高考_专题十五 机械振动与机械波（资料包word版）

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专题十五　机械振动与机械波
1.物理生活 (2022江西新余期末)(多选)下列说法正确的是(　　)
A.男高音和女高音歌唱家所发出的声波可能会发生干涉现象
B.机械波中某一质点的振动频率一定等于该机械波波源的振动频率
C.如果波源停止振动,在介质中传播的机械波也会立即消失
D.空气中的声波是不可能发生偏振现象的
E.若观察者逐渐靠近波源,则所接收到的波的频率大于波源的频率
答案　BDE　男、女高音歌唱家所发出的声波的频率不同,不可能发生干涉现象,故A错误;根据机械波产生的原理可知,机械波中某一质点的振动频率一定等于该机械波波源的振动频率,故B正确;机械波传播的是振动形式和能量,当波源停止振动时,机械波不会立即消失,已产生的波会继续传播,故C错误;空气中的声波是纵波,是不可能发生偏振现象的,故D正确;根据多普勒效应,若观察者逐渐靠近波源,则所接收到的波的频率大于波源的频率,故E正确。
2.物理生活 (2022安徽滁州定远第六次检测)(多选)如图甲所示,通过战斗绳进行高效全身训练是健身房的最新健身潮流之一,健身爱好者训练时,手持绳的一端上下甩动形成的绳波可简化为简谐横波,手的平衡位置在x=0处,手从平衡位置开始甩动时开始计时,图乙是t=0.3 s时的波形图,此时波刚好传播到x=6 m处,则(　　)

甲 乙
A.x=6 m处质点的起振方向沿y轴正方向
B.x=6 m处的质点振动的周期为0.3 s
C.波传播的速度大小为20 m/s
D.当x=6 m处的质点第一次到达波峰时,x=3 m处的质点通过的路程为0.8 m
E.手握着绳端上下做简谐运动的振动方程为y=-20 sin 203πt (cm)
答案　BCE　根据波的传播方向与振动方向的关系可知,x=6 m处质点的起振方向沿y轴负方向,故A错误;图乙是t=0.3 s时的波形图,此时波刚好传播到x=6 m处,可知此波的周期为T=0.3 s,故x=6 m处的质点振动的周期为0.3 s,故B正确;波传播的速度v=λT=60.3 m/s=20 m/s,故C正确;x=6 m处质点的起振方向沿y轴负方向,当x=6 m处的质点第一次到达波峰时,x=3 m处的质点已经振动了t=12T+34T=54T,经过的路程为5个振幅,由图可知A=20 cm,即s=5×20 cm=100 cm=1 m,故D错误;由以上分析可知,手从平衡位置开始甩动时起振方向沿y轴负方向,简谐运动的振动方程为y=-A sin 2πTt=-20 sin 203πt (cm),故E正确。
3.(2022山东济南期末,2)如图所示,坐标原点O处有一波源做简谐运动,它在均匀介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播。t=0时,波源开始振动,t=3 s时,波刚好传到x=9 m处,其中P、Q为介质中的质点。下列说法正确的是　(　　)

A.波源的起振方向沿y轴向上
B.从图示时刻开始,质点P比质点Q先回到平衡位置
C.该机械波的传播速度为2 m/s
D.从图示时刻开始,再经过0.25 s质点P到达平衡位置
答案　B　波刚传到x=9 m处时,质点向下振动,可知波源的起振方向沿y轴向下,选项A错误;从图示时刻开始,因P质点向上振动,Q质点向下振动,可知质点P比质点Q先回到平衡位置,选项B正确;该机械波的传播速度为v=xt=93 m/s=3 m/s,选项C错误;从图示时刻开始,波向右传播0.5 m时,质点P到达平衡位置,则经过的时间为t'=0.53 s=16 s,选项D错误。
4.(2022山东淄博二模,10)(多选)简谐横波在均匀介质中沿直线传播,P、Q是传播方向上相距10 m的两个质点,波先传到质点P,当波传到质点Q开始计时,P、Q两个质点的振动图像如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.质点Q开始振动的方向沿y轴正方向 B.该波从质点P传到Q的时间可能为8 s
C.该波的传播速度大小可能为1 m/s D.该波的波长可能为7.5 m
答案　AC　由题图可知,质点Q开始起振的方向沿y轴正方向,故A正确;振动由P向Q传播,由图线可知T=6 s,故振动从P传到Q的时间可能为(nT+4) s=(6n+4) s(n=0,1,2,3,…),故不可能为8 s,故B错误;根据(nT+4)v=10 m可得v=106n+4 m/s(n=0,1,2,3,…),故波速可能为1 m/s,故C正确;根据λ=vT=606n+4 m(n=0,1,2,3,…),波长不可能是7.5 m,故D错误。
5.竖直弹簧振子的平衡位置 (2022天壹名校联盟3月大联考,7)(多选)轻质弹簧的下端悬挂一个钢球,上端固定,它们组成了一个振动系统,称为竖直弹簧振子,如图甲所示。用手把钢球向上托起一段距离,然后释放,钢球便上下振动。如图乙所示的照片是通过频闪照相得到的,频闪仪每隔0.05 s闪光一次,闪光的瞬间振子被照亮,从而得到闪光时钢球的位置,相邻两个位置之间的时间相隔为0.05 s。拍摄时底片从左往右匀速运动,因此在底片上留下了钢球的一系列的像,下列说法正确的是(　　)

A.钢球原来静止时的位置就是振子的平衡位置
B.释放钢球的初始位置就是振子的平衡位置
C.忽略空气阻力,以地面为参考系可以将钢球的运动看作简谐运动
D.忽略空气阻力,以底片为参考系可以将钢球的运动看作简谐运动
答案　AC　钢球的平衡位置是弹力和重力相平衡的位置,也就是钢球静止时所处的位置;钢球在释放时的初始位置,合力是竖直向下的,此位置不是平衡位置,选项A正确,B错误。忽略空气阻力,以地面为参考系,可以将钢球在竖直方向上的运动看作简谐运动;而以底片为参考系时,钢球还参与水平方向的匀速直线运动,则钢球的运动不是简谐运动,选项C正确,D错误。
易错纠错　把弹簧原长的位置认为是平衡位置,平衡位置是回复力为零的位置。
6.振动加强点 [2022湖南百校联考一模,16(1)](多选)如图所示,有两列频率相同、振动方向相同、振幅均为A、传播方向互相垂直的平面波相遇发生干涉,两列波的传播方向如图中箭头所示。图中实线表示波峰,虚线表示波谷,a为波谷与波谷相遇点,b、c为波峰与波谷相遇点,d为波峰与波峰相遇点,e、g是a、d连线上的两点,其中e为连线的中点,则下列描述正确的是(　　)

A.a、d处的质点位移始终为2A,b、c处的质点位移始终为0
B.图示时刻,e正处于波峰位置
C.从图示时刻经过14个周期,e处质点将处于波谷位置
D.e处的质点振幅为2A
E.图示时刻,g处质点正向下振动
答案　CDE　由图可知,a、d为振动加强点,振幅为2A,但位移时刻变化,A错误;a正处于波谷,d正处于波峰,e为ad的中点,应该处于平衡位置,B错误;经过14个周期a点的振动刚好传播到e点,e点处于波谷,C正确;e点为振动加强点,振幅为2A,D正确;图示时刻g点正处于“上坡”位置,所以振动向下,E正确。
7.(2022长沙雅礼中学一模,17)(多选)如图甲所示,轻质弹簧下端固定在水平地面上,上端连接一轻质薄板。t=0时刻,一物块从其正上方某处由静止下落,落至薄板上后和薄板始终粘连,其位置随时间变化的图像(x-t)如图乙所示,其中t=0.2 s时物块刚接触薄板。弹簧形变始终在弹性限度内,空气阻力不计,则(　　)

A.t=0.2 s后物块做简谐运动
B.t=0.4 s时物块的加速度大于重力加速度
C.若增大物块自由下落的高度,则物块与薄板粘连后振动的周期增大
D.t=0.2 s后物块位置坐标随时间变化关系为x=0.3+0.2 sin 10π3(t-0.2)-π6(m)
E.t=0.2 s后物块位置坐标随时间变化关系为x=0.3+0.2 sin 10π3(t-0.2)+7π6(m)
答案　ABD　t=0.2 s时物块刚接触薄板,落至薄板上后和薄板始终粘连,构成竖直方向的弹簧振子,并且0.2 s以后的图像为正弦函数曲线,A正确;B点是图像的最高点,C点是图像最低点,根据简谐运动的对称性可知,最高点的加速度和最低点的加速度大小相等,即aB=aC,且加速度满足a=-kxm,可知a与x成正比,设A点处偏离平衡位置的位移大小为xA,C点处偏离平衡位置的位移大小为xC,有xA