谐波沿x轴正向传播D．时刻到时刻经过的时间为E.时刻的波形图与时刻的波形图重合9．（2021·湖南衡阳市高三一模）有一列沿轴传播的简谐横波，在某一时刻它的波形图如图甲所示，和是这列简谐横波上的两个质点，从该时刻起某同学记录下了质点在一段时间内的振动图像，如图乙所示。则下列说法正确的是（）A．该列简谐横波正以的速度沿轴负方向传播B．图甲所示时刻和两质点的速度都为零C．时质点距离平衡位置最远，其加速度最大，且沿轴正方向D．在内质点向左移动了E.该波在传播过程中若遇到直径的圆形障碍物，能发生明显衍射现象10．（2021·天津高三模拟）一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时的波形图为图中实线，此时波刚好传到c点，经过0.6s波刚好传到e点，波形图为图中虚线，a、b、c、d、e是不同位置的质点，下列说法正确的是（）A．当t＝0.5s时质点a运动到波谷位置B．在0～0.6s时间内质点c沿x轴正方向移动了3mC．在0～0.6s时间内质点d通过的路程为20cmD．这列简谐横波遇到尺寸为3m的障碍物，能够发生明显的衍射现象11．（2021·湖南怀化市高三一模）一列简谐横波沿x轴正方向传播，在处的质点的振动图线如图甲所示，在处的质点的振动图线如图乙所示，以下说法正确的是（）A．该波的周期为12sB．该波的传播速度可能为2m/sC．从时开始计时，处的质点做简谐运动的表达式为D．在0~4s内处的质点通过的路程等于处的质点通过的路程E.该波在传播过程中若遇到4.8m的障碍物，可能发生明显衍射现象12．（2021·山东泰安市高三一模）一列简谐横波在时的波形图如图（a）所示，P是介质中的质点，图（b）是质点P的振动图像。已知该波在该介质中的传播速度为20，求：（1）波长和波的传播方向；（2）质点P的平衡位置的x坐标。回归教材重难点13机械振动和机械波本部分内容为高考每年必考，多以选择题形式出现，题目难度适中，波的图像、振动图像、波的周期性和多解性等知识反复出现，因此备考中要牢记知识和规律，加强训练。特别注意以下几点：⑴理解波的图像和振动图像的相互转化，根据振动图像判断振动方向，根据波的图像确定波的传播方向、传播时间等。⑵掌握结合简谐运动图像及波的图像考查波的传播的多解问题，以及想干波的叠加问题等。知识点一简谐运动1．概念：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x－t图象)是一条正弦曲线的振动．2．平衡位置：物体在振动过程中回复力为零的位置．3．回复力(1)定义：使物体返回到平衡位置的力．(2)方向：时刻指向平衡位置．(3)来源：振动物体所受的沿振动方向的合力．4．简谐运动的表达式(1)动力学表达式：F＝－kx，其中“－”表示回复力与位移的方向相反．(2)运动学表达式：x＝Asin(ωt＋φ)，其中A代表振幅，ω＝2πf表示简谐运动的快慢，(ωt＋φ)代表简谐运动的相位，φ叫做初相．5．描述简谐运动的物理量定义意义振幅振动质点离开平衡位置的最大距离描述振动的强弱和能量周期振动物体完成一次全振动所需时间描述振动的快慢，两者互为倒数：T＝eq\f(1,f)频率振动物体单位时间内完成全振动的次数相位ωt＋φ描述质点在各个时刻所处的不同状态知识点二单摆1．定义：在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果细线的伸缩和质量都不计，球的直径比线的长度短得多，这样的装置叫做单摆．2．视为简谐运动的条件：θ＜5°.3．回复力：F＝G2＝Gsinθ＝eq\f(mg,l)x.4．周期公式：T＝2πeq\r(\f(l,g)).5．单摆的等时性：单摆的振动周期取决于摆长l和重力加速度g，与振幅和振子(小球)质量都没有关系．知识点三受迫振动及共振1．受迫振动：系统在驱动力作用下的振动．做受迫振动的物体，它的周期(或频率)等于驱动力周期(或频率)，而与物体的固有周期(或频率)无关．2．共振：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大，这就是共振现象．共振曲线如图所示．知识点四机械波1．形成条件(1)有发生机械振动的波源．(2)有传播介质，如空气、水等．2．传播特点(1)传播振动形式、传递能量、传递信息．(2)质点不随波迁移．3．分类机械波eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(横波：振动方向与传播方向垂直.,纵波：振动方向与传播方向在同一直线上.))4．描述机械波的物理量⑴．波长λ：在波动中振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离．用“λ”表示．⑵．频率f：在波动中，介质中各质点的振动频率都是相同的，都等于波源的振动频率．⑶．波速v、波长λ和频率f、周期T的关系公式：v＝eq\f(λ,T)＝λf机械波的速度大小由介质决定，与机械波的频率无关．知识点五机械波的图象1．图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置，用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线．2．物理意义：某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移．知识点六波的衍射和干涉1．波的衍射定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象．2．发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者小于波长时，才会发生明显的衍射现象．3．波的叠加原理：几列波相遇时能保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和．4．波的干涉(1)定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱，这种现象叫波的干涉．(2)条件：两列波的频率相同．5．干涉和衍射是波特有的现象，波同时还可以发生反射、折射．知识点七多普勒效应由于波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率与波源频率不相等的现象．1．（2021·浙江卷）为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示。则（）A．针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同B．随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大C．打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同D．稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同【答案】AD【解析】A．根据共振的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振，此时落果效果最好，而不同的树木的固有频率不同，针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，选项A正确；B．当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，则随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，选项B错误；C．打击结束后，树干做阻尼振动，阻尼振动的频率为树干的固有频率，所以粗细不同的树干频率不同，选项C错误；D．树干在振动器的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，选项D正确。故选AD。2.（2021·江苏卷）如图所示，半径为R的圆盘边缘有一钉子B，在水平光线下，圆盘的转轴A和钉子B在右侧墙壁上形成影子O和P，以O为原点在竖直方向上建立x坐标系。时从图示位置沿逆时针方向匀速转动圆盘，角速度为，则P做简谐运动的表达式为（）A．B．C．D．【答案】B【解析】由图可知，影子P做简谐运动的振幅为，以向上为正方向，设P的振动方程为由图可知，当时，P的位移为，所用时间为代入振动方程解得则P做简谐运动的表达式为故B正确，ACD错误。故选B。3.（2021·天津·高考真题）一列沿x轴正方向传播的简谐横波，传播速度，时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动，下列图形中哪个是时的波形（）A．B．C．D．【答案】B【解析】由图中可以看出该波的波长为，根据可知该列波的周期为又因为时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动，当时经历了1.5T，所以此时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴负方向运动，结合图像可知B选项正确。故选B。4．（2021·北京卷）一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后K质点比L质点先回到平衡位置。下列判断正确的是（

）A．该简谐横波沿x轴负方向传播 B．此时K质点沿y轴正方向运动C．此时K质点的速度比L质点的小 D．此时K质点的加速度比L质点的小【答案】D【解析】AB．由题知K质点比L质点先回到平衡位置，则K质点应向下振，再根据“上坡、下坡”法可知，该波应沿x轴正方向传播，A、B错误；C．由AB选项可知K质点应向下振，而L质点在波谷处，则L质点的速度为0，故此时K质点的速度比L质点的大，C错误；D．由于质点在竖直方向做机械振动，根据F=-kyF=ma结合波图像可看出yL>yK则，此时K质点的加速度比L质点的小，D正确。故选D。5．（2021·浙江卷）将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳，它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端，同时用相同频率和振幅上下持续振动，产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同，分别得到了如图甲和乙所示的波形。下列说法正确的是（）A．甲图中两手开始振动时的方向并不相同B．甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置C．乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形D．乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形【答案】C【解析】AB．甲图中两手开始振动时的方向相同，则甲图中分叉点是振动加强的位置，所以AB错误；CD．乙图中两手开始振动时的方向恰好相反，则乙图中分叉点是振动减弱的位置，则在分叉点的右侧终见不到明显的波形，所以C正确；D错误；故选C。6．（2021·浙江卷）两列频率、振幅均相同的简谐波Ⅰ和Ⅱ分别从绳子的两端持续相向传播，在相遇区域发生了干涉，在相距0.48m的A、B间用频闪相机连续拍摄，依次获得1、2、3、4、5五个波形，如图所示，且1和5是同一振动周期内绳上各点位移都达到最大值时拍摄的波形。已知频闪时间间隔为0.12s，下列说法正确的是（）A．简谐波Ⅰ和Ⅱ的波长均为0.24m B．简谐波Ⅰ和Ⅱ的周期均为0.48sC．绳上各点均做振幅相同的简谐运动 D．两波源到A点和C点的路程差之差的绝对值是0.48m【答案】D【解析】A．简谐波Ⅰ和Ⅱ的波长均为0.48m，选项A错误；

B．从波形1到波形5经历的时间为，则可得简谐波Ⅰ和Ⅱ的周期均为T=0.96s选项B错误；C．绳上各点中加强点和减弱点振幅不相同，选项C错误；

D．AC两点均为振动减弱点，则两波源到两点的距离只差分别为和，则两波源到A点和C点的路程差之差的绝对值是选项D正确。故选D。7．（2021·湖北卷）一列简谐横波沿x轴传播，在t=0时刻和t=1s时刻的波形分别如图中实线和虚线所示。已知x=0处的质点在0~1s内运动的路程为4.5cm。下列说法正确的是（）A．波沿x轴正方向传播B．波源振动周期为1.1sC．波的传播速度大小为13m/sD．t=1s时，x=6m处的质点沿y轴负方向运动【答案】AC【解析】本题考查机械波的形成与传播【详解】A．由题意，x=0处的质点在0~1s的时间内通过的路程为4.5cm，则结合图可知t=0时刻x=0处的质点沿y轴的负方向运动，则由质点的振动和波的传播方向关系可知，该波的传播方向沿x轴的正方向，故A正确；BC．由题意可知，t=1s为，解得由图可知则故C正确，B错误；D．由同侧法可知t=1s时，x=6m处的质点沿y轴正方向运动，故D错误。故选AC。8．（2021·宁夏高三二模）如图所示，实线是一列简谐横波在时刻的波形图，虚线是在时刻的波形图，M是介质中的一个质点，时刻该质点在平衡位置已知波速为，在到的时间内，质点M通过的路程为，则下列说法正确的是（）A．时刻质点M向下振动B．质点M的振动周期为C．该简谐波沿x轴正向传播D．时刻到时刻经过的时间为E.时刻的波形图与时刻的波形图重合【答案】BCD【解析】A．由图像知，振幅，在到的时间内，M通过的路程为，即经过了5个振幅，所以时刻M点向上振动，A错误；C．根据质点振动方向与波传播方向的关系可知，波的传播方向为沿x轴正向传播，C正确；B．设波的传播周期为T，由波速，解得，质点振动周期与波传播周期相同。B正确；D．时刻到时刻经过的时间，D正确；E．从时刻开始。至少要经过，波形图才与时刻的波形图重合，E错误。故选BCD。9．（2021·湖南衡阳市高三一模）有一列沿轴传播的简谐横波，在某一时刻它的波形图如图甲所示，和是这列简谐横波上的两个质点，从该时刻起某同学记录下了质点在一段时间内的振动图像，如图乙所示。则下列说法正确的是（）A．该列简谐横波正以的速度沿轴负方向传播B．图甲所示时刻和两质点的速度都为零C．时质点距离平衡位置最远，其加速度最大，且沿轴正方向D．在内质点向左移动了E.该波在传播过程中若遇到直径的圆形障碍物，能发生明显衍射现象【答案】ACE【解析】A．由图可知，波长λ=8m，周期T=8s，则该列简谐横波的波速，由振动图像可知，t=0时刻，质点N向上振动，可知波沿轴负方向传播，选项A正确；B．图甲所示时刻和两质点均在平衡位置，则速度都是最大，选项B错误；C．时质点运动到最低点，则距离平衡位置最远，其加速度最大，且沿轴正方向，选项C正确；D．质点只能在自己平衡位置附近上下振动，而不左右移动，选项D错误；E．因波长为8m，则该波在传播过程中若遇到直径的圆形障碍物，能发生明显衍射现象，选项E正确。故选ACE。10．（2021·天津高三模拟）一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时的波形图为图中实线，此时波刚好传到c点，经过0.6s波刚好传到e点，波形图为图中虚线，a、b、c、d、e是不同位置的质点，下列说法正确的是（）A．当t＝0.5