第30讲 机械振动（讲义）（解析版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

这是一份第30讲 机械振动（讲义）（解析版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考），共21页。
\l "_Tc24227" 02、知识导图，思维引航 PAGEREF _Tc24227 \h 2
\l "_Tc29952" 03、考点突破，考法探究 PAGEREF _Tc29952 \h 2
\l "_Tc16651" 考点一 简谐运动的基本特征 PAGEREF _Tc16651 \h 3
\l "_Tc6262" 知识点1．关于简谐运动两个重要概念的理解 PAGEREF _Tc6262 \h 3
\l "_Tc15518" 知识点2．关于机械运动的两种描述 PAGEREF _Tc15518 \h 3
\l "_Tc21537" 知识点3．关于简谐运动的三个特点 PAGEREF _Tc21537 \h 3
\l "_Tc14357" 知识点4.简谐运动的周期性与对称性 PAGEREF _Tc14357 \h 4
\l "_Tc10604" 考向1.简谐运动基本物理量的分析 PAGEREF _Tc10604 \h 4
\l "_Tc26563" 考向2.简谐运动的周期性与对称性 PAGEREF _Tc26563 \h 5
\l "_Tc30684" 考点二 简谐运动的公式和图像 PAGEREF _Tc30684 \h 6
\l "_Tc8099" 知识点1.简谐运动的振动方程和图像 PAGEREF _Tc8099 \h 6
\l "_Tc13258" 知识点2.由图像可获取的信息 PAGEREF _Tc13258 \h 6
\l "_Tc29051" 考向1 简谐运动的方程 PAGEREF _Tc29051 \h 7
\l "_Tc14763" 考向2 简谐运动的图像 PAGEREF _Tc14763 \h 8
\l "_Tc28222" 考点三 简谐运动的两种模型 PAGEREF _Tc28222 \h 9
\l "_Tc12097" 考向1 弹簧振子模型 PAGEREF _Tc12097 \h 10
\l "_Tc22587" 考向2 单摆模型 PAGEREF _Tc22587 \h 10
\l "_Tc19506" 考向3 等效摆长问题 PAGEREF _Tc19506 \h 11
\l "_Tc11914" 考向4 等效重力加速度问题 PAGEREF _Tc11914 \h 11
\l "_Tc27641" 04、真题练习，命题洞见 PAGEREF _Tc27641 \h 12
考点一 简谐运动的基本特征
知识点1．关于简谐运动两个重要概念的理解
知识点2．关于机械运动的两种描述
知识点3．关于简谐运动的三个特点
知识点4.简谐运动的周期性与对称性
考向1.简谐运动基本物理量的分析
1.如图所示，小球在BC之间做简谐运动，当小球位于O点时，弹簧处于原长，在小球从C点运动到O点的过程中( )
A.动能不断增大，加速度不断减小
B.回复力不断增大，系统机械能守恒
C.弹性势能不断减小，加速度不断增大
D.弹性势能不断增大，加速度不断减小
【答案】 A
【解析】 做简谐运动的小球，从C点到O点的过程中逐渐靠近平衡位置，速度方向指向平衡位置，弹簧弹力充当回复力，也指向平衡位置，故速度方向与受力方向相同，合外力做正功，动能不断增大；同时由于偏离平衡位置的位移减小，由回复力公式F＝－kx可知，回复力逐渐减小，根据牛顿第二定律可知F＝－kx＝ma，故加速度不断减小，故A正确；由上述分析可知回复力不断减小，整个系统只有弹簧弹力做功，故系统的机械能守恒，故B错误；在小球从C点到O点的过程中，弹簧形变量逐渐减小，故弹性势能逐渐减小，同时由上述分析可知，加速度也逐渐减小，故C、D错误。
2．(多选)某鱼漂的示意图如图所示，O、M、N为鱼漂上的三个点。当鱼漂静止时，水面恰好过点O。用手将鱼漂向下压，使点M到达水面，松手后，鱼漂会上下运动，上升到最高处时，点N到达水面。不考虑阻力的影响，下列说法正确的是( )
A．鱼漂的运动是简谐运动
B．点O过水面时，鱼漂的速度最大
C．点M到达水面时，鱼漂具有向下的加速度
D．鱼漂由上往下运动时，速度越来越大
【答案】AB
【解析】： 设鱼漂的横截面积为S，O点以下的长度为h。当鱼漂静止时，水位恰好在O点，说明此时浮力等于重力，即mg＝ρgSh。可取O点所在位置为平衡位置，取竖直向下为正，当鱼漂被下压x时，水位在O点上方x处，此时合力为F合＝mg－ρgS(h＋x)＝－ρgSx，同理可得水位在O点下方时也满足此式。因为ρ、g、S都是确定量，所以上述关系式满足简谐运动的条件(F合＝－kx)，鱼漂做的是简谐运动，故A正确；O点是平衡位置，所以O点过水面时鱼漂的速度最大，故B正确；M点到达水面时，鱼漂具有向上的加速度，故C错误；鱼漂由上往下运动时，可能加速也可能减速，故D错误。
考向2.简谐运动的周期性与对称性
3.小球做简谐运动，若从平衡位置O开始计时，经过0.5 s，小球第一次经过P点，又经过0.2 s，小球第二次经过P点，则再过多长时间该振子第三次经过P点( )
A.1.0 s B.2.4 s
C.0.8 s D.2.2 s
【答案】 D
【解析】 若小球从O点开始向指向P点的方向振动，作出示意图如图甲所示
则小球的振动周期为T1＝(0.5＋0.1)×4 s＝2.4 s，则该小球再经过时间Δt＝T1－0.2 s＝2.2 s，第三次经过P点；若小球从O点开始向背离P点的方向振动，作出示意图如图乙所示
则有0.5 s＋0.1 s＝eq \f(3,4)T2，小球的振动周期为T2＝0.8 s，则该小球再经过时间Δt′＝T2－0.2 s＝0.6 s，第三次经过P点，A、B、C错误，D正确。
4.如图所示，一质点做简谐运动，先后以相同的速度依次通过M、N两点，历时1 s，质点通过N点后再经过1 s又第2次通过N点，在这2 s内质点通过的总路程为12 cm。则质点的振动周期和振幅分别为( )
A．3 s、6 cm B．4 s、6 cm
C．4 s、9 cm D．2 s、8 cm
【答案】 B
【解析】 简谐运动的质点，先后以同样的速度通过M、N两点，则可判定M、N两点关于平衡位置O点对称，所以质点由M到O时间与由O到N的时间相等，那么平衡位置O到N点的时间t1＝0.5 s，因过N点后再经过t＝1 s，质点以方向相反、大小相同的速度再次通过N点，则有从N点到最大位移处的时间t2＝0.5 s，因此，质点振动的周期是T＝4(t1＋t2)＝4 s。这2 s内质点通过的总路程的一半，即为振幅，所以振幅A＝eq \f(12 cm,2)＝6 cm，故选B。
考点二 简谐运动的公式和图像
知识点1.简谐运动的振动方程和图像
(1)从平衡位置开始计时：x＝Asin ωt，如图甲所示。
(2)从最大位移处开始计时：x＝Acs ωt，如图乙所示。
(3)图像反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图像不代表质点运动的轨迹。
知识点2.由图像可获取的信息
(1)振幅A、周期T(或频率f)和初相位φ(如图所示)。
(2)某时刻振动质点离开平衡位置的位移。
(3)某时刻质点速度的大小和方向：曲线上各点切线的斜率的大小和正负分别表示各时刻质点的速度大小和方向，速度的方向也可根据下一相邻时刻质点的位移的变化来确定。
(4)某时刻质点的回复力和加速度的方向：回复力总是指向平衡位置，回复力和加速度的方向相同。
(5)某段时间内质点的位移、回复力、加速度、速度、动能和势能的变化情况。
3.简谐运动的对称性(如图)
(1)相隔Δt＝nT(n＝1，2，3…)的两个时刻，弹簧振子在同一位置，位移和速度都相同。
(2)相隔Δt＝(n＋eq \f(1,2))T(n＝0，1，2…)的两个时刻，弹簧振子的位置关于平衡位置对称，位移等大反向(或都为零)，速度也等大反向(或都为零)。
考向1 简谐运动的方程
1.质点A做简谐运动的位移—时间关系式为xA＝4sin(50t－0.5π) m，质点B做简谐运动的位移—时间关系式为xB＝4sin(50t＋0.3π) m，下列说法正确的是( )
A．A的相位比B的相位总滞后0.2π
B．A、B的振动频率均为eq \f(50,π) Hz
C．t＝0时，A的加速度沿负方向最大
D．t＝eq \f(7π,500) s时，B的加速度最小
【答案】 D
【解析】 A、B的振动频率相同，相位差恒定且为－0.8π，故A的相位比B的相位总滞后0.8π，故A错误；A、B的振动频率均为eq \f(50,2π) Hz＝eq \f(25,π) Hz，故B错误；t＝0时，A的位移为负向最大，故加速度为正向最大，故C错误；t＝eq \f(7π,500) s时，B的位移为0，处在平衡位置，故B的加速度最小，故D正确。
2．如图甲所示，轻弹簧上端固定，下端系小球，现使小球在竖直方向上做简谐运动，小球相对平衡位置的位移随时间t变化的规律如图乙所示，则小球在0～0.5 s内通过的路程为__________ cm，振动的周期为________ s，小球的振动方程是y＝__________ m。
【答案】：30 1.2 0.2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5π,3)t＋\f(π,6)))
【解析】：由题图乙知小球在0～0.5 s内通过的路程为30 cm，小球振动的周期为1.2 s，小球的振幅为A＝0.2 m，设小球的振动方程为y＝Asineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(eq \f(2π,T)t＋φ))＝0.2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5π,3)t＋φ))m，将t＝0，y＝0.1 m代入上式解得φ＝eq \f(π,6)，则小球的振动方程是y＝0.2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(eq \f(5π,3)t＋eq \f(π,6)))m。
考向2 简谐运动的图像
3.(多选)一质点做简谐运动的图像如图所示，则( )
A．在t＝0.1 s时，该质点的速度最大
B．在t＝0.1 s时，该质点具有x轴负方向最大加速度
C．在0.1～0.2 s时间内质点沿x轴负方向做加速度减小的加速运动
D．在0～0.6 s时间内质点运动的路程为100 cm
【答案】 BC
【解析】 在t＝0.1 s时，该质点处于正方向最大位移处，速度为零，A错误；据a＝eq \f(F回,m)＝－eq \f(k,m)x可知，在t＝0.1 s时，该质点具有x轴负方向最大加速度，B正确；在0.1～0.2 s时间内，质点从正方向最大位移处运动至平衡位置，即质点沿x轴负方向做加速度减小的加速运动，C正确；在0～0.6 s时间内，质点运动的路程为6A，即120 cm，D错误。
4.某质点的振动图像如图所示，下列说法正确的是( )
A.1 s和3 s时刻，质点的速度相同
B.1 s到2 s时间内，质点的速度与加速度方向相同
C.简谐运动的表达式为y＝2sin(0.5πt＋1.5π) cm
D.简谐运动的表达式为y＝2sin(0.5πt＋0.5π) cm
【答案】 D
【解析】 y－t图像上某点切线的斜率表示速度；1 s和3 s时刻，质点的速度大小相等，方向相反，故A错误；1 s到2 s时间内，质点做减速运动，加速度与速度方向相反，故B错误；振幅为A＝2 cm，周期为T＝4 s，ω＝eq \f(2π,T)＝eq \f(2π,4) rad/s＝0.5π rad/s，t＝0时，y＝2 cm，则φ＝0.5 π，简谐运动的表达式为y＝Asin(ωt＋φ)＝2sin(0.5πt＋0.5π) cm，故C错误，D正确。
5.(多选)一个质点经过平衡位置O，在A、B间做简谐运动，如图甲所示，它的振动图像如图乙所示，设向右为正方向，则下列说法中正确的是( )
A.OB＝5 cm
B.第0.2 s末，质点的速度方向是A→O
C.第0.4 s末，质点的加速度方向是A→O
D.第0.7 s末，质点位置在O点与A点之间
【答案】 AC
【解析】 由题图乙可知振幅为5 cm，则有OB＝OA＝5 cm，A正确；0～0.2 s内质点从B向O运动，即第0.2 s末质点的速度方向是O→A，B错误；第0.4 s末质点运动到A点处，则此时质点的加速度方向是A→O，C正确；第0.7 s末时质点位置在O与B之间，D错误。
考点三 简谐运动的两种模型
考向1 弹簧振子模型
1．如图所示，弹簧振子在A、B之间做简谐运动，O为平衡位置，测得A、B间距为6 cm，小球完成30次全振动所用时间为60 s，则( )
A．该振子振动周期是2 s，振幅是6 cm
B．该振子振动频率是2 Hz
C．小球完成一次全振动通过的路程是12 cm
D．小球过O点时开始计时，3 s内通过的路程为24 cm
【答案】C
【解析】： 由题意可知T＝eq \f(60,30) s＝2 s，A＝eq \f(6,2) cm＝3 cm，A错误；频率f＝eq \f(1,T)，解得f＝0.5 Hz，B错误；小球完成一次全振动通过的路程为振幅的4倍，即s0＝4×3 cm＝12 cm，C正确；小球在3 s内通过的路程为s＝eq \f(t,T)×4A＝eq \f(3,2)×4×3 cm＝18 cm，D错误。
考向2 单摆模型
2．(多选)图甲是用力传感器对单摆做小角度摆动过程进行测量的装置图，图乙是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F-t图像，其中F的最大值Fmax＝1.02 N，已知摆球质量m＝100 g，重力加速度取9.8 m/s2，π2取9.8，不计摆线质量及空气阻力。下列说法正确的是( )
A．单摆周期为0.8 s
B．单摆摆长为1.0 m
C．F的最小值Fmin＝0.96 N
D．若仅将摆球质量变为200 g，单摆周期不变
【答案】CD
【解析】： 由题图乙可知，单摆周期为T＝1.6 s，选项A错误；根据T＝2πeq \r(\f(l,g))，可得l＝eq \f(gT2,4π2)＝0.64 m，单摆摆长为0.64 m，选项B错误；摆到最低点时mgl(1－cs θ)＝eq \f(1,2)mv2，Fmax－mg＝meq \f(v2,l)，可得cs θ＝eq \f(1.92,1.96)，则F最小值Fmin＝mgcs θ＝0.96 N，选项C正确；单摆周期与摆球的质量无关，若仅将摆球质量变为200 g，单摆周期不变，选项D正确。
考向3 等效摆长问题
3．(2024·扬州高三模拟)如图所示，“杆线摆”可以绕着固定轴OO′来回摆动。摆球的运动轨迹被约束在一个倾斜的平面内，这相当于单摆在光滑斜面上来回摆动。轻杆水平，杆和线长均为L，重力加速度为g，摆角很小时，“杆线摆”的周期为( )
A．2πeq \r(\f(\r(3)L,g)) B．2πeq \r(\f(L,g))
C．2πeq \r(\f(2L,g)) D．2πeq \r(\f(2\r(3)L,3g))
【答案】A
【解析】： 由于“杆线摆”中摆球绕OO′轴摆动，摆球的运动轨迹被约束在一个倾斜的平面内，则在摆角很小时，摆球受到的力沿摆球摆动的切线方向的分力提供回复力，如图，
“杆线摆”的摆长为l＝Lcs 30°＝eq \f(\r(3),2)L，摆球沿虚线方向等效重力G′＝Gcs 60°＝eq \f(1,2)G＝eq \f(1,2)mg＝mg′，“杆线摆”的周期为T＝2πeq \r(\f(l,g′))＝2πeq \r(\f(\r(3)L,g))，故选A。
考向4 等效重力加速度问题
4．如图所示，一倾角为α＝30°的光滑绝缘斜面，处于竖直向下的匀强电场中，电场强度E＝eq \f(2mg,q)。现将一长为l的细线(不可伸长)一端固定，另一端系一质量为m、电荷量为q的带正电小球放在斜面上，小球静止在O点。将小球拉开倾角θ后由静止释放，小球的运动可视为单摆运动，重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A．摆球的摆动周期为T＝2πeq \r(\f(l,g))
B．摆球的摆动周期为T＝2πeq \r(\f(2l,3g))
C．摆球经过平衡位置时合力为零
D．摆球刚释放时的回复力大小F＝eq \f(1,2)mg
【答案】B
【解析】： 带正电小球受到的电场力和重力的合力大小为F′＝qE＋mg＝3mg，电场力和重力的合力沿斜面方向产生的加速度为ax＝eq \f(Fx,m)＝eq \f(F′sin α,m)＝eq \f(3,2)g，则摆球的摆动周期为T＝2πeq \r(\f(l,ax))＝2πeq \r(\f(2l,3g))，故A错误，B正确；摆球做单摆运动，摆球经过平衡位置时回复力为零，但合力不为零，故C错误；摆球刚释放时的回复力大小为F＝F′sin α·sin θ＝3mg×eq \f(1,2)×sin θ＝eq \f(3,2)mgsin θ，故D错误。
考点四 受迫振动和共振
知识点1．受迫振动
(1)概念：系统在驱动力作用下的振动。
(2)振动特征：物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。
知识点2．共振
(1)概念：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大的现象。
(2)共振的条件：驱动力的频率等于物体的固有频率。
(3)共振的特征：共振时振幅最大。
(4)共振曲线(如图所示)。
f＝f0时，A＝Am，f与f0相差越大，物体做受迫振动的振幅越小。
知识点3.简谐运动、受迫振动和共振的比较
1.如图所示，我爱发明节目《松果纷纷落》中的松果采摘机利用了机械臂抱紧树干，通过采摘振动头振动而摇动树干，使得松果脱落，则( )
A．工作中，树干的振动频率可能大于采摘振动头的振动频率
B．采摘振动头停止振动，则树干的振动频率逐渐减小
C．采摘振动头振动频率越大，落果效果越好
D．对于粗细不同的树干可以调整采摘振动头的频率以达到最佳采摘效果
【答案】 D
【解析】 树干在采摘振动头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采摘振动头的振动频率相同，故A错误；采摘振动头停止振动，则树干的振动频率不变，振幅减小，故B错误；当采摘振动头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，落果效果最好，因此采摘振动头振动频率越大，落果效果不一定越好，故C错误；对于粗细不同的树干，其固有频率一般不同，可以调整采摘振动头的频率等于树干的固有频率达到共振，使采摘效果最佳，故D正确。
2.一个单摆做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力的频率f的关系)如图所示，则( )
A．此单摆的固有周期约为0.5 s
B．此单摆的摆长约为1 m
C．若摆长增大，单摆固有频率增大
D．若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动
【答案】 B
【解析】 由题图可知，振幅最大时，此单摆的振动频率与固有频率相等，则有f＝0.5 Hz，可知此单摆的固有周期为T＝eq \f(1,f)＝2 s，根据单摆周期公式T＝2πeq \r(\f(l,g))，可知此单摆的摆长为l＝eq \f(gT2,4π2)≈1 m，故A错误，B正确；若摆长增大，由单摆周期公式T＝2πeq \r(\f(l,g))可知，单摆的固有周期增大，则固有频率减小，所以共振曲线的峰将向左移动，故C、D错误。
1．（2024·北京·高考真题）图甲为用手机和轻弹簧制作的一个振动装置。手机加速度传感器记录了手机在竖直方向的振动情况，以向上为正方向，得到手机振动过程中加速度a随时间t变化的曲线为正弦曲线，如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．时，弹簧弹力为0
B．时，手机位于平衡位置上方
C．从至，手机的动能增大
D．a随t变化的关系式为
【答案】D
【详解】A．由题图乙知，时，手机加速度为0，由牛顿第二定律得弹簧弹力大小为
A错误；
B．由题图乙知，时，手机的加速度为正，则手机位于平衡位置下方，B错误；
C．由题图乙知，从至，手机的加速度增大，手机从平衡位置向最大位移处运动，速度减小，动能减小，C错误；
D．由题图乙知
则角频率
则a随t变化的关系式为
D正确。
故选D。
2．（2024·甘肃·高考真题）如图为某单摆的振动图像，重力加速度g取，下列说法正确的是（ ）
A．摆长为1.6m，起始时刻速度最大B．摆长为2.5m，起始时刻速度为零
C．摆长为1.6m，A、C点的速度相同D．摆长为2.5m，A、B点的速度相同
【答案】C
【详解】由单摆的振动图像可知振动周期为，由单摆的周期公式得摆长为
x-t图像的斜率代表速度，故起始时刻速度为零，且A、C点的速度相同，A、B点的速度大小相同，方向不同。
综上所述，可知C正确，故选C。
3．（2024·浙江·高考真题）如图所示，不可伸长的光滑细线穿过质量为0.1kg的小铁球，两端A、B悬挂在倾角为 的固定斜杆上，间距为1.5m。小球平衡时，A端细线与杆垂直；当小球受到垂直纸面方向的扰动做微小摆动时，等效于悬挂点位于小球重垂线与AB交点的单摆，重力加速度，则（ ）
A．摆角变小，周期变大
B．小球摆动周期约为2s
C．小球平衡时，A端拉力为N
D．小球平衡时，A端拉力小于B端拉力
【答案】B
【详解】A．根据单摆的周期公式可知周期与摆角无关，故A错误；
CD．同一根绳中，A端拉力等于B端拉力，平衡时对小球受力分析如图
可得
解得
故CD错误；
B．根据几何知识可知摆长为
故周期为
故B正确。
故选B。
4．（2024·河北·高考真题）如图，一电动机带动轻杆在竖直框架平面内匀速转动，轻杆一端固定在电动机的转轴上，另一端悬挂一紫外光笔，转动时紫外光始终竖直投射至水平铺开的感光纸上，沿垂直于框架的方向匀速拖动感光纸，感光纸上就画出了描述光点振动的图像．已知轻杆在竖直面内长,电动机转速为．该振动的圆频率和光点在内通过的路程分别为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】紫外光在纸上的投影做的是简谐振动，电动机的转速为
因此角频率
周期为
简谐振动的振幅即为轻杆的长度，12.5s通过的路程为
故选C。
5．（2024·辽宁·高考真题）如图（a），将一弹簧振子竖直悬挂，以小球的平衡位置为坐标原点O，竖直向上为正方向建立x轴。若将小球从弹簧原长处由静止释放，其在地球与某球状天体表面做简谐运动的图像如（b）所示（不考虑自转影响），设地球、该天体的平均密度分别为ρ1和ρ2，地球半径是该天体半径的n倍。的值为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】设地球表面的重力加速度为，某球体天体表面的重力加速度为，弹簧的劲度系数为，根据简谐运动的对称性有
可得
可得
设某球体天体的半径为，在星球表面，有
联立可得
故选C。
6．（2024·福建·高考真题）某简谐振动的图像如图所示，则以下说法正确的是（ ）
A．振幅B．频率
C．时速度为0D．时加速度方向竖直向下
【答案】B
【详解】AB．根据图像可知，振幅为；周期为
则频率为
故A错误，B正确；
C．根据图像可知，时质点处于平衡位置，此时速度最大，故C错误；
D．根据图像可知，时质点处于负向最大位置处，则此时加速度方向竖直向上，故D错误。
故选B。
7．（2024·浙江·高考真题）如图1所示，质量相等的小球和点光源，分别用相同的弹簧竖直悬挂于同一水平杆上，间距为，竖直悬挂的观测屏与小球水平间距为，小球和光源做小振幅运动时，在观测屏上可观测小球影子的运动。以竖直向上为正方向，小球和光源的振动图像如图2所示，则（ ）
A．时刻小球向上运动B．时刻光源的加速度向上
C．时刻小球与影子相位差为D．时刻影子的位移为
【答案】D
【详解】A．以竖直向上为正方向，根据图2可知，时刻，小球位于平衡位置，随后位移为负值，且位移增大，可知，时刻小球向下运动，故A错误；
B．以竖直向上为正方向，时刻光源的位移为正值，光源振动图像为正弦式，表明其做简谐运动，根据
可知，其加速度方向与位移方向相反，位移方向向上，则加速度方向向下，故B错误；
C．根据图2可知，小球与光源的振动步调总是相反，由于影子是光源发出的光被小球遮挡后，在屏上留下的阴影，可知，影子与小球的振动步调总是相同，即时刻小球与影子相位差为0，故C错误；
D．根据图2可知，时刻，光源位于最低点，小球位于最高点，根据直线传播能够在屏上影子的位置也处于最高点，影子位于正方向上的最大位移处，根据几何关系有
解得
即时刻影子的位移为5A，故D正确。
故选D。
8．（2024·海南·高考真题）真空中有两个点电荷，电荷量均为−q（q ≥ 0），固定于相距为2r的P1、P2两点，O是P1P2连线的中点，M点在P1P2连线的中垂线上，距离O点为r，N点在P1P2连线上，距离O点为x（x