高三物理复习资料机械振波和机械波高考真题模拟新题有详解

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高三物理复习资料机械振波和机械波高考真题模拟新题有详解

G单元 机械振动和机械波 G1 机械振动 ‎                 ‎ ‎12.[·江苏物理卷] 【选做题】本题包括A、B、C三小题,请选定其中两题,并在相应的答题区域内作答,若三题都做,则按A、B两题评分.‎ B.(选修模块3-4)(12分)‎ ‎(3)G1[·江苏物理卷] 将一劲度系数为k的轻质弹簧竖直悬挂,下端系上质量为m的物块.将物块向下拉离平衡位置后松开,物块上下做简谐运动,其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期.请由单摆的周期公式推算出该物块做简谐运动的周期T.‎ ‎(3)G1[·江苏物理卷] 【答案】 T=2π ‎【解析】 单摆周期公式T=2π,且kl=mg 解得T=2π.‎ G2 机械波 ‎                 ‎ ‎34.[·课标全国卷] G2(1)振动周期为T、振幅为A、位于x=0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐运动.该波源产生的一维简谐横波沿x轴正向传播,波速为v,传播过程中无能量损失.一段时间后,该振动传播至某质点P,关于质点P振动的说法正确的是________.‎ A.振幅一定为A B.周期一定为T C.速度的最大值一定为v D.开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离 E.若P点与波源距离s=vT,则质点P的位移与波源的相同 ‎【答案】 ABE ‎【解析】 简谐运动的能量取决于其振动的振幅,由于波传播过程中无能量损失,故其振幅A不变,A正确;机械波的周期等于各质点振动的周期,B正确;质点P振动的速度在y轴方向上,而波沿x轴正向传播,其传播速度不同于波上质点的振动速度,C错误;质点P的起振方向与波源的起振方向相同,沿y轴正向开始振动,D错误;若P点与波源距离s=vT,则P点与波源正好相距一个波长,故质点P的位移与波源的相同,E正确.‎ ‎16.G2[·四川卷] 如图1-4为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t=0时的波形图,当Q点在t=0时的振动状态传到P点时,则(  )‎ 图1-4‎ A.1 cm<x<3 cm范围内的质点正在向y轴的负方向运动 B.Q处的质点此时的加速度沿y轴的正方向 C.Q处的质点此时正在波峰位置 D.Q处的质点此时运动到P处 ‎【解析】 B 当t=0时,Q点沿y轴正方向运动,当此状态传到P点时,此时波应向左传播λ+nλ,根据振动方向与波传播方向的关系,由“微平移法”可知:1~2 cm范围内的质点正在向y轴正方向运动,2~3 cm范围内的质点正在向y轴负方向运动,A错误;Q处质点此时在波谷处,C错误;根据a=-可知,位移x沿y轴负方向,加速度a沿y轴正方向,B正确;质点只在平衡位置附近振动,并不随波迁移,D错误.‎ ‎21.G2[·全国卷] 一列简谐横波沿x轴传播,波长为1.2 m,振幅为A.当坐标为x=0处质元的位移为-A且向y轴负方向运动时,坐标为x=0.4 m处质元的位移为A.当坐标为x=0.2 m处的质元位于平衡位置且向y轴正方向运动时,x=0.4 m处质元的位移和运动方向分别为(  )‎ A.-A、沿y轴正方向 B.-A、沿y轴负方向 C.-A、沿y轴正方向 D.-A、沿y轴负方向 ‎【解析】 C 根据题意,画出此时坐标为波形图,可以看到,此时坐标为x=0.2 m处的质元正在平衡位置且向y轴负方向运动.再经过半个周期,坐标为x=0.2 m处的质元回到平衡位置且向y轴正方向运动,在这半个周期当中,坐标为x=0.4 m处的质元已经过了波谷且正在向着平衡位置运动,根据简谐运动的对称性,此时的位移与半个周期之前的位移大小相等.所以C正确.‎ ‎37.G2[·山东卷] (物理—物理3-4)‎ ‎(1)如图1-20所示,一列简谐横波沿x轴传播,实线为t1=0时的波形图,此时P质点向y轴负方向运动,虚线为t2=0.01 s时的波形图.已知周期T>0.01 s.‎ ‎①波沿x轴________(填“正”或“负”)方向传播.‎ ‎②求波速.‎ 图1-20‎ ‎   图1-21‎ ‎【答案】 ①正 ②100 m/s ‎【解析】 ①沿着波的传播方向,质点处在上坡的位置的则向下运动,处在下坡位置的则向上运动.P点向下运动,所以波向正方向传播.‎ ‎②由题意知,λ=8 m t2-t1=T①‎ v=②‎ 联立①②式,代入数据解得 v=100 m/s ‎(2)如图1-21所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,圆心角∠AOB=60°.一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质,经OA折射的光线恰平行于OB.‎ ‎①求介质的折射率.‎ ‎②折射光线中恰好射到M点的光线________(填“能”或“不能”)发生全反射.‎ ‎【答案】 ① ②不能 ‎【解析】 依题意作出光路图.‎ ‎①由几何知识可知,入射角i=60°,折射角r=30°‎ 根据折射定律得 n= 代入数据解得 n= ‎②由图可知,到达M点的光线的入射角为30°,临界角C=arcsin=arcsin>30°,故不能发生全反射.‎ ‎7.G2[·天津卷] 位于坐标原点处的波源A沿y轴做简谐运动.A刚好完成一次全振动时,在介质中形成简谐横波的波形如图所示.B是沿波传播方向上介质的一个质点,则(  )‎ 图3‎ A.波源A开始振动时的运动方向沿y轴负方向 B.此后的周期内回复力对波源A一直做负功 C.经半个周期时间质点B将向右迁移半个波长 D.在一个周期时间内A所受回复力的冲量为零 ‎7.[·天津卷] ABD 【解析】 如图所示,此时波恰好传播到C点,由“上下坡”法可知,质点C正向下振动,由于“任意质点的起振方向相同”,波源A开始振动时沿y轴负方向,A正确;此后周期内,质点A由平衡位置向下振动,回复力向上,速度向下,回复力做负功,B正确;质点只能“上下振动”,不能“随波逐流”,C错误;由动量定理I=Δp=0,D正确.‎ G3 实验:用单摆测定重力加速度 ‎                 ‎ ‎19.(1)G3[·福建卷] (1)某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的实验中:‎ ‎①用游标卡尺测定摆球的直径,测量结果如图1-7所示,则该摆球的直径为________ cm.‎ ‎②小组成员在实验过程中有如下说法,其中正确的是__________.(填选项前的字母)‎ 图1-7‎ A.把单摆从平衡位置拉开30°的摆角,并在释放摆球的同时开始计时 B.测量摆球通过最低点100次的时间t,则单摆周期为 C.用悬线的长度加摆球的直径作为摆长,代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大 D.选择密度较小的摆球,测得的重力加速度值误差较小 ‎19.(1)G3[·福建卷] 【答案】 ①0.97(0.96或0.98) ②C ‎【解析】 ①游标卡尺读数方法:‎ 主尺读数+对齐格数×精确度 ‎9 mm+7×0.1 mm=9.7 mm=0.97 cm ‎②单摆最大摆角为5°,A错;通过最低点100次的时间为50个周期,所以T=,B错;摆球密度较小时,摆球重力没有远远大于其所受的空气阻力,空气阻力不可忽略,实验误差大,D错.‎ G4 机械振动与机械波综合 ‎                 ‎ ‎17.G4[·重庆卷] 介质中坐标原点O处的波源在t=0时刻开始振动,产生的简谐波沿x轴正向传播,t0时刻传到L处,波形如图1-2所示.下列能描述x0处质点振动的图象是(  )‎ 图1-2‎ ‎     A             B ‎     C             D 图1-3‎ ‎17.G4[·重庆卷] C 【解析】 由波动图象知,L处质点的振动方向沿y轴负方向,故x0处质点起振方向沿y轴负方向,A、B错误;又由波动图象知,t0时刻x0处质点沿y轴负方向运动,C正确,D错误.‎ ‎16.G4[·北京卷] 介质中有一列简谐机械波传播,对于其中某个振动质点(  )‎ A.它的振动速度等于波的传播速度 B.它的振动方向一定垂直于波的传播方向 C.它在一个周期内走过的路程等于一个波长 D.它的振动频率等于波源的振动频率 ‎16.G4[·北京卷] D 【解析】 简谐机械波传播时,质点做简谐运动,振动速度时刻发生变化,波的传播速度v=,这两个速度是不一样的,A项错误.横波质点振动的方向与波传播的方向垂直,纵波质点振动的方向和波传播的方向在同一条直线上,B项错误.质点振动时,一个周期内走过的路程等于振幅的四倍,C项错误.波在传播的过程中,所有质点振动的频率都等于波源的频率,D项正确.‎ ‎1.【·承德模拟】一列简谐横波沿x轴正方向传播,某一时刻的波形图如图X28-1所示,此时质点P、S跟质点Q、R的振动位移大小相等、方向相反.由图X28-1可知,在此后的任一时刻(  )‎ 图X28-1‎ A.质点P和S的振动加速度大小和方向总相同 B.质点P和Q的振动位移大小总相同、方向总相反 C.质点P和S的振动速度大小和方向总相同 D.质点P和R的振动加速度大小总相同、方向总相反 ‎1.D 【解析】 由波动图象可得,P、R两点相隔半个波长,所以在振动过程中的位移、加速度总是大小相等、方向相反,故只有D对.‎ ‎2.[·甘肃模拟]如图X28-3所示为一列在均匀介质中沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形图,波速为2 m/s.则以下说法正确的是(  )‎ 图X28-3‎ A.质点P此时刻的振动方向沿y轴负方向 B.P点振幅比Q点振幅小 C.经过Δt=4 s,质点P将向右移动8 m D.经过Δt=4 s,质点Q通过的路程是0.4 m ‎2.AD 【解析】 波沿x轴正方向传播,此时刻质点P左边的点在其下方,故其振动方向沿y轴负方向,A对;P点振幅与Q点振幅相同,B错;质点不随波迁移,C错;T==2 s,所以4 s为两个周期,Q通过的路程等于8A=8×5 cm=0.4 m,D对.‎ ‎3.[·西城模拟]振源A带动细绳上各点上下做简谐运动,t=0时刻绳上形成的波形如图X28-4所示.规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向,则P点的振动图象是图X28-5中的(  )‎ 图X28-4‎ A     B     C     D 图X28-5‎ ‎3.B 【解析】 由绳上形成的波形可知,P点开始时向下振动,故B正确.‎ 图X28-5‎ ‎4.[·湖北模拟]如图X28-6甲所示,一条水平张紧的弹性长绳上有等间距的Q′、P′、O、P、Q质点,相邻两质点间距离为1 m, t=0时刻质点O从平衡位置开始沿y轴正方向振动,并产生分别向左向右传播的简谐横波,质点O振动图象如图乙所示,当质点O第一次达到正方向最大位移时刻,质点P刚开始振动,则下列说法正确的是(  )‎ 甲       乙 图X28-6‎ A.这列波的波长为2 m,传播速度为2 m/s B.当质点Q′第二次达到正向最大位移时,质点O已经走过35 cm路程 C.t=3 s时,质点P、P′均在平衡位置且向上运动 D.t=2 s时,质点P位于波峰,质点P′则位于波谷 ‎4.B 【解析】 由乙图可得,T=4 s,由当质点O第一次达到正方向最大位移时,质点P刚开始振动,可知λ=4 m,传播速度v==1 m/s,A错;质点Q′第二次达到正向最大位移需要1T=7 s,质点O已经走过的路程为7A=35 cm,B对;1 s的时间,振动传到P、P′处,再过1 s,两质点均达到波峰,再过1 s的时间,两质点均经平衡位置向下运动,C、D均错.‎ ‎5. [·苏州模拟]一列简谐横波沿x轴传播,如图X28-7甲、乙所示分别为传播方向上相距3 m的两质点的振动图象,则波的传播速度大小可能为(  )‎ 图X28-7‎ A.30 m/s        B.20 m/s C.15 m/s        D.5 m/s ‎5.A 【解析】 由t=0时振动图象可得如图所示的波的形状,考虑到周期性,x=λ+nλ(n ‎=0,1,2,…),λ== m,v== m/s= m/s,分析知A正确.‎ ‎6.[·莱芜模拟]一列简谐波沿x轴方向传播,已知x轴上x1=0和x2=1 m两处质点的振动图线分别如图X28-8甲、乙所示,求此波的传播速度.‎ 图X28-8‎ ‎6.【解析】 由所给出的振动图象可知周期T=4×10-3 s.‎ 由题图可知,t=0时刻,x1=0的质点P(其振动图象即为图甲)在正最大位移处,x2=1的质点Q(其振动图象即为图乙)在平衡位置向y轴负方向运动,所以当简谐波沿x轴正向传播时,PQ间距离为(n+)λ1,当波沿x轴负方向传播时,PQ间距离为(n+)λ2,其中n=0,1,2…‎ 因为(n+)λ1=1 m,所以λ1= m 因为(n+)λ2=1 m,所以λ2= m 波沿x轴正向传播时的波速v1== m/s(n=0,1,2…)‎ 波沿x轴负向传播时的波速v2== m/s(n=0,1,2…)‎
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