高考物理二級結(jié)論題型詳解：機械振動和波（學(xué)生版）

機被穆劭和波

一、簡諧運動

⑴動力學(xué)特征:F=Tte,“一”表示回復(fù)力的方向與位移方向相反，入是比例系數(shù)，不一定是彈簧的勁度系

數(shù).

二、單擺

（1）單擺的振動可視為簡諧運動的條件是最知I劇立

（2）單擺做簡諧運動的周期公式：T=2n蒲。單擺做簡諧運動的周期（或頻率）跟振幅及擺球質(zhì)量無

關(guān),擺長甘旨懸點到擺球重心的距離,g為單擺所在處的重力加速度。

（3）秒擺的周期為2s,根據(jù)單擺周期公式，可算得秒擺的擺長約為1m。

L將一臺智能手機水平粘在秋千的座椅上,使手機邊緣與座椅邊緣平行（圖甲），讓秋千以小擺角（小于

5°）自由擺動，此時秋千可看作一個理想的單擺，擺長為心從手機傳感器中得到了其垂直手機平面方

向的a—1關(guān)系圖如圖乙所示。則以下說法正確的是（）

A.忽略空氣阻力，秋千的回復(fù)力由重力和拉力的合力提供

B.當(dāng)秋千擺至最低點時，秋千對手機的支持力等于手機所受的重力

C.秋千擺動的周期為益—右

4兀2乙

D.該地的重力加速度g

2

(i2-ti)

2.如圖甲所示，。點為單擺的固定懸點，在其正下方的P點有一個釘子，現(xiàn)將小球拉開一定的角度后開

始運動，小球在擺動過程中的偏角不超過5°o從某時刻開始計時,繩中的拉力大小R隨時間t變化的

關(guān)系如圖乙所示，重力加速度g取10m/s2,忽略一切阻力。下列說法正確的是（）

A.t=0.1兀s時小球位于口點B.t=0.4兀s時小球位于C點

C.OA之間的距離為L5mD.OP之間的距離為1.2m

3.如圖所示，樹梢的擺動可視為周期12s、振幅1.2m的簡諧運動。某時刻開始計時，36s后樹梢向右偏

離平衡位置0.6小。下列說法正確的是（）

1.2m

A.開始計時的時刻樹梢恰位于平衡位置

B.樹梢做簡諧運動的“圓頻率”約為0.08Hz

C.樹梢在開始計時后的36s內(nèi)通過的路程為4.8m

D.再經(jīng)過4s,樹梢可能處于向左偏離平衡位置1.2山處

4.將一個力傳感器連接到計算機上就可以記錄力隨時間變化的情況。如圖甲所示，單擺的固定懸點。

與力傳感器（圖中未畫出）相連，現(xiàn)將小擺球（可視為質(zhì)點）拉至人點，此時細(xì)線處于張緊狀態(tài),釋放擺

球，則擺球?qū)⒃谪Q直平面內(nèi)的A、。之間來回擺動，其中B點為運動中的最低位置，AAOB=ACOB

=虱9小于5°且是未知量）,測得單擺的擺長L=0.39m,由計算機DIS軟件繪制的細(xì)線對擺球的拉力

大小F隨時間土變化的曲線如圖乙所示。

（1）求單擺所處位置的重力加速度大小g°；

（2）測得擺球的質(zhì)量為小,求擺球運動過程中的最大速度（用題中*、m、L、尺1ax表示）。

甲

5.秋千、鐘擺等運動都是我們熟悉的擺動現(xiàn)象。它們形狀各異，卻遵循著相似的規(guī)律。如圖1所示，一個

擺的擺長為"小球質(zhì)量為小,拉起小球使擺線與豎直方向夾角為6時將小球由靜止釋放，忽略空氣阻

力。

（1）求小球運動到最低點時的角速度大小。

（2）如果只把小球的質(zhì)量改為2m，還是從相同的位置由靜止釋放,則小球從靜止到最低點的時間與原

來相比是否會發(fā)生變化？簡要說明理由。

（3）如果把擺線換成長仍為L的輕桿，如圖2所示，一端可繞固定在O點的光滑軸承在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)

動，在距O點為方和力處分別固定一個質(zhì)量均為小、可看作質(zhì)點的小球,忽略輕桿的質(zhì)量和空氣阻

力。

a.將桿與小球組成的系統(tǒng)仍拉到與豎直方向成。角的位置由靜止釋放，當(dāng)系統(tǒng)向下運動到最低點

時,求此時系統(tǒng)的角速度大小。

b.當(dāng)。角較大時，單擺的運動將不能看作簡諧運動，周期公式也不能使用。如果通過實驗測得上面

（2）中的運動周期為T,能否推算出此時輕桿系統(tǒng)的運動周期？如果不能,請說明理由；如果能，請寫

出推導(dǎo)過程并算出結(jié)果。

圖1圖2

三、機械波的特點

(1)介質(zhì)依存性:機械波離不開介質(zhì).

(2)能量信息性:機械波傳播的是振動的形式、能量和信息.

(3)傳播不移性:在傳播方向上，各質(zhì)點只在各自平衡位置附近振動，并不隨波遷移.

(4)時空重復(fù)性:機械波傳播時，介質(zhì)中的質(zhì)點不斷地重復(fù)著振源的振動形式.

(5)周期、頻率同源性:介質(zhì)中各質(zhì)點的振動周期均等于振源的振動周期且在傳播中保持不變.

(6)起振同向性:各質(zhì)點開始振動的方向與振源開始振動方向相同.

(7)波長、波速和頻率的關(guān)系:“=至J由波源決定,v由介質(zhì)決定.

四、振動圖像和波的圖像的比較

圖像類型振動圖像波的圖像

沿波傳播方向

研究對象一振動質(zhì)點

上所有質(zhì)點

研究內(nèi)容一質(zhì)點的位移隨時間變化規(guī)律某時刻所有質(zhì)點的空間分布規(guī)律

|%/m

圖像

物理意義表示某質(zhì)點各個時刻的位移表示某時刻各質(zhì)點的位移

(1)質(zhì)點振動周期(1)波長、振幅

(2)質(zhì)點振幅(2)任意一質(zhì)點在該時刻的位移

圖像信息

(3)各時刻質(zhì)點位移(3)任意一質(zhì)點在該時刻加速度方向

(4)各時刻速度、加速度方向(4)傳播方向、振動方向的互判

記錄著一個人一段時間內(nèi)活動的錄記錄著許多人某時刻動作、表情的集體照

形象比喻

像帶片

隨時間推移，圖像延續(xù)，但已有形狀

圖像變化隨時間推移,圖像沿傳播方向平移

不變

一完整曲線占

表示一個周期表示一個波長

橫坐標(biāo)距離

6.如圖所示,是一個人兩次抖動同一細(xì)繩形成的機械波，第一次抖動形成圖甲所示波形,第二次抖動形

成圖乙所示的波形,下列說法中正確的是()

A.機械波向外傳遞的過程中頻率會逐漸減小

B.在傳播方向上相鄰兩個波峰間的距離是一個波長

C.甲、乙兩列繩波的起振方向相同

D.機械波以傳遞振動，所以繩上的各點隨波向外遷移

7.B超成像的基本原理是探頭向人體發(fā)射一組超聲波，遇到人體組織會產(chǎn)生不同程度的反射，探頭接收

到的超聲波信號輸入計算機，形成B超圖像。血管探頭發(fā)送的簡諧超聲波圖像如圖所示，力=0時刻

波恰好傳到質(zhì)點朋?"=2.5x10-85時刻恰好傳到質(zhì)點下列說法正確的是（）

A.血管探頭發(fā)出的超聲波在血管中的傳播速度為8xl02m/s

B.質(zhì)點N開始振動的方向沿“軸負(fù)方向

C.質(zhì)點V的振動方程為y=0.4sin（2兀X108f）mm

D.t=3.125x10飛時，質(zhì)點M與質(zhì)點N的位移大小相等、方向相反

8.兩列簡諧橫波分別沿力軸正方向和負(fù)方向傳播，波速均為v=0.2m/s,兩個波源分別位于力=-0.2m

和刀=1.2m處，波源的振幅均為2cm。如圖所示為t=0時刻兩列波的圖象，此刻平衡位置在刀=

0.2m和re=0.8m處的P、Q兩質(zhì)點剛開始振動。質(zhì)點M'的平衡位置位于x=0.5nz處，下列說法正確

A.這兩列波的頻率均為2HzB.t=3.5s時，質(zhì)點P的位移為2cm

C.0?4s時間內(nèi)，質(zhì)點P經(jīng)過的路程為20cmD.質(zhì)點M始終在平衡位置附近振動

9.清晨，在平靜的湖面上,老張和老李分別在甲、乙兩只小船上靜坐釣魚，兩船相距40小。突然湖邊的水

受到擾動，引起一列水波在水面上從左向右傳播。某時刻甲船和乙船的位置如圖，甲位于波峰時，乙

恰位于波谷，且峰、谷間的高度差為0.4小。若水波的周期為4s,則（）

A.水波波速為5m/sB.甲、乙振動的振幅等于0.4m

C.水波波長為16mD.9s內(nèi)乙運動的路程為367n

10.一列沿X軸正方向傳播的簡諧橫波，t=0時刻波源質(zhì)點O從平衡位置開始振動，圖甲是簡諧橫波在t

=0.6s時的部分波形圖，圖乙是這列波上X=0.7山處的質(zhì)點從t=0.7s時刻開始振動的圖像，下列說

x/m

A.波源的起振方向向上B.1=0.6s時，7=0.1巾處的質(zhì)點在波谷處

C.波的頻率/=0.5HzD.波源的振動方程為夕=5sin（5兀t）cm

五、波的干涉

11.2022年12月安徽省某地發(fā)生3級地震，震源深度8千米。地震發(fā)生時監(jiān)測站監(jiān)測到一列沿c軸傳播

的地震橫波，t=0時刻波形如圖（a）所示，質(zhì)點P從t=0時刻開始的振動圖像如圖⑹所示。則下列

說法正確的是（

A.該波沿力軸正方向傳播

B.該波沿①軸傳播20km距離需要5s

C.該波在傳播過程中遇到4km尺寸的障礙物時不會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象

D.該波與頻率為2Hz的簡諧橫波相遇,一定能形成干涉圖樣

12.圖甲描繪了在t=0時刻，由兩波源Si、S2在均勻介質(zhì)中形成的波陣面平面圖（實線和虛線分別代表波

峰和波谷）。已知這兩個波源的振動頻率相等，振幅相同。P和Q是該平面上的兩個固定點，S】、S2

間的距離是0.2小。圖乙是P點的振動圖像（位移一時間關(guān)系）。下列說法中正確的是（）

A.&S2的連線上共有4個干涉減弱點B.&S2連線的延長線上沒有干涉增強點

C.t=0.2s時，Q點的位移是AD.波源Si發(fā)出的機械波波速為0.2m/s

13.圖中Si、S?為兩個相干波源，實線和虛線分別表示發(fā)出的波的波峰和波谷位置,下列關(guān)于圖中a、b兩

位置正確的說法是（）

A.a為振動加強的位置，b為振動減弱的位置B.a為振動減弱的位置，b為振動加強的位置

C.a、b都為振動加強的位置D.a、b都為振動減弱的位置

14.消除噪聲污染是當(dāng)前環(huán)境保護的一個重要課題。內(nèi)燃機、通風(fēng)機等在排

放各種高速氣流的過程中都發(fā)出噪聲，干涉型消聲器可以用來削弱高速氣流

產(chǎn)生的噪聲。干涉型消聲器的結(jié)構(gòu)及氣流運行如圖所示，波長為人的聲波沿

水平管道自左向右傳播,當(dāng)聲波到達a處時,分成兩束相干波，它們分別通

過八和q的路程，再在b處相遇，從而達到削弱噪聲的目的。下列說法正確的是（）

A.若△「=『2-r1，則△「等于半波長的偶數(shù)倍???

B.若b和c在同一條直線上"和c之間的距離為g九則c為聲波的加強點

C.若聲波的振動頻率發(fā)生改變，則聲波的傳播速度也發(fā)生改變

D.若聲波的振動頻率發(fā)生改變，b點有可能是振動加強的點

15.手機上一般會有兩個麥克風(fēng)，一個比較大的位于手機下方,另一個位于手機頂部。小亮同學(xué)查閱手機

說明書后知道手機頂部的麥克風(fēng)為降噪麥克風(fēng)。該同學(xué)進一步查閱資料得知：降噪麥克風(fēng)通過降噪

系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相位相反的聲波,與噪音疊加從而實現(xiàn)降噪的效果。理想情況下的降噪過程如

圖所示，實線對應(yīng)環(huán)境噪聲，虛線對應(yīng)降噪系統(tǒng)產(chǎn)生的等幅反相聲波。下列說法正確的是（）

上麥克風(fēng)

Oo「

環(huán)境噪聲

下麥克風(fēng)降噪聲波

A.降噪過程應(yīng)用的是聲波的干涉原理，P點振動減弱

B.降噪聲波的頻率與環(huán)境噪聲的頻率不相同

C.降噪聲波與環(huán)境噪聲聲波的波長大小不相等

D.質(zhì)點P經(jīng)過一個周期向外遷移的距離為一個波長

六、光的折射、全反射

（1）折射率:”=啊n=C

sinrv

（2）全反射：sinC=^（發(fā)生全反射的兩個條件:①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì);②入射角大于或等于臨界

角.）

七、平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體對光的偏折作用

類別

平行坡璃磚三棱鏡圓柱體（球）

項目

結(jié)構(gòu)坡璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓

政

A

對光線的作用Sr圓界面的法線是過圓

通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射

通過平行玻璃磚的光線不改心的直線，經(jīng)過兩次折

后，出射光線向棱鏡底面偏折

變傳播方向,但要發(fā)生側(cè)移射后向圓心偏折

號）

應(yīng)用測定坡璃的折射率改變光的傳播方向

全反射棱鏡，改變光的傳播方向

【特別提醒】不同顏色的光的頻率不同，在同一種介質(zhì)中的折射率、光速也不同，發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不

同.

16.如圖所示,楔形玻璃的橫截面尸OQ的頂角為30°,OP邊上的點光源S到頂點。的距離為d,垂直于

OP邊的光線SN在OQ邊的折射角為45°。不考慮多次反射，OQ邊上有光射出部分的長度為

A.-1-dB.與dC.dD.V2d

17.在水池底部水平放置三條細(xì)燈帶構(gòu)成的等腰直角三角形發(fā)光體，直角邊的長度為0.9山,水的折射率

"=去，細(xì)燈帶到水面的距離％=余山，則有光射出的水面形狀（用陰影表示）為（）

oJ.U

A.B.C.D.

18.如圖所示為一斜邊鍍銀的等腰直角棱鏡的截面圖。一細(xì)黃光束從直角邊4B以角度。入射，依次經(jīng)

AC和兩次反射，從直角邊AC出射。出射光線相對于入射光線偏轉(zhuǎn)了a角，則a（）

A.等于90°B.大于90°C小于90°D.與棱鏡的折射率有關(guān)

19.（多選）等腰三角形△abc為一棱鏡的橫截面，ab=ac；一平行于be邊的細(xì)光束從ab邊射入棱鏡，在

be邊反射后從ac邊射出，出射光分成了不同顏色的兩束，甲光的出射點在乙光的下方，如圖所示。不

考慮多次反射。下列說法正確的是（）

a

A.甲光的波長比乙光的長

B.甲光的頻率比乙光的高

C.在棱鏡中的傳播速度，甲光比乙光的大

D.該棱鏡對甲光的折射率大于對乙光的折射率

E.在棱鏡內(nèi)be邊反射時的入射角，甲光比乙光的大

20.柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示，OP右側(cè)是以。為圓心,半徑為R的1圓，左側(cè)是直角梯形，AP長

為R,/C與8夾角45°,47中點為B,a、b兩種頻率的細(xì)激光束，垂直面入射，器件介質(zhì)對a,b

光的折射率分別為L42、1.40,保持光的入射方向不變，入射點從4向B移動過程中，能在面全反

射后，從。河面射出的光是（不考慮三次反射以后的光）（）

A.僅有a光B.僅有b光C.a、b光都可以D.a、b光都不可以

八、光的波動性

楊氏雙（形成明、喑相間的間距相等的條紋

f縫干涉條紋間距△彳=j-A

的

光

涉

干

圖樣特征

薄膜

應(yīng)叫微「表面平整度

光干涉

的

波條件：障礙物或孔的尺寸與光的波長差

動

光的f不多或比光的波長小

性

衍射

L形成明、喑相間的間距不相等的條紋

光的一自然光

偏振

—偏振光

九、多普勒效應(yīng):當(dāng)波源與觀察者相互靠近時,觀察者接收到的頻率變大;當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時,觀察者

接收到的頻率變小。

21.如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán)，。為待測柱形樣品，。的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)

平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板，會形成干涉條紋。已知。的

膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù),當(dāng)溫度升高時，下列說法正確的是（）

A.劈形空氣層的厚度變大,條紋向左移動B.劈形空氣層的厚度變小,條紋向左移動

C.劈形空氣層的厚度變大,條紋向右移動D.劈形空氣層的厚度變小,條紋向右移動

22.（多選）某同學(xué)采用圖甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫Si、S2的寬度可調(diào)，狹縫到屏

的距離為乙。同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正

A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣,當(dāng)光通過狹縫時,也發(fā)生了衍射

B.遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大

C.照射兩條狹縫時，增加L,其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大

D.照射兩條狹縫時，若光從狹縫Si、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處一定是暗條

紋

23.如圖所示，由波長為4和心的單色光組成的一束復(fù)色光，經(jīng)半反半透鏡后分成透射光和反射光。透射

光經(jīng)擴束器后垂直照射到雙縫上并在屏上形成干涉條紋。