专题49机械波（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

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2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第九章  机械振动和机械波专题49  机械波第一部分  知识点精讲一、机械波　横波和纵波1．机械波的形成条件(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)机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移。(2)介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同。(3)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A，位移为零。【特别提醒】 (1)在波的传播方向上各质点起振的方向与波源的起振方向相同。(2)已经形成的波跟波源无关，即使波源停止振动，波仍然继续向前传播。（3）个周期内，振动质点通过的路程一定为2A；但是个周期内，振动质点通过的路程不一定为A(可能等于A，可能大于A，可能小于A)。3．机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，有波峰(凸部)和波谷(凹部)。(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，有密部和疏部。二、横波的图象　波速、波长和频率的关系1．横波的图象(1)坐标轴：横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移。(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开平衡位置的位移。(3)图象：2．波长、波速、频率及其关系(1)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。(2)波速v：波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定。(3)频率f：由波源决定，等于波源的振动频率。(4)波长、波速和频率的关系：①v＝λf；②v＝。3. 机械波的传播特点(1)波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同。(3)波从一种介质进入另一种介质，由于介质不同，波长和波速可以改变，但频率和周期都不会改变。(4)波源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，所以v＝＝λf。(5)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为nλ(n＝1，2，3, …)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)(n＝0，1，2，3, …)时，它们的振动步调总相反。　 　　4. 对波的图象的理解(1)波的图象是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”。可以将波的图象比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”。(2)简谐波的图象是正(余)弦曲线，是最简单的一种波，各个质点振动的最大位移都相等，介质中有正弦波传播时，介质中的质点做简谐运动。(3)横波的图象形状与波在传播过程中介质中某质点的振动图象形状相似，波形中的波峰即为图象中的位移正向的最大值，波谷即为图象中的位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在振动图象中也恰处于平衡位置。　 　　5. 由波的传播方向判定质点振动方向的方法 方法解读图象演示“上下坡”法沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动“同侧”法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向 第二部分 最新高考题精选1. （2022高考辽宁物理）一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，关于质点P的说法正确的是（　　）
 A. 该时刻速度沿y轴正方向 B. 该时刻加速度沿y轴正方向C. 此后周期内通过的路程为A D. 此后周期内沿x轴正方向迁移为 2. （2022山东物理）一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如右图所示。当时，简谐波的波动图像可能正确的是（    ）
 A.  B. C.  D.  3. （2022高考河北）一列简谐横波沿x轴正方向传播。波速为10m/s。在传播方向上有P、Q两质点，坐标分别为xP = 1m，xQ = 6m。波传播到P点开始计时，该点的振动图像如图所示，则简谐波的波长为______m，经过______s，Q点第一次到达正向最大位移处。
 4.（2022·全国理综甲卷·34（1））（5分）一平面简谐横波以速度沿x轴正方向传播，时刻的波形图如图所示。介质中平衡位置在坐标原点的质点A在时刻的位移。该波的波长为_______m，频率为______。时刻，质点A_______（填“向上运动”“速度为零”或“向下运动”）。5.（2022·高考广东物理）（6分）如图15所示，某同学握住软绳的一端周期性上下抖动，在绳上激发了一列简谐波。从图示时刻开始计时，经过半个周期，绳上M处的质点将运动至__________（选填“N”“P”或“Q”）处。加快抖动，波的频率增大，波速__________（选填“增大”“减小”或“不变”）。6.（2021重庆高考）（4分）简谐横波沿x轴正方向传播，题图为某时刻波形图。波源位于x=0处，其位移随时间变化的关系为y=sin（2πt）cm，则      （在给出的4个选项中。只有一个符合要求的）A. 此波的波长为9cmB。此波的频率为2HzC. 此波的波速为0.1m/sD。此时波源沿y轴正方向运动7. （2021新高考辽宁卷）一列沿x轴正方向传播的简谐横波，t=2s时的波形如图（a）所示，x=2m处质点的振动图像如图（b）所示，则波速可能是A．m/s      B．m/s      C．m/s     D．m/s8．（2021高考新课程I卷山东卷）一列简谐横波沿x轴传播，如图所示，实线为t1=2s时的波形图，虚线为t2=5s时的波形图。以下关于平衡位置在O处质点的振动图像，可能正确的是（    ）  9. （2021高考新课程湖北卷）一列简谐横波沿 x轴传播，在t=0时刻和t=1 s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0~1 s内运动的路程为4.5 cm。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1.1 sC.波的传播速度大小为13 m/sD.t=1 s时，x=6 m处的质点沿y轴负方向运动10.（1）（5分）（2021新高考湖南卷）均匀介质中，波源位于点的简谐横波在水平面内传播，波面为圆。时刻，波面分布如图（a）所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷。处质点的振动图像如图（b）所示，轴正方向竖直向上。下列说法正确的是__________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）A. 该波从点传播到点，所需时间为B. 时，处质点位于波峰C. 时，处质点振动速度方向竖直向上D. 时，处质点所受回复力方向竖直向上E. 处质点起振后，内经过的路程为 11．（2021新高考北京卷）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12．（2021新高考天津卷）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．13（1）（5分）（2021高考全国乙卷）图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线。经过0.3s后，其波形图曲线如图中虚线所示。已知该波的周期大于0.3s。若波是沿x轴正方向传播的，则该波的速度大小为________m/s，周期为________s；若波是沿x轴负方向传播的，该波的周期为________s。14．（2022上海高考）.在同一介质中有a、b两列机械波，它们的波形如图所示，两列波的频率分别为fa和fb，波长分别为λa和λb，则（   ）A. λa＞λb, ，fa＞fb，B. λa＞λb, ，fa＜fb，C. λa＜λb, ，fa＞fb，D. λa＜λb, ，fa＜fb， 15。（10分）（2021高考新课程II卷海南卷）一列沿x轴正方向传播的简谐横波，其波源的平衡位置在坐标原点，波源在内的振动图像如图（a）所示，已知波的传播速度为．（1）求这列横波的波长；（2）求波源在内通过的路程；（3）在图（b）中画出时刻的波形图．第三部分 最新模拟题精选1. （2022北京海淀二模）波源垂直于纸面做简谐运动，所激发的横波在均匀介质中沿纸面向四周传播。时，离点的点开始振动；时，离点的点也开始振动，此时点第三次回到平衡位置。根据以上信息，下列判断正确的是（　　）A. 该波的波长为B. 该波的波速为C. 该波的周期为D. 该波的振幅为2. （2022·山东滨州二模）一列机械波在介质中传播，t = 0时的波动图像如图所示。O点为波源，振动周期为T，振幅为A，波沿x轴正方向传播，P点为波动图像上一点，对应坐标为。下列说法正确的是（   ）
A. 此列波的传播速度为B. P点振动方向沿y轴负方向C. 此列波的波长为D. 从t = 0开始经时间，P点第一次到达平衡位置3. (2022天津河北区二模)一列简谐横波沿x轴正方向传播，波的周期为，某时刻的波形如图所示．则（ ）A. 该波的波长为B. 该波的波速为C. 该时刻质点P向y轴负方向运动D. 该时刻质点Q向y轴负方向运动4. （2022·山东菏泽二模）通过探头向人体发射一束超声波，遇到人体组织产生反射，经电子电路和计算机进行处理，便形成了“B超”图像。医用B超超声波的频率为，如图为显示屏检测到探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像，时刻波恰好传到质点P，质点A、Q的横坐标分别为。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. 在时间内质点A回复力在增大C. 经过，质点P运动到Q所处位置D. 经过，质点Q第一次到达波峰5.（2022山东临沂二模）均匀介质中，波源位于xOy水平面的A（+2，0）点，从t=0时开始计时，波源开始沿垂直于xOy水平面的z轴（z轴正方向竖直向上）从z=0处开始做简谐运动，其振动函数为。经时间，在、区域中第二次形成如图所示波面分布图（实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷）。xOy水平面上P点的坐标是（-4m，+8m）。下列说法正确的是（　　）
A. 波的周期为0.20sB. 波的传播速度为10m/sC. 第二次形成图示中波面分布图的时间D. t=1.25s时，P点受到的回复力方向为z轴正方向6. （2022陕西宝鸡陈仓区二模）一列机械波在t＝0时刻第一次形成的波形如图所示，质点A、P、B、C、Q的在x轴上的位置分别为1cm、1.5cm、3cm、4cm、19cm。从此时开始，质点B到达波峰的时间比质点C早了0.5s。下列说法正确的是（　　）
A. 质点Q开始振动方向向下B. 振源振动的频率为0.5HzC. 该波的波速为2m/sD t＝9s时，质点Q处于波峰位置E. 从t＝0时刻开始，4.5s内质点P的路程为45cm7. （２０２２山西太原二模）时，一列沿轴正方向传播的简谐横波的波形如图（a）所示；在范围内，一质点P的振动图像如图（b）所示。已知质点P在内通过的路程为，则下列说法正确的是（　　）A. 该简谐波的频率为B. 该简谐波的波速为C. 该波源的振幅为D. 质点P平衡位置的坐标一定是E. 质点P平衡位置的坐标可能是8. （2022江西南昌三模）一列沿x轴传播的简谐横波在t=0时刻的波形如图甲所示，图乙是位于x=1m的质点N此后的振动图像，Q是位于x=10m处的质点。则下列说法正确的是（　　）A. 波沿x轴正方向传播B. 在6s~6.5s时间内，质点M的速度在增大，加速度在减小C. 在t=9s时，质点N运动到Q点D. 在t=10s时，质点 Q通过的路程为24cmE. 在t=12s时，质点Q的位置坐标为（10m，8cm）9. （2022安徽巢湖一中等十校联盟最后一卷）如图，为一列简谐横波沿x轴传播在t=0时刻的波形图，a、b、c是波传播路径上的三个质点，质点a的振动方程为，则下列说法正确的是（　　）A. 该波沿x轴正方向传播B. 该波传播的速度大小为3m/sC. 质点b的平衡位置在x=7m处D. t=0时刻，质点b、c的加速度大小相等、方向相反E. 在0~10s时间内，质点c运动的路程为1m10. （2022福建厦门四模）如图甲所示，一列简谐横波在均匀介质中沿直线向右传播，选取平衡位置在同一直线上的7个质点，相邻两质点间的距离均为d。t＝0时该波传播到质点1，且质点1向下运动，时刻该波第一次出现如图乙所示的波形，则（　　）
A. 时质点2向下运动 B. 时质点5的速度为0C. 该波的波长为10d D. 该波的波速为11. (2022天津南开二模)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. s内质点M运动的路程为2.4mmB. 超声波在血管中的传播速度为C. 质点M开始振动的方向沿y轴正方向D. 时质点N恰好处于负向最大位移处12. (2022天津河西区二模)一列沿x轴传播的简谐横波，t=0时刻的波形如图甲所示。介质中某质点P的振动图像如图乙所示。则（　　）
A. 波沿x轴负方向传播，波速大小为30m/sB. 当t=0.35s时质点P恰好回到平衡位置C. 在0～0.2s时间内质点P运动的路程为10cmD. 在0～0.1s时间内，质点P一直向y轴负方向运动13. （2022天津河东二模）图甲为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图，P是平衡位置为x=1m处的质点，Q是平衡位置为x=4m处的质点，图乙为质点Q的振动图像，则（　　）
 A. 质点Q的振动方程为y=sin（10πt）cmB. t=0.15s时，质点P的运动方向沿y轴负方向C. t=0.15s时，质点Q的受到的回复力为0D. 从0.10s到t=0.25s，该波沿x轴正方向传播了6m14. （2022山东枣庄二模） 一列简谐横波沿x轴正方向传播，图甲是时刻的波形图，图乙和图丙分别是x轴上某两处质点的振动图象。由此可知，这两质点平衡位置之间的距离可能是（　　）A.  B.  C.  D. 15. （2022湖北十堰四模）一列沿x轴负方向传播的简谐横波在时刻的波形如图所示，已知B质点从0时刻起经过第一次到达波谷，则下列说法正确的是（　　）A. 简谐波的周期为B. 平衡位置在O处的质点再经过，通过的路程为C. 某个时刻A和B两质点的振动方向可能相同D. 简谐波的波速为16. （2022湖南长沙明德中学模拟）一列简谐横波在t1=0.02s时刻的波形图如图甲所示，平衡位置在x=1m处的质点P的振动图象如图乙所示．已知质点M的平衡位置在x=1.75m处．下列说法正确的是_______．A. 波的传播速度为100m/sB. t2=0.03s时，质点M的运动方向沿y轴正方向C. M点在t1时刻位移为mD. 质点M从t1时刻起每过0.005s通过的路程均为0.2mE. 如果该波波源从O点沿x轴正向快速运动，则在x=20m处观察者接收到的波的频率将大于50Hz17（2022南京金陵中学4月模拟）均匀介质中，一波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内向四周传播，波速为3m/s，振幅为3cm。在时刻，波面分布如图所示，波面为圆，实线表示波峰，虚线表示波谷，其中x轴上的处质点正好第一次位于波峰处，则第一象限内坐标为的质点P的振动图像为（　　）
 A.  B. C.  D. 18.（2））（10分）均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB=16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v=20cm/s，波长大于20cm，振幅为y=lcm，且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔△t=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。求：（i）从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；（ii）t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。19. （2022山东济南5月模拟）一列简谐横波在时的波形图如图甲所示，P、Q是介质中的两个质点，P在平衡位置。图乙是质点Q的振动图像。求（1）波速及波的传播方向;（2）质点Q平衡位置的坐标;（3）质点P做简谐运动的表达式。（不要求写出推导过程）