专题15 机械振动和机械波——【山东专用】2020-2022三年高考物理真题分类汇编（原卷版+解析版）

2020-22年三年年山东卷高考汇编

专题15 机械振动和机械波

【考纲定位】

【知识重现】

一、简谐运动

1．定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x—t图象)是一条正弦或余弦曲线，这样的振动叫简谐运动．

2．简谐运动的图象

(1)意义：表示振动物体的位移随时间变化的规律．

(2)从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asin ωt，图象如图所示．

3．简谐运动的能量

简谐运动过程中动能和势能相互转化，机械能守恒，振动能量与振幅有关，振幅越大，能量越大．

二、单摆

1．定义：在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果线的伸长和质量都不计，球的直径比摆线短得多，这样的装置叫单摆．

2．做简谐运动的条件：摆角小于10°.

3．回复力：由小球所受重力沿切线方向的分力提供，即

F＝G2＝Gsin θ＝x，F的方向与位移x的方向相反．

4．周期公式：T＝2π.单摆的振动周期取决于摆长l和重力加速度g，与振幅和振子的质量都没有关系．

三、受迫振动和共振

1．受迫振动

振动系统在周期性外力作用下的振动叫受迫振动．其振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关．

2．共振

当驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大．其共振曲线如图所示．

四、机械波

1．机械波的形成和传播

(1)产生条件：①有波源；②有传播振动的介质，如空气、水、绳子等．

(2)传播特点：①传播振动形式、能量和信息；②介质中各质点的振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同．

2．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一条直线上的波，有疏部和密部．

3．波长、波速、频率及其关系

(1)波长：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，用λ表示．

(2)波速：波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定．

(3)频率：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：v＝λf＝.

4．波的图象

(1)图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置；用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线．

(2)意义：某一时刻介质中各个质点相对平衡位置的位移．

五、波的特有现象

1．波的衍射

波可以绕过障碍物继续向前传播的现象叫波的衍射．发生

明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显的衍射现象．

2．波的干涉

频率相同的两列波叠加，使某些区域的振幅增大、某些区域的振幅减小，而且增大与减小的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉．

3．多普勒效应

由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感觉到频率变化的现象．如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小．

【真题汇编】

1．（2022·山东·高考真题）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．

2．（2021·山东·高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，如图所示，实线为时的波形图，虚线为时的波形图。以下关于平衡位置在O处质点的振动图像，可能正确的是（　　）

A． B．

C． D．

3．（2020·山东·高考真题）一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播，已知处质点的振动方程为，则时刻的波形图正确的是（　　）

A． B．

C． D．

【突破练习】

1．（2022·山东师范大学附中模拟预测）某健身者挥舞健身绳锻炼臂力，图甲为挥舞后绳中一列沿x轴传播的简谐横波在时刻的波形。图乙为绳上质点M的振动图像。下列说法正确的是（　　）

A．波沿轴正方向传播

B．波速大小为0.25m/s

C．若Q点平衡位置坐标为3.5m，Q质点的振动方程为

D．从时计时，再经过，P点经过的路程为0.7m

2．（2022·山东日照·二模）一列在均匀介质中沿轴正方向传播的简谐横波在时的波形如图所示，波速为3m/s，下列关于质点P的振动图像正确的是（　　）

A． B．

C． D．

3．（2022·山东·模拟预测）一列简谐波沿绳向右传播，P、Q是绳上两点，振动图像分别如图中实线和虚线所示。时，下列P、Q两点间的波形图可能正确的是（　　）

A． B．

C． D．

4．（2022·山东·济南市历城第二中学高三开学考试）一列简谐横波沿轴传播，时的波形图如图甲所示，A、B为介质中的两质点。图乙为质点A的振动图像。下列说法正确的是（　　）

A．时，的速度沿轴正方向

B．时，的加速度沿轴负方向

C．从到，的路程为

D．从到，波沿轴负方向传播了

5．（2022·山东省实验中学模拟预测）一列沿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，波源的起振方向向下

B．在5~5.5s时间内，质点M的速度在增大，加速度在减小

C．在t=12s时，质点Q的位置坐标为（10m，—8cm）

D．在t=7s时，质点Q开始向下振动

6．（2022·山东·烟台二中模拟预测）一简谐横波沿x轴负向传播，时刻的波形如图甲所示，处的质点振动图像如图乙所示，以下说法正确的是（　　）

A．时刻处的质点沿y轴负方向运动

B．该质点的振动方程为

C．若该波的波长大于0.50m，则该波波长一定为4m

D．若该波的波长小于0.50m，则该波波长可能为0.4m

7．（2022·山东淄博·三模）均匀介质中有一列正在沿水平方向传播的简谐波，在某一时刻它的波形图如图甲所示，M和N是介质中的两个质点，从该时刻起某同学记录下了N点在一段时间内的振动图像，如图乙所示。下列说法正确的是（　　）

A．该列简谐波正以1.0m/s的速度向左传播

B．M和N两质点的振动方向始终相同

C．该简谐波遇到一列波长为8m、传播方向相反的简谐波后不会发生干涉现象

D．该简谐波遇到宽度为4m的障碍物时能发生明显的衍射现象

8．（2022·山东·模拟预测）如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波，实线为t=0时刻的波形图，虚线为t=0.9 s时的波形图，已知波的周期T>0.9 s，则（　　）

A．在t=0.45 s时，Q点到达平衡位置且向下运动

B．在t=0.45 s时，Q点到达平衡位置且向上运动

C．经过4.5 s，P点通过的路程为2 m

D．经过4.5 s，P点通过的路程为20 m

9．（2022·山东枣庄·模拟预测）如图所示，一列简谐横波沿x轴传播，实线和虚线分别为t1=0时刻和t2时刻的波形图，P、Q分别是平衡位置为x1=l.0m和x2=4.0m的两质点，质点Q的振动方程为，下列说法中正确的是（　　）

A．波沿x轴负方向传播

B．波的传播速度为40m/s

C．t1时刻与t2时刻之间的时间可能为2.15s

D．质点P的振动方程为

10．（2022·山东师范大学附中高三阶段练习）一列简谐横波沿水平方向向右传播，在该波上有M、N两质点，平衡位置间距为3m。从某时刻开始计时，两质点的振动图像如图所示，若M、N两质点间平衡位置的距离小于该简谐横波的波长，下列说法正确的是（　　）

A．该简谐横波的传播周期为3.6s

B．时质点M偏离平衡位置的位移最大

C．该简谐横波的传播速度为

D．沿振动方向两质点间最大距离为20cm