2023版高三物理一輪復(fù)習(xí)專題7機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波（含2023年高考真題）

PAGEPAGE2專題7機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波1．[2022·海南卷[物理——選修3-44分]〔1〕〔4分〕以下說法正確的選項(xiàng)是________________。A．在同一地點(diǎn)，單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期的平方與其擺長(zhǎng)成正比B．彈簧振子做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能與動(dòng)能之和保持不變C．在同一地點(diǎn)，當(dāng)擺長(zhǎng)不變時(shí)，擺球質(zhì)量越大，單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期越小D．系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率E.彈簧振子初始時(shí)刻的位置及其振動(dòng)周期，就可知振子在任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)速度的方向答案：ABD解析：在同一地點(diǎn)，重力加速度g為定值，根據(jù)單擺周期公式可知，周期的平方與擺長(zhǎng)成正比，應(yīng)選項(xiàng)A正確；彈簧振子做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，只有動(dòng)能和勢(shì)能參與轉(zhuǎn)化，根據(jù)機(jī)械能守恒條件可知，振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能與動(dòng)能之和保持不變，應(yīng)選項(xiàng)B正確；根據(jù)單擺周期公式可知，單擺的周期與質(zhì)量無關(guān)，應(yīng)選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率，應(yīng)選項(xiàng)D正確；假設(shè)彈簧振子初始時(shí)刻在波峰或波谷位置，知道周期后，可以確定任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)速度的方向，假設(shè)彈簧振子初始時(shí)刻不在波峰或波谷位置，那么無法確定，應(yīng)選項(xiàng)E錯(cuò)誤。2.[2022·北京卷6分]如圖1-所示，彈簧振子在M、N之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．以平衡位置O為原點(diǎn)，建立Ox軸．向右為x軸正方向．假設(shè)振子位于N點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，那么其振動(dòng)圖像為()圖1-圖1-答案：A解析：彈簧振子的初始位置N點(diǎn)位于x軸的正向位移處．選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D不正確．3.〔2022年上海卷20題4分〕甲、乙兩列橫波在同一介質(zhì)中分別從波源M、N兩點(diǎn)沿x軸相向傳播，波速為2m/s，振幅相同；某時(shí)刻的圖像如下圖。那么〔A〕甲乙兩波的起振方向相反〔B〕甲乙兩波的頻率之比為3:2〔C〕再經(jīng)過3s，平衡位置在x=7m處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向向下〔D〕再經(jīng)過3s，兩波源間〔不含波源〕有5個(gè)質(zhì)點(diǎn)位移為零答案：ABD解析：據(jù)題意，甲波向右傳播，起振方向向下，乙波向左傳播，起振方向向上，應(yīng)選項(xiàng)A正確；據(jù)圖可知甲波波長(zhǎng)為4m，甲波周期為：，頻率，乙波波長(zhǎng)為6m，周期為：，頻率為：，應(yīng)選項(xiàng)B正確；再經(jīng)過3s，甲波波谷到達(dá)x=7m處，乙波是平衡位置與波峰之間某一振動(dòng)到達(dá)x=7m處，所以該質(zhì)點(diǎn)應(yīng)該向上振動(dòng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；此時(shí)除了波源還有x=9m處、x=6-7m處、x=6m處、x=5-6m處、x=2-3m處質(zhì)點(diǎn)位移為零，應(yīng)選項(xiàng)D正確。4．[2022·全國(guó)卷Ⅰ][物理——選修3-4]某同學(xué)漂浮在海面上，雖然水面波正平穩(wěn)地以1.8m/s的速率向著海灘傳播，但他并不向海灘靠近．該同學(xué)發(fā)現(xiàn)從第1個(gè)波峰到第10個(gè)波峰通過身下的時(shí)間間隔為15s．以下說法正確的選項(xiàng)是________．A．水面波是一種機(jī)械波B．該水面波的頻率為6HzC．該水面波的波長(zhǎng)為3mD．水面波沒有將該同學(xué)推向岸邊，是因?yàn)椴▊鞑r(shí)能量不會(huì)傳遞出去E．水面波沒有將該同學(xué)推向岸邊，是因?yàn)椴▊鞑r(shí)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移答案：〔1〕ACE解析：水面波是一種機(jī)械波，故A正確；該同學(xué)發(fā)現(xiàn)從第1個(gè)波峰到第10個(gè)波峰通過身上的時(shí)間間隔為15s，所以周期T＝eq\f(t,n)＝eq\f(15,9)s＝eq\f(5,3)s，該水面波的頻率f＝0.6Hz，故B錯(cuò)誤；該水面波的波長(zhǎng)λ＝vT＝3m，故C正確；水面波沒有將該同學(xué)推向岸邊，只能說是因?yàn)椴▊鞑r(shí)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移，不能說是因?yàn)椴▊鞑r(shí)能量不會(huì)傳遞出去，波的傳播過程也是能量傳遞的過程，故D錯(cuò)誤，E正確．5.[2022·全國(guó)卷Ⅱ][物理——選修3-4]一列簡(jiǎn)諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正向傳播，波長(zhǎng)不小于10cm.O和A是介質(zhì)中平衡位置分別位于x＝0和x＝5cm處的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)．t＝0時(shí)開始觀測(cè)，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)O的位移為y＝4cm，質(zhì)點(diǎn)A處于波峰位置；t＝eq\f(1,3)s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)O第一次回到平衡位置，t＝1s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)A第一次回到平衡位置．求：(i)簡(jiǎn)諧波的周期、波速和波長(zhǎng)；(ii)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式．答案：(i)4s7.5cm/s30cm解析：(i)設(shè)振動(dòng)周期為T.由于質(zhì)點(diǎn)A在0到1s內(nèi)由最大位移處第一次回到平衡位置，經(jīng)歷的是eq\f(1,4)個(gè)周期，由此可知T＝4s①由于質(zhì)點(diǎn)O與A的距離5cm小于半個(gè)波長(zhǎng)，且波沿x軸正向傳播，O在t＝eq\f(1,3)s時(shí)回到平衡位置，而A在t＝1s時(shí)回到平衡位置，時(shí)間相差eq\f(2,3)s．兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置的距離除以傳播時(shí)間，可得波的速度v＝7.5cm/s②利用波長(zhǎng)、波速和周期的關(guān)系得，簡(jiǎn)諧波的波長(zhǎng)λ＝30cm③(ii)設(shè)質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系為y＝Acoseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2πt,T)＋φ0))④將①式及題給條件代入上式得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(4＝Acosφ0,0＝Acos\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)＋φ0))))⑤解得φ0＝eq\f(π,3)，A＝8cm⑥質(zhì)點(diǎn)O的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式為y＝0.08coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πt,2)＋\f(π,3)))(國(guó)際單位制)或y＝0.08sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πt,2)＋\f(5π,6)))(國(guó)際單位制)．6.[2022·全國(guó)卷Ⅲ][物理——選修3-4]由波源S形成的簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中向左、右傳播．波源振動(dòng)的頻率為20Hz，波速為16m/s.介質(zhì)中P、Q兩質(zhì)點(diǎn)位于波源S的兩側(cè)，且P、Q和S的平衡位置在一條直線上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8m、14.6m．P、Q開始振動(dòng)后，以下判斷正確的選項(xiàng)是________．A．P、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相同B．P、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相反C．當(dāng)S恰好通過平衡位置時(shí)，P、Q兩點(diǎn)也正好通過平衡位置D．當(dāng)S恰好通過平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，P在波峰E．當(dāng)S恰好通過平衡位置向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，Q在波峰答案：BDE解析：波長(zhǎng)λ＝vT＝eq\f(v,f)＝0.8m，SQ＝14.6m＝18eq\f(1,4)λ，當(dāng)S處于平衡位置向上振動(dòng)時(shí)，Q應(yīng)處于波谷；SP＝15.8m＝19eq\f(3,4)λ，當(dāng)S處于平衡位置向上振動(dòng)時(shí)，P應(yīng)處于波峰；可見P、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向應(yīng)始終相反，A、C錯(cuò)誤，B、D、E正確．7.[2022·北京卷]以下說法正確的選項(xiàng)是()A．電磁波在真空中以光速c傳播B．在空氣中傳播的聲波是橫波C．聲波只能在空氣中傳播D．光需要介質(zhì)才能傳播答案：A解析：光波屬于電磁波，光波在真空中的速度也就是電磁波在真空中的速度，選項(xiàng)A正確．空氣中的聲波是振源的振動(dòng)造成空氣密度的變化而產(chǎn)生的，它存在密部和疏部，屬于縱波，選項(xiàng)B不正確．聲波不僅僅能在空氣中傳播，在固體、液體中都可以傳播，選項(xiàng)C不正確．光波屬于電磁波，電磁波是通過電磁場(chǎng)的交替變化傳遞的，不需要介質(zhì)，選項(xiàng)D不正確．8．[2022·天津卷6分]在均勻介質(zhì)中坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一波源做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其表達(dá)式為y＝5sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)t))，它在介質(zhì)中形成的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，某時(shí)刻波剛好傳播到x＝12m處，波形圖像如圖1-所示，那么()圖1-A．此后再經(jīng)6s該波傳播到x＝24m處B．M點(diǎn)在此后第3s末的振動(dòng)方向沿y軸正方向C．波源開始振動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向D．此后M點(diǎn)第一次到達(dá)y＝－3m處所需時(shí)間是2s答案：AB解析：根據(jù)波源做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式可知，周期為4s，從波的圖像可以看出波長(zhǎng)為8m，根據(jù)波速公式可以得出，波速為2m/s，再經(jīng)過6s，波向前傳播了12m，故振動(dòng)的形式傳到x＝24m處，A正確；M點(diǎn)在此時(shí)振動(dòng)的方向沿y軸負(fù)方向，那么第3s末，即經(jīng)過了eq\f(3,4)周期，該點(diǎn)的振動(dòng)方向沿y軸正方向，B正確；波傳播到x＝12m時(shí)的起振方向?yàn)閥軸正方向，波源的起振方向與每個(gè)點(diǎn)的起振方向一致，C錯(cuò)誤；該時(shí)刻M點(diǎn)向y軸負(fù)方向振動(dòng)，設(shè)經(jīng)時(shí)間t1運(yùn)動(dòng)到平衡位置，由3＝5sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)t1))，得t1＝eq\f(37,90)s，故M點(diǎn)第一次到達(dá)y＝－3m處所需時(shí)間為eq\f(37,45)s，D錯(cuò)誤．9.[2022·四川卷5分]簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，P、Q是傳播方向上相距10m的兩質(zhì)點(diǎn)，波先傳到P，當(dāng)波傳到Q時(shí)開始計(jì)時(shí)，P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖1-所示．那么()圖1-A．質(zhì)點(diǎn)Q開始振動(dòng)的方向沿y軸正方向B．該波從P傳到Q的時(shí)間可能為7sC．該波的傳播速度可能為2m/sD．該波的波長(zhǎng)可能為6m答案：AD解析：讀圖可知，質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像為虛線，質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像為實(shí)線．從0時(shí)刻開始，質(zhì)點(diǎn)Q的起振方向沿y軸正方向，A選項(xiàng)正確．由題可知，簡(jiǎn)諧橫波的傳播方向從P到Q，由圖可知，周期T＝6s，質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像向左平移4s后與P點(diǎn)的振動(dòng)圖像重合，意味著Q比P的振動(dòng)滯后了4s，即P傳到Q的時(shí)間Δt可能為