9-6振动和波中STSE问题（解析版）--2024高考一轮物理复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲

第9章   机械振动和机械波

第9.6 讲  振动和波中STSE问题

【知识点精讲】

振动和波中STSE问题主要有：摆钟、共振的防止和应用、超声波、心电图、消音器等。

【方法归纳】

解答摆钟问题主要依据单摆的周期公式；

解答共振的防止和应用依据受迫振动和共振的知识；

超声波可以探测海洋中生物、测量海洋深度等，B超可以发现人体的器官病变；

根据心电图可以得出心脏跳动的心率等；

消音器可以减弱噪声的影响等。

【最新高考题精练】

1．（2023年1月浙江选考· 6）主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波．，某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图所示，取得最好降噪效果的抵消声波（声音在空气中的传播速度为）（    ）

A．振幅为2A                      B．频率为

C．波长应为的奇数倍          D．在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相

【参考答案】B

【命题意图】本题考查机械波干涉及其相关知识点。

【名师解析】主动降噪耳机是根据波的干涉条件，抵消声波与噪声的振幅。根据波动干涉条件可知，频率相同，相位相反，叠加后才能相互抵消来实现降噪的。抵消声波与噪声的振幅相同，其振幅也为A，A错误；抵消声波与噪声的频率相同，由，B正确；抵消声波与噪声的波速、频率相同，则波长也相同，为，，C错误；抵消声波在耳膜中产生的振动与图中所示的振动反相，D错误。

2. （2021年1月浙江选考）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

【参考答案】AD【名师解析】由于不同树木的果实的振动固有频率不同，所以针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，选项A正确；根据共振的相关知识，可知随着振动器频率的增加，树干振动的幅度可能减小，不一定增大，选项B错误；打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率不一定相同，选项C错误；根据受迫振动的物体稳定后其振动频率等于驱动力的频率，所以稳定后，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。

3. (多选)(2020·全国卷Ⅰ)在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有(　　)

A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声

B．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化

C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低

D．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同

E．天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化

【参考答案】BCE　

【名师解析】雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声，这是由于光的速度比声波的速度大，选项A错误；超声波被血管中血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化，是多普勒效应，选项B正确；观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低，是多普勒效应，选项C正确；同一声源发出的声波，在空气和水中的传播速度不同，是声速与介质有关，不是多普勒效应，选项D错误；天文学上观察到双星光谱随时间的周期性变化是多普勒效应，选项E正确。

4.（2015`江苏物理）一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比_________.

（A）．波速变大    （B）．波速不变   

（C）．频率变高    （D）．频率不变

【参考答案】BC

【名师解析】：根据多普勒效应，被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比频率变高，波速不变，选项BC正确。

5（2015`江苏物理）用2×106Hz的超声波检查胆结石，该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2250m/s和1500m/s，则该超声波在结石中的波长是胆汁中的______倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波长短，遇到结石时_______（选填“容易”或者“不容易”）发生衍射。

【参考答案】1.5    不容易

【名师解析】：由λ=v/f可知，该超声波在结石中的波长是胆汁中的1.5倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波长短，遇到结石时不容易发生衍射。

【最新模拟题精练】

1. （2023浙江宁波部分名校联考）3. 下列情境中属于共振现象的是（　　）

A．小红利用脱水机甩干洗完衣服上的水滴时，发现随着脱水机结束工作转速缓慢减小时，机器的摆动反而变得剧烈了起来

B．小王和小张兄弟俩在荡秋千时，小王发现小张荡的比他高，马上通过调整姿势将秋干荡得比小张更高

C．101大厦在台风来临之际，其内部的重锤开始随着高楼一起摆动，且摆动方向与高楼振动方向始终相反

D．如图是扬声器的结构示意图，当人在说话时，带动膜片振动，最后通过扬声器的振动将声音以较高音量发出

【参考答案】A

【名师解析】小红利用脱水机甩干洗完衣服上的水滴时，发现随着脱水机结束工作转速缓慢减小时，机器的摆动反而变得剧烈了起来，这是因为脱水机转速逐渐减小到等于脱水机的固有频率时，发生共振，振幅增大，A正确；小王和小张兄弟俩在荡秋千时，小王发现小张荡的比他高，马上通过调整姿势将秋干荡得比小张更高，是小王通过弯腿，伸腿，做功的结果，不是共振，B错误；101大厦在台风来临之际，其内部的重锤开始随着高楼一起摆动，属于受迫振动，C错误；人在说话时，带动膜片振动，最后通过扬声器的振动将声音以较高音量发出，是通过放大电路，不是共振，D错误。

2. （2023浙江萧山名校联考）共振筛由偏心轮、筛子、弹簧等组成，偏心轮转动过程给筛子一个驱动力，如图甲所示。该共振筛的共振曲线如图乙所示。已知增大电压，可使偏心轮转速提高，增加筛子质量，可增大筛子的固有周期，已知12V电压下偏心轮的转速为30r/min，则下列说法中正确的是（　　）

A. 电压为12V时，筛子实际振动的频率是0.8Hz

B. 电压从12V开始减小，筛子有可能会共振

C. 保持12V电压不变，减小筛子的质量，筛子有可能会共振

D. 若只改变电压，筛子的固有周期不变，仍为1.25s

【参考答案】D

【名师解析】

电压为12V时，筛子实际振动的频率是，故A错误；

由乙图知，当频率为0.8Hz时，发生共振，即筛子的固有频率为f0=0.8Hz

根据题意，电压从12V开始减小，偏心轮转速降低，频率减小，筛子不可能会共振，故B错误；

保持12V电压不变，偏心轮频率不变，减小筛子的质量，筛子固有周期减小，固有频率增大，筛子不可能会共振，故C错误；

根据题意，筛子的固有周期与电压无关，筛子的固有周期，故D正确。

3 （2023江苏泰州期末）如图所示，《我爱发明》节目《松果纷纷落》中的松果采摘机利用机械臂抱紧树干，通过采摘振动头振动而摇动树干，使得松果脱落．则下列说法正确的是(　　)

A.  随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大

B.  稳定后，不同粗细树干的振动频率与振动器的振动频率相同

C.  若拾果工人快速远离采摘机时，他听到采摘机振动声调变高

D.  针对不同树木，落果效果最好的振动频率一定相同

【参考答案】B

【名师解析】根据共振原理，当振动器频率等于树干的固有频率时，树干振动的幅度最大，所以随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，选项A错误；在振动器作用下，树干做受迫振动，稳定后，不同粗细树干的振动频率与振动器的振动频率相同，选项B正确；若拾果工人快速远离采摘机时，根据多普勒效应，他听到采摘机振动声调变低，选项C错误；针对不同树木，落果效果最好的振动频率应该是发生共振，即针对不同树木，落果效果最好的振动频率不一定相同，选项D错误。

4. （2023山东德州高二期中）近些年，科学家们逐步对极地进行开发和探索，由于极地大面积被冰雪覆盖，开发和探索的进度受到影响，人们为了加快进度发明了共振破冰船，如图所示。破冰船利用专用传感器感应冰面的振动反馈，自动调节锤头振动频率。当冰层与锤头发生共振时，可以大幅提高破冰效率。结合所学知识，下列说法正确的是（　　）

A. 锤头振动频率越高，冰层的振动幅度越大，破冰效果越好

B. 破冰效果最好时，锤头的振动频率等于冰层的固有频率

C. 破冰船停止工作后，冰层余振的振幅越来越小，频率也越来越小

D. 对于不同冰层，破冰效果最好时，锤头的振动频率相同

【参考答案】B

【名师解析】当冰层与锤头发生共振时，锤头的振动频率等于冰层的固有频率，可以大幅提高破冰效率，选项B正确。

5. （2023山东青岛二中下学期期中）B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号形成B超图像。如图为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像，时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为，下列说法正确的是（    ）

A. 超声波在血管中的传播速度为

B. 内质点M运动的路程为1.75mm

C. 质点M第一次位移为0.2mm的时刻是

D. 时质点N恰好处于波谷

【参考答案】AD

【名师解析】

由题图可知超声波的波长为

由题意可知此超声波的周期为

超声波在血管中的传播速度为，故A正确；

0～1.25×10-7s内质点M运动了个周期，所以路程为，故B错误；

t=0时刻M正位于波传播方向波形的上坡，所以此时M正向y轴负方向运动，则质点M的振动方程是

质点M第一次位移为0.2mm的时刻是，C错误；

超声波在Δt=1.5×10-7s时间内传播的距离为

由图可知t=0时平衡位置在x=14×10-2mm的质点正位于波谷处，所以t=1.5×10-7s时，该波谷恰好传播到质点N处，即此时N恰好处于波谷，故D正确。

6.（2023湖南怀化二模）“战绳”是一种时尚的健身器材，有较好的健身效果。如图1所示，健身者把两根相同绳子的一端固定在P点，用双手分别握住绳子的另一端，然后根据锻炼的需要以不同的频率、不同的幅度上下抖动绳子，使绳子振动起来。某次锻炼中，健身者以2Hz的频率开始抖动绳端，t=0时，绳子上形成的简谐波的波形如图2所示，a、b为右手所握绳子上的两个质点，二者平衡位置间距离为波长的，此时质点a的位移为8cm。已知绳子长度为12m，下列说法正确的是（　　）

A. a、b两质点振动的相位差为

B. 时，质点a的位移仍为cm，且速度方向向下

C. 健身者增大抖动频率，将减少振动从绳子端点传播到P点的时间

D. 健身者抖动绳子端点（刚开始处于平衡位置），经过0.4s振动恰好传到P点

【参考答案】AB

【名师解析】

a、b两质点二者平衡位置间距离如果为一个波长，则其相位差为2，依题意其平衡位置相距波长，则振动的相位差为 ，故A正确；

由题意可知振动频率为2Hz，则周期为0.5s，则从图示位置开始计时，则质点a的位移与时间的关系为

可知当时，质点a的位移仍为cm，且由图2可知此时质点a从波峰向平衡位置运动，故B正确；

波速由介质而定，则增大抖动频率，不会改变振动从绳子端点传播到P点的时间，故C错误；

从图中可以得到，波长为8m，周期为0.5秒，则波速为

经0.4s，传播的距离为

即健身者抖动绳子端点（刚开始处于平衡位置），经过0.4s振动不能传到P点，故D错误。

7．(9分) (2021山东枣庄4月二模)某型号的网红“水帘秋千”如图所示，它与平常秋千的不同之处是钢铁做成的秋千架上装有273个独立竖直向下的出水孔，在系统控制下能够间断性出水，从而形成一个有孔洞的水帘。假设秋千摆长L=3.0m，人坐在座板上，头顶到座板的距离为h1=1.0m，鞋底到座板的距离为h2=0.5m，忽略绳的重力和空气阻力，人与座板整体的重心在座板上。假设秋千的摆动周期与同摆长的单摆做简谐运动的周期相同；出水孔打开时，水的初速度为零。以秋千座板从最高点刚要向下摆动时作为计时起点，此刻，比座板略宽的范围内的所有出水孔都是关闭的。取g=10m／s2，π=3.14，。计算结果均保留到小数点后面两位。求：

(1)在秋千第一次从最高点运动到最低点的过程中，哪个时刻打开出水孔，水刚好不能淋湿人的头顶；

(2)在秋千第二次到达最低点之前最迟哪个时刻关闭出水孔，水刚好不能淋湿人体的任何部位；

(3)接第(2)问，当秋千第二次到达最低点时，水又刚好不能淋湿人的头顶，那么，出水孔关闭了多长时间。

【名师解析】．(9分)

(1)计时开始后，设第一滴水经历自由落体时间△t1刚好落到人头顶处，其下落距离应为L－h1。由运动学公式有：

       ①

解得：△t1=0.63s

设单摆的运动周期为T，则         ②

解得：T=3.44s

设在计时开始后，t1时刻打开出水孔，则

         ③

解得：t1=0.23s        ④

(2)设关闭出水孔的最后一滴水经历自由落体时间△t2刚好落到人脚底处，其下落距离应为L+h2。由运动学公式有：

       ⑤

解得：△t2=0.84s

设从计时开始后，t2时刻关闭出水孔，则

        ⑥

解得：t2=1.74s        ⑦

(3)当再次打开出水孔后的第一滴水又刚好不淋湿头顶，第一滴水下落的时间依然为

△t1，设从关闭出水孔到再次打开出水孔，关闭的持续时间为△t3，则

        ⑧

解得：△t3=0.21s        ⑨

评分标准：本题共9分，①②③④⑤⑥⑦⑧⑨式各1分。

8. （2023重庆沙家坝重点中学质检）某同学注意到手机摄像头附近有一个小孔，查阅手机说明后知道手机内部小孔位置处安装了降噪麦克风。进一步翻阅技术资料得知：降噪麦克风通过降噪系统产生与外界噪音相位相反的声波，与噪音叠加从而实现降噪的效果。如图是理想情况下的降噪过程，实线对应环境噪声，虚线对应降噪系统产生的等幅反相声波。则（   ）

A. 降噪过程实际上是声波发生了干涉 

B. 降噪过程可以消除通话时的所有背景杂音

C. 降噪声波与环境噪声的传播速度不相等 

D. P点经过一个周期传播的距离为一个波长

【参考答案】A

【名师解析】

由图看出，降噪声波与环境声波波长相等，又由机械波传播的速度由介质决定可知降噪声波与环境噪声的传播速度相等，则两列波频率相同，叠加时产生干涉，由于两列声波等幅反相，所以振动减弱，起到降噪作用，A正确、C错误；降噪过程不能消除通话时的所有背景杂音，只能消除与降噪声波频率相同的杂音，B错误；P点并不随波移动，D错误。

9．（2023山东枣庄高二期末）如图甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回 摆动，据图乙，下列关于女同学的感受的说法正确的是（ ）

A．女同学从 A 向 B 运动过程中，她听到的哨声音调变低

B．女同学从 E 向 D 运动过程中，她听到的哨声音调变高

C．女同学在点 C 向右运动时，她听到的哨声音调不变

D．女同学在点 C 向左运动时，她听到的哨声音调变低

【参考答案】D.

【名师解析】根据多普勒效应 ，当声源不动时，观察者向着声源运动时，听到的哨声音调变高，远离声源运动时，听到的哨声音调变低，所以ABC错误；D正确。