人教版新高考物理一轮总复习训练题机械振动和机械波

这是一份人教版新高考物理一轮总复习训练题机械振动和机械波，共8页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.下列哪些应用没有应用多普勒效应( )
A.利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度
B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波,电磁波被运动的汽车反射回来,根据接收到的频率发生的变化,就知道汽车的速度
C.铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车运动情况
D.有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去
2.(2019·北京海淀区期中)一列简谐横波沿x轴传播,某时刻的波形如图所示,其中a、b、c为三个质点,此时质点a在平衡位置,且向上运动,由此可知下列说法正确的是( )
A.该波沿x轴正方向传播
B.a的振幅为零
C.该时刻以后,b和c始终有相同的加速度
D.该时刻以后,c比b先到平衡位置
3.(2020·北京朝阳区月考)如图所示,1、2、3、4…是一个水平放置松弛状态下的弹簧(可认为是均匀介质)上一系列等间距的质点。某时刻,质点1在外力作用下从平衡位置开始沿左右方向做简谐运动,带动2、3、4…各个质点离开平衡位置依次左右振动,形成一列简谐纵波。已知质点1开始振动的方向是向左,经过12周期,质点9开始运动,则针对此时刻,下列说法正确的是( )
A.质点3向右运动
B.质点5所受回复力为零
C.质点6的加速度向左
D.质点9的振幅为零
4.(2020·福建厦门二中月考)下图是一个单摆做受迫振动时振幅与驱动力频率的关系曲线,g取10 m/s2,则( )
A.此单摆的摆长约为0.5 m
B.此单摆周期约为0.5 s
C.若摆长增大,曲线的峰将向上移动
D.若摆长增大,曲线的峰将向左移动
5.(2020·山东卷)一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播,已知x=54λ处质点的振动方程为y=Acs2πTt,则t=34T时刻的波形正确的是( )
6.一根弹性长绳沿x轴放置,左端点位于坐标原点,A点和B点分别是绳上x1=2 m、x2=5 m处的质点。用手握住绳的左端,当t=0时使手开始沿y轴做简谐运动,在t=0.5 s时,绳上形成如图所示的波形。下列说法正确的是( )
A.此列波的波长为1 m,波速为4 m/s
B.此列波为横波,左端点开始时先向上运动
C.当t=2.5 s时,质点B开始振动
D.在t=3.5 s后,A、B两点的振动情况总相同
7.(2020·四川树德中学期中)在某一均匀介质中由波源O发出的简谐横波沿x轴传播,某时刻的波形如图所示,其波速为10 m/s,P点坐标为(-2 m,0),Q点坐标为(1 m,0),N点坐标为(-5 m,0),则下列说法正确的是( )
A.P、Q两个质点有可能某个时刻速度方向相同
B.再经过0.2 s时间N质点将开始向下振动
C.能与该波发生干涉的横波的频率一定为5 Hz
D.该波只有遇到尺寸小于2 m的物体才能发生衍射
二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得5分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
8.一条弹性绳子呈水平状态,M为绳子中点,两端点P、Q同时开始上下振动,一小段时间后产生的波形如图所示。对于其后绳上各点的振动情况,以下判断正确的是( )
A.两列波将同时到达中点M
B.两列波波速之比为1∶2
C.中点M的振动总是加强的
D.绳的两端点P、Q开始振动的方向相同
9.(2020·天津一中期末)在均匀介质中坐标原点O处有一波源做简谐运动,其表达式为y=6sinπ2t m,它在介质上形成的简谐横波沿x轴正方向传播,从波源起振开始计时,某时刻波0至8 m之间第一次形成如图所示的波形图,则( )
A.在此后的12周期内回复力对M做功为零
B.在此后的12周期内回复力对M冲量为零
C.此后M点第一次到达y=-3 m处所需时间是23 s
D.此后再经过6 s该波传播到x=20 m处
10.(2020·江苏海安高级中学月考)一简谐机械横波沿x轴负方向传播,已知波的波长为8 m,周期为2 s。t=1 s时刻波形如图甲所示,a、b、d是波上的质点。图乙是波上某一点的振动图像。下列说法正确的是( )
甲
乙
A.图乙可以表示d点的振动
B.图乙可以表示b点的振动
C.a、b两质点在t=1.5 s时速度大小相同
D.该波传播速度为v=4 m/s
三、非选择题(本题共5小题,共57分)
11.(8分)某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。
(1)他组装单摆时,在摆线上端的悬点处,用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线,再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧,如图甲所示,这样做的目的是 (填字母代号)。
甲
A.保证摆动过程中摆长不变
B.可使周期测量更加准确
C.需要改变摆长时便于调节
D.保证摆球在同一竖直平面内摆动
(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下,用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度l=0.999 0 m,再用游标卡尺测量摆球直径,结果如图乙所示,则该摆球的直径为 mm,单摆摆长为 m。
乙
(3)下列振动图像真实地描述了对摆长约为1 m的单摆进行周期测量的四种操作过程。图中横坐标原点表示计时开始,A、B、C、D均为30次全振动的图像,已知sin 5°=0.087,sin 15°=0.26,这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是 (填字母代号)。
12.(10分)(2020·全国卷Ⅰ)一振动片以频率f做简谐运动时,固定在振动片上的两根细杆同步周期性地触动水面上a、b两点,两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样,c是水面上的一点,a、b、c间的距离均为l,如图所示。已知除c点外,在ac连线上还有其他振幅极大的点,其中距c最近的点到c的距离为38l。求:
(1)波的波长;
(2)波的传播速度。
13.(13分)(2020·陕西西安模拟)如图所示,一弹簧振子以O点为平衡位置,在B、C两点间沿x轴做简谐运动,B、C两点间的距离为30 cm。在t=0时刻,振子从O、B两点间的P点以速度v向B点运动。在t=0.4 s时刻,振子速度第一次变为-v。在t=0.6 s时刻,振子速度第二次变为-v。
(1)求弹簧振子的周期,并写出振子的位移表达式。
(2)从t=0时刻开始,4 s内振子经过的路程是多少?
(3)求与经过P点时的回复力大小相等且加速度正在减小的时刻。
14.(12分)一简谐横波在均匀介质中沿水平方向直线传播,A、B为介质中的两个质点,其振动图像分别如图甲和乙所示,A、B间的水平距离x=2 m。
甲
乙
(1)求该简谐横波传播速度的可能值。
(2)若改变波源的振动频率,使A、B两质点的振动同步,求频率的可能值。
15.(14分)一列简谐横波在介质中沿x轴正方向传播,波长不小于10 cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=5 cm处的两个质点。t=0时开始观测,此时质点O的位移为y=4 cm,质点A处于波峰位置;t=13 s时,质点O第一次回到平衡位置;t=1 s时,质点A第一次回到平衡位置。求:
(1)该简谐波的周期、波速和波长;
(2)质点O的位移随时间变化的关系式。
章末目标检测卷九 机械振动和机械波
1.C 解析:铁路工人把耳朵贴在铁轨上来判断火车的运动情况,是利用声音在铁轨中传播速度大于在空气中的传播速度这一规律来做判断,故选项C符合题意。
2.D 解析:a 正向上运动,振动比右侧波峰迟,波向左传播,A错误。此时a的位移为0,但振幅不为0,B错误。因波向左传播,则该时刻以后b向下运动,位移变大,加速度变大,c向上运动,位移变小,加速度变小,C错误,D正确。
3.A 解析:经过T2时,质点1从平衡位置再次运动到平衡位置,质点3振动了38T,即质点3在向平衡位置运动的过程中(向右运动),A正确。经过T2时,质点5振动了T4,根据F=-kx=ma,可知加速度方向向右,质点5所受回复力向右,B错误。经过T2时,质点6振动了316T,根据a=-kmx可知,质点6的加速度方向向右,C错误。在波传播过程中,后一个质点重复前一个质点的振动,可知每一个质点开始振动的时候都和波源起振的情况相同,其振幅一样大,所以质点9的振幅不为零,D错误。
4.D 解析:由题图可知单摆的固有频率为f=0.5 Hz,则单摆的固有周期为T=1f=2 s,由单摆的周期公式T=2πlg可得摆长l=gT24π2=10×224π2 m=1 m,故A、B错误。由单摆的频率公式f=12πgl知,当摆长增大时,单摆的固有频率减小,产生共振的驱动力频率也减小,曲线的峰将向左移动,故C错误,D正确。
5.D 解析:已知x=5λ4处质点的振动方程y=Acs2πTt,t=0时,该质点位于正向最大位移处,t=3T4时该质点位于平衡位置,且向上运动。A、B选项图中该质点不在平衡位置,C选项图中该质点向下运动,故选项A、B、C错误,D正确。
6.C 解析:由题图知,波长λ=2 m,周期T=1 s,则波速为v=λT=2 m/s,故A错误。此列波为横波,左端点开始时的运动方向与图示时刻x=1 m处质点的振动方向相同,即为向下,故B错误。波从图示位置传到质点B用时t=sv=42 s=2 s,因此t=2.5 s时质点B开始振动,故C正确。由于AB间的距离s=3 m=32λ,则知它们的振动情况不相同,故D错误。
7.C 解析:波同时向两侧传播,根据对称性可知,P点(-2 m,0)与其对称点(2 m,0)运动方向相同,而(2 m,0)点与Q(1 m,0)点相距半个波长,所以P、Q两个质点速度方向总相反,A错误。由题图可知,N到波的前沿的距离为2 m,波传播到N的时间t1=sv=210 s=0.2 s,由题图知波长λ=2 m,周期为T=λv=210 s=0.2 s,波传到N点时,N点向上运动,所以N质点将开始向下振动的时间为t=t1+14T=0.25 s,故B错误。该波的频率为f=1T=10.2 Hz=5 Hz,所以能与该波发生干涉的横波的频率一定为5 Hz,C正确。由题图知波长λ=2 m,该波如果遇到2 m的障碍物,能发生明显的衍射现象,D错误。
8.AD 解析:波在同种介质中传播时波速相同,由于两端点距M点的距离相同,所以两列波将同时到达M点,A正确,B错误。由于两列波波长不同,因此在M点相遇时,并不总是加强或减弱,C错误。根据波的传播特点可知,各质点的起振方向与波源的起振方向相同,根据波形可知,两波源的起振方向都是向上,D正确。
9.ACD 解析:在半个周期内,据题图可知两位置关于平衡位置对称,即两位置速度大小相同,方向相反,据动能定理得,回复力做功一定为零,回复力的冲量不为零,A正确,B错误。振源从0到3 m处,用时满足3 m=6 m·sinπ2t0,解得t0=13 s,(说明波形传播至振幅3 m处用时13 s,则波形从-3 m处传播至M点所在振动方向的位置)用时2×13 s=23 s,C正确。由y=6sinπ2t m,可得ω=π2 rad/s,则波的周期为T=2πω=4 s,波速为v=λT=84 m/s=2 m/s,波传播的距离为x0=vt=12 m,即该波传到x=12 m+8 m=20 m的位置,D正确。
10.AD 解析:由题图乙知,t=1 s时刻质点经过平衡位置向上运动,题图甲是t=1 s时刻的波形,此时质点b经过平衡位置向下运动,与图乙中t=1 s时刻质点的状态不相符,所以图乙不能表示质点b的振动,同理可得出图乙可以表示质点d的振动,故A正确,B错误。t=1.5 s时刻,即从图示位置再经过14周期,质点a到达平衡位置,质点b到达最低点,则a、b两质点速度大小不相等,故C错误。波的波长为8 m,周期为2 s,故传播速度v=λT=82 m/s=4 m/s,故D正确。
11.解析:(1)橡皮的作用是使摆线摆动过程中悬点位置不变,从而保证摆长不变,同时又便于调节摆长,A、C正确。
(2)根据游标卡尺读数规则可得摆球直径为d=12 mm+0.1 mm×0=12.0 mm,则单摆摆长为l0=l-d2=0.993 0 m(注意统一单位)。
(3)单摆摆角不超过5°,且计时位置应从最低点(即速度最大位置)开始,故A项的操作符合要求。
答案:(1)AC (2)12.0 0.993 0 (3)A
12.解析:根据几何关系找出距离差,振幅极大是振动加强点,利用振动加强点的条件分析。
(1)如图所示,设距c点最近的振幅极大的点为d点,a与d的距离为r1,b与d的距离为r2,d与c的距离为s,波长为λ。则
r2-r1=λ①
由几何关系有
r1=l-s②
r22=(r1sin 60°)2+(l-r1cs 60°)2③
联立①②③式并代入题给数据得
λ=14l。④
(2)波的频率为f,设波的传播速度为v,有
v=fλ⑤
联立④⑤式得
v=fl4。⑥
答案:(1)14l (2)fl4
13.解析:(1)由对称性知T2=0.6 s
解得T=1.2 s
振幅A=12lBC=15 cm
由于t=0及t=0.4 s时振子的位移相同而速度等大反向,T=1.2 s,故初相φ0=π6
角频率为ω=2πT=5π3 rad/s
故振子位移表达式为
x=15sin 5π3t+π6 cm。
(2)4 s内周期数为4sT=3+13
令t=T3=0.4 s,代入位移表达式解得x=7.5 cm
t=0时,x0=7.5 cm
故振子的路程l=12A+A-x0+A-x=195 cm。
(3)与经过P点时的回复力大小相等且加速度正在减小的时刻为
t=0.4 s+n·T2=(0.6n+0.4) s(n=0,1,2,…)。
答案:(1)1.2 s x=15sin5π3t+π6 cm
(2)195 cm
(3)(0.6n+0.4) s(n=0,1,2,…)
14.解析:(1)由题图图像可知,该简谐波的周期T=4 s
x=(2n+1)λ2(n=0,1,2,…)
设传播速度为v,则有v=λT
解得该简谐横波传播速度的可能值为
v=12n+1 m/s(n=0,1,2,…)。
(2)设波源振动频率为f,则有x=mλ'(m=1,2,3,…)
v=λ'f
解得频率的可能值
f=m4n+2 Hz(n=0,1,2,…)(m=1,2,3,…)
答案:(1)12n+1 m/s(n=0,1,2,…)
(2)m4n+2 Hz(n=0,1,2,…)(m=1,2,3,…)
15.解析:(1)设振动周期为T。由于质点A在0到1 s内由最大位移处第一次回到平衡位置,经历的是14个周期,由此可知T=4 s①
由于质点O与A的距离5 cm小于半个波长,且波沿x轴正方向传播,O在t=13 s时回到平衡位置,而A在t=1 s 时回到平衡位置,时间相差23 s。两质点平衡位置的距离除以传播时间,可得波的速度v=7.5 cm/s②
利用波长、波速和周期的关系得,简谐波的波长λ=30 cm。③
(2)设质点O的位移随时间变化的关系为
y=Acs2πtT+φ0④
将①式及题给条件代入上式得
0.04m=Acsφ00=Acsπ6+φ0⑤
解得φ0=π3,A=0.08 m⑥
质点O的位移随时间变化的关系式为
y=0.08csπt2+π3 (m)⑦
或y=0.08sinπt2+5π6 (m)。
答案:(1)4 s 7.5 cm/s 30 cm
(2)y=0.08csπt2+π3 (m)或y=0.08sinπt2+56π (m)