三年高考（2017-2019）高考物理真題分項匯編 專題16 機(jī)械振動和機(jī)械波（含解析）

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1、專題16 機(jī)械振動和機(jī)械波 1．（2019·新課標(biāo)全國Ⅰ卷）一簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在t=時刻，該波的波形圖如圖（a）所示，P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點(diǎn)。圖（b）表示介質(zhì)中某質(zhì)點(diǎn)的振動圖像。下列說法正確的是 A．質(zhì)點(diǎn)Q的振動圖像與圖（b）相同 B．在t=0時刻，質(zhì)點(diǎn)P的速率比質(zhì)點(diǎn)Q的大 C．在t=0時刻，質(zhì)點(diǎn)P的加速度的大小比質(zhì)點(diǎn)Q的大 D．平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動圖像如圖（b）所示 E．在t=0時刻，質(zhì)點(diǎn)P與其平衡位置的距離比質(zhì)點(diǎn)Q的大 【答案】CDE 【解析】由圖（b）可知，在時刻，質(zhì)點(diǎn)正在向y軸負(fù)方向振動，而從圖（a）可知，質(zhì)點(diǎn)Q在 正在向y軸正方向運(yùn)動，故A

2、錯誤；由的波形圖推知，時刻，質(zhì)點(diǎn)P正位于波谷，速率為零；質(zhì)點(diǎn)Q正在平衡位置，故在時刻，質(zhì)點(diǎn)P的速率小于質(zhì)點(diǎn)Q，故B錯誤；時刻，質(zhì)點(diǎn)P正位于波谷，具有沿y軸正方向最大加速度，質(zhì)點(diǎn)Q在平衡位置，加速度為零，故C正確；時刻，平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)，正處于平衡位置，沿y軸正方向運(yùn)動，跟（b）圖吻合，故D正確；時刻，質(zhì)點(diǎn)P正位于波谷，偏離平衡位置位移最大，質(zhì)點(diǎn)Q在平衡位置，偏離平衡位置位移為零，故E正確。故本題選CDE。 2．（2019·新課標(biāo)全國Ⅱ卷）如圖，長為l的細(xì)繩下方懸掛一小球a。繩的另一端固定在天花板上O點(diǎn)處，在O點(diǎn)正下方l的處有一固定細(xì)鐵釘。將小球向右拉開，使細(xì)繩與豎直方向成一小角度（

3、約為2°）后由靜止釋放，并從釋放時開始計時。當(dāng)小球a擺至最低位置時，細(xì)繩會受到鐵釘?shù)淖钃?。設(shè)小球相對于其平衡位置的水平位移為x，向右為正。下列圖像中，能描述小球在開始一個周期內(nèi)的x-t關(guān)系的是 【答案】A 【解析】由T=2π得：T1=2π，T2=2π=π=T1 ，故BD錯誤；， ， ，由能量守恒定律可知，小球先后擺起得最大高度相同，故l-lcosθ1=，根據(jù)數(shù)學(xué)規(guī)律可得： 故，即第一次振幅是第二次振幅得2倍，故A正確，C錯誤。 3．（2019·新課標(biāo)全國Ⅲ卷）水槽中，與水面接觸的兩根相同細(xì)桿固定在同一個振動片上。振動片做簡諧振動時，兩根細(xì)桿周期性觸動水面形成兩個波源。兩波源發(fā)出

4、的波在水面上相遇。在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣。關(guān)于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動的質(zhì)點(diǎn)，下列說法正確的是 A．不同質(zhì)點(diǎn)的振幅都相同 B．不同質(zhì)點(diǎn)振動的頻率都相同 C．不同質(zhì)點(diǎn)振動的相位都相同 D．不同質(zhì)點(diǎn)振動的周期都與振動片的周期相同 E．同一質(zhì)點(diǎn)處，兩列波的相位差不隨時間變化 【答案】BDE 【解析】兩列波疊加形成穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件是兩列波的頻率相同;任何質(zhì)點(diǎn)都在按照相同的頻率在振動,不同區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振幅和位移不一定相同，兩列波在水面上相遇時發(fā)生干涉，有的質(zhì)點(diǎn)振動加強(qiáng)，有的振動減弱，可知不同的質(zhì)點(diǎn)的振幅不一定相同，選項A錯誤；各質(zhì)點(diǎn)振動的頻率與波源頻率相同,波源振動頻率又與

5、振動片的振動頻率相同，不同質(zhì)點(diǎn)的振動頻率相同，都等于振源的頻率，選項B正確；因各質(zhì)點(diǎn)距離振源的距離不一定相同，則各質(zhì)點(diǎn)振動的相位不一定相同，選項C錯誤；不同的質(zhì)點(diǎn)振動的周期都與細(xì)桿的振動周期相同，細(xì)桿的振動周期與振動片的周期相同，則不同的質(zhì)點(diǎn)振動的周期都與振動片的振動周期相同，選項D正確；同一質(zhì)點(diǎn)處因與振源的位置關(guān)系一定，則兩列波的相位差不隨時間變化，選項E正確；故選BDE。 4．（2019·北京卷）一列簡諧橫波某時刻的波形如圖所示，比較介質(zhì)中的三個質(zhì)點(diǎn)a、b、c，則 A．此刻a的加速度最小 B．此刻b的速度最小 C．若波沿x軸正方向傳播，此刻b向y軸正方向運(yùn)動 D．若波沿x軸負(fù)

6、方向傳播，a比c先回到平衡位置 【答案】C 【解析】由機(jī)械振動特點(diǎn)確定質(zhì)點(diǎn)的加速度和速度大小，由“上下坡法”確定振動方向。由波動圖象可知，此時質(zhì)點(diǎn)a位于波峰處，根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動特點(diǎn)可知，質(zhì)點(diǎn)a的加速度最大，故A錯誤，此時質(zhì)點(diǎn)b位于平衡位置，所以速度為最大，故B錯誤，若波沿x軸正方向傳播，由“上下坡法”可知，質(zhì)點(diǎn)b向y軸正方向運(yùn)動，故C正確，若波沿x軸負(fù)方向傳播，由“上下坡法”可知，a質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動，c質(zhì)點(diǎn)沿y軸正方向運(yùn)動，所以質(zhì)點(diǎn)c比質(zhì)點(diǎn)a先回到平衡位置，故D錯誤。 5．（2019·天津卷）一列簡諧橫波沿軸傳播，已知軸上和處質(zhì)點(diǎn)的振動圖像分別如圖1、圖2所示，則此列波的傳播速率可能是

7、 A． B． C． D． 【答案】BC 【解析】當(dāng)該列波向右傳播時，根據(jù)題干可知1m和7m之間的距離滿足的關(guān)系為，則由可得波速為，當(dāng)n=1時可得，故C正確，當(dāng)波向做傳播時1 m和7 m之間的距離關(guān)系滿足，則，當(dāng)n=1時可得，故B正確，講A和D選項代入兩個波速表達(dá)式，n均不是整數(shù)，因此A和D錯誤。 6．（2019·江蘇卷）一單擺做簡諧運(yùn)動，在偏角增大的過程中，擺球的 ． A．位移增大 B．速度增大 C．回復(fù)力增大 D．機(jī)械能增大 【答案】AC 【解析】由簡諧運(yùn)動的特點(diǎn)可知，當(dāng)偏角增大，擺球偏離平衡位置的位移增大，故A正確；當(dāng)偏角增大，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，所以速度減

8、小，故B錯誤；由回復(fù)力 可知，位移增大，回復(fù)力增大，故C正確，單擺做簡諧運(yùn)動過程中只有重力做功，所以機(jī)械能守恒，故D錯誤； 7．（2019·浙江選考）如圖所示，兩種不同材料的彈性細(xì)繩在O處連接，M、O和N是該繩上的三個點(diǎn)，OM間距離為7.0 m，ON間距離為5.0 m。O點(diǎn)上下振動，則形成以O(shè)點(diǎn)為波源向左和向右傳播的簡諧橫波Ⅰ和Ⅱ，其中波Ⅱ的波速為1.0 m/s。t=0時刻O點(diǎn)處在波谷位置，觀察發(fā)現(xiàn)5s后此波谷傳到M點(diǎn)，此時O點(diǎn)正通過平衡位置向上運(yùn)動，OM間還有一個波谷。則 A．波Ⅰ的波長為4 m B．N點(diǎn)的振動周期為4 s C．t=3 s時，N點(diǎn)恰好處于波谷 D．當(dāng)M點(diǎn)處于波峰

9、時，N點(diǎn)也一定處于波峰 【答案】BD 【解析】OM之間有兩個波谷，即，解得波I的波長為，根據(jù)題意可知波I的波速為，故波的周期為，同一波源的頻率相同，故N點(diǎn)的振動周期為4 s，A錯誤，B正確；波II的波長為，故在t=0時刻N(yùn)處于平衡位置向下振動，經(jīng)過3 s，即四分之三周期，N點(diǎn)在波峰，C錯誤；因為MN兩點(diǎn)到波源的距離都為其各自波長的，又兩者振動周期相同，起振方向相同，所以兩者振動步調(diào)相同，即當(dāng)M點(diǎn)處于波峰時，N點(diǎn)也一定處于波峰，D正確。 8．（2018·北京卷）如圖所示，一列簡諧橫波向右傳播，P、Q兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置相距0.15 m。當(dāng)P運(yùn)動到上方最大位移處時，Q剛好運(yùn)動到下方最大位移處，則這

10、列波的波長可能是 A．0.60 m B．0.30 m C．0.20 m D．0.15 m 【答案】B 【解析】可以畫出PQ之間的最簡單的波形，如圖所示： 同時由于PQ可以含有多個完整的波形，則：，整理可以得到：，當(dāng)時，，當(dāng)時，，故選項B正確，ACD錯誤。 【名師點(diǎn)睛】解決機(jī)械波的題目關(guān)鍵在于理解波的周期性，即時間的周期性或空間的周期性，得到波長的通項，再求解處波長的特殊值。 9．（2018·天津卷）（多選）一振子沿x軸做簡諧運(yùn)動，平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)。t=0時振子的位移為–0.1 m，t=1 s時位移為0.1 m，則 A．若振幅為0.1 m，振子的周期可能為 B．若

11、振幅為0.1 m，振子的周期可能為 C．若振幅為0.2 m，振子的周期可能為4 s D．若振幅為0.2 m，振子的周期可能為6 s 【答案】AD 【解析】t=0時刻振子的位移x=–0.1 m，t=1 s時刻x=0.1 m，關(guān)于平衡位置對稱；如果振幅為0.1 m，則1 s為半周期的奇數(shù)倍；如果振幅為0.2 m，分靠近平衡位置和遠(yuǎn)離平衡位置分析。若振幅為0.1 m，根據(jù)題意可知從t=0 s到t=1 s振子經(jīng)歷的周期為，則，解得，當(dāng)n=1時，無論n為何值，T都不會等于，A正確B錯誤；如果振幅為0.2 m，結(jié)合位移時間關(guān)系圖象，有①，或者②，或者③，對于①式，只有當(dāng)n=0時，T=2 s，為整數(shù)

12、；對于②式，T不為整數(shù)；對于③式，當(dāng)n=0時，T=6 s，之后只會大于6 s，故C錯誤D正確 【名師點(diǎn)睛】t=0時刻振子的位移x=–0.1 m，t=1 s時刻x=0.1 m，關(guān)于平衡位置對稱；如果振幅為0.1 m，則1 s為半周期的奇數(shù)倍；如果振幅為0.2 m，分靠近平衡位置和遠(yuǎn)離平衡位置分析。 10．（2018·浙江選考）（多選）兩列頻率相同、振幅均為A的簡諧橫波P、Q分別沿+x和–x軸方向在同一介質(zhì)中傳播，兩列波的振動方向均沿y軸，某時刻兩波的波面如圖所示，實線表示P波的波峰，Q波的波谷；虛線表示P波的波谷、Q波的波峰。a、b、c為三個等間距的質(zhì)點(diǎn)，d為b、c中間的質(zhì)點(diǎn)。下列判斷正確的

13、是 A．質(zhì)點(diǎn)a的振幅為2A B．質(zhì)點(diǎn)b始終靜止不動 C．圖示時刻質(zhì)點(diǎn)c的位移為0 D．圖示時刻質(zhì)點(diǎn)d的振動方向沿–y軸 【答案】CD 【解析】質(zhì)點(diǎn)a和c是兩列波的波峰與波谷相遇點(diǎn)，兩列波的振幅相等，所以a和c位移始終為0，即靜止不動，故A錯誤，C正確；在經(jīng)過四分之一周期，兩列波各向前傳播四分之一波長，P波a處的波谷和Q波在c處的波谷剛好傳播到b點(diǎn)，所以b點(diǎn)是波谷與波谷相遇，振幅為2A，為振動加強(qiáng)點(diǎn)，故B錯誤；圖示時刻，d點(diǎn)在P波的平衡位置與波峰之間，振動方向沿y軸的負(fù)方向，同時d點(diǎn)在Q波的波谷與平衡位置之間，振動方向沿y軸的負(fù)方向，所以d點(diǎn)的振動方向沿y軸的負(fù)方向，故D正確。

14、 11．（2018·新課標(biāo)全國III卷）一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在t=0和t=0.20 s時的波形分別如圖中實線和虛線所示。己知該波的周期T>0.20 s。下列說法正確的是 A．波速為0.40 m/s B．波長為0.08 m C．x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.70 s時位于波谷 D．x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.12 s時位于波谷 E．若此波傳入另一介質(zhì)中其波速變?yōu)?.80 m/s，則它在該介質(zhì)中的波長為0.32 m 【答案】ACE 【解析】根據(jù)波形圖可知，波長λ=16 cm=0.16 m，選項B錯誤；根據(jù)t=0時刻和t=0.20 s時刻的波形圖和該波的周期T>0.

15、20 s可知，可知該波的周期T=0.40 s，波速v=λ/T=0.40 m/s，選項A正確；簡諧波沿x軸正方向傳播，x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0時刻沿y軸正方向運(yùn)動，在t=0.70 s時位于波谷，在t=0.12 s時位于y>0的某位置（不是位于波谷），選項C正確D錯誤；若此波傳入另一介質(zhì)中，周期T不變，其波速變?yōu)関=0.80 m/s，由λ=vT可得它在該介質(zhì)中的波長為λ=0.80×0.4 m=0.32 m，選項E正確。 12．（2018·江蘇卷）一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在x=0和x=0.6 m處的兩個質(zhì)點(diǎn)A、B的振動圖象如圖所示。已知該波的波長大于0.6 m，求其波速和波長 【

16、答案】v=2 m/s λ=0.8 m 【解析】由圖象可知，周期T=0.4 s 由于波長大于0.6 m，由圖象可知，波從A到B的傳播時間Δt=0.3 s 波速，代入數(shù)據(jù)得v=2 m/s 波長λ=vT，代入數(shù)據(jù)得λ=0.8 m 13．（2018·新課標(biāo)全國II卷）聲波在空氣中的傳播速度為340 m/s，在鋼鐵中的傳播速度為4 900 m/s。一平直橋由鋼鐵制成，某同學(xué)用錘子敲擊一鐵橋的一端而發(fā)出聲音，分別經(jīng)空氣和橋傳到另一端的時間之差為1.00 s。橋的長度為_______m，若該波在空氣中的波長為λ，則它在鋼鐵中波長為λ的_______倍。 【答案】365 【解析】可以假設(shè)橋

17、的長度，分別算出運(yùn)動時間，結(jié)合題中的1 s求橋長，在不同介質(zhì)中傳播時波的頻率不會變化。 （1）設(shè)橋的長度為s 則聲音在鋼鐵中傳播的時間 聲音在空氣中的傳播時間為 根據(jù)題意 解得： （2）聲音在不同介質(zhì)中的頻率是不會改變的，由公式可知 解得 14．（2018·新課標(biāo)全國I卷）一列簡諧橫波在t=時的波形圖如圖（a）所示，P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點(diǎn)，圖（b）是質(zhì)點(diǎn)Q的振動圖象。求 （i）波速及波的傳播方向； （ii）質(zhì)點(diǎn)Q的平衡位置的x坐標(biāo)。 【答案】（1），波沿負(fù)方向傳播 （2）xQ=9 cm 【解析】本題考查波動圖象、振動圖象、波動傳播及其相關(guān)的知識點(diǎn)。 （1）

18、，波沿負(fù)方向傳播 （2）xQ=9 cm 【解析】（1）由圖a可以看出，改波的波長為 由圖b可以看出周期T=2 s，故波速為=18 cm/s 由圖b可知，當(dāng)時，Q向上振動，結(jié)合圖a可知，該波沿x軸負(fù)方向傳播 （2）設(shè)質(zhì)點(diǎn)P、Q平衡位置的x坐標(biāo)分別為、。由圖（a）知，處，因此④ 由圖（b）知，在時Q點(diǎn)處于平衡位置，經(jīng)，其振動狀態(tài)向x軸負(fù)方向傳播至P點(diǎn)處，由此及③式有 ⑤ 由④⑤式得，質(zhì)點(diǎn)Q的平衡位置的x坐標(biāo)為 ⑥ 15．（2017·天津卷）手持較長軟繩端點(diǎn)O以周期T在豎直方向上做簡諧運(yùn)動，帶動繩上的其他質(zhì)點(diǎn)振動形成簡諧波沿繩水平傳播，示意如圖。繩上有另一質(zhì)點(diǎn)P，且O、P的平衡位

19、置間距為L。t=0時，O位于最高點(diǎn)，P的位移恰好為零，速度方向豎直向上，下列判斷正確的是 A．該簡諧波是縱波 B．該簡諧波的最大波長為2L C．時，P在平衡位置上方 D．時，P的速度方向豎直向上 【答案】C 【解析】繩波中質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向垂直，屬于橫波，縱波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動方向在同一直線上，故A錯誤，根據(jù)波形圖和波的傳播方向可知，位移恰好為零且速度方向豎直向上的質(zhì)點(diǎn)與O點(diǎn)的距離應(yīng)為，其中n=0、1、2……，波長，可知當(dāng)n=0時有波長的最大值，為，故B錯誤；0~內(nèi)P由平衡位置振動到波峰，~內(nèi)P由波峰回動到平衡位置，可知時P在平衡位置上方向上振動，時P在平衡

20、位置上方向下振動，故C正確，D錯誤。 【名師點(diǎn)睛】本題應(yīng)注意波的周期性，要從波長入手。 16．（2017·北京卷）某彈簧振子沿x軸的簡諧運(yùn)動圖象如圖所示，下列描述正確的是 A．t=1 s時，振子的速度為零，加速度為負(fù)的最大值 B．t=2 s時，振子的速度為負(fù)，加速度為正的最大值 C．t=3 s時，振子的速度為負(fù)的最大值，加速度為零 D．t=4 s時，振子的速度為正，加速度為負(fù)的最大值 【答案】A 【解析】在t=1 s和t=3 s時，振子偏離平衡位置最遠(yuǎn)，速度為零，回復(fù)力最大，加速度最大，方向指向平衡位置，A正確，C錯誤；在t=2 s和t=4 s時，振子位于平衡位置，速度最大

21、，回復(fù)力和加速度均為零，BD錯誤。 【名師點(diǎn)睛】根據(jù)振動圖象判斷質(zhì)點(diǎn)振動方向的方法：沿著時間軸看去，“上坡”段質(zhì)點(diǎn)向上振動，“下坡”段質(zhì)點(diǎn)向下振動。 17．（2017·新課標(biāo)全國Ⅲ卷）如圖，一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，實線為t=0時的波形圖，虛線為t=0.5 s時的波形圖。已知該簡諧波的周期大于0.5 s。關(guān)于該簡諧波，下列說法正確的是 A．波長為2 m B．波速為6 m/s C．頻率為1.5 Hz D．t=1 s時，x=1 m處的質(zhì)點(diǎn)處于波峰 E．t=2 s時，x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過平衡位置 【答案】BCE 【解析】由波形圖可知，波長為4 m，A錯誤；實線為t=0時的

22、波形圖，虛線為t=0.5 s時的波形圖，波沿x軸正方向傳播，又該波的周期大于0.5 s，則0~0.5 s時間內(nèi)波傳播的距離，，故周期，頻率為1.5 Hz，波速，BC正確；由，t=0時，x=1 m處的質(zhì)點(diǎn)在波峰位置，t=1時，該質(zhì)點(diǎn)應(yīng)該在平衡位置向上振動，D錯誤；由，t=0時，x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)在平衡位置，t=2 s時，該質(zhì)點(diǎn)同樣經(jīng)過平衡位置，E正確。 【名師點(diǎn)睛】本題知道兩個時刻的波形，可以運(yùn)用波形的平移法分析波傳播的最短距離，要理解“該簡諧波的周期大于0.5 s”表達(dá)的意義。 18．（2017·江蘇卷）野生大象群也有自己的“語言”．研究人員錄下象群“語言”交流時發(fā)出的聲音，發(fā)現(xiàn)以2倍速度

23、快速播放時，能聽到比正常播放時更多的聲音．播放速度變?yōu)樵瓉淼?倍時，播出聲波的___________（選填“周期”或“頻率”）也變?yōu)樵瓉淼?倍，聲波的傳播速度____________（選填“變大”、“變小”或“不變”）。 【答案】頻率 不變 【解析】頻率由波源決定，播放速度變?yōu)樵瓉淼?倍時，播出聲波的頻率變?yōu)樵瓉韮杀?，傳播速度由介質(zhì)決定，所以傳播速度不變。 【名師點(diǎn)睛】機(jī)械波在傳播的過程中，傳播的速度由介質(zhì)決定，而頻率由波源決定． 19．（2017·新課標(biāo)全國Ⅰ卷）如圖（a），在xy平面內(nèi)有兩個沿z方向做簡諧振動的點(diǎn)波源S1（0，4）和S2（0，–2）。兩波源的振動圖線分別如圖（b）

24、和圖（c）所示，兩列波的波速均為1.00 m/s。兩列波從波源傳播到點(diǎn)A（8，–2）的路程差為________m，兩列波引起的點(diǎn)B（4，1）處質(zhì)點(diǎn)的振動相互__________（填“加強(qiáng)”或“減弱”），點(diǎn)C（0，0.5）處質(zhì)點(diǎn)的振動相互__________（填“加強(qiáng)”或“減弱”）。 【答案】2 減弱 加強(qiáng) 【解析】由幾何關(guān)系可知AS1=10 m，AS2=8 m，所以波程差為2 m；同理可求BS1–BS2=0，為波長整數(shù)倍，由振動圖象知兩振源振動方向相反，故B點(diǎn)為振動減弱點(diǎn)，CS1–CS2=1 m，波長，所以C點(diǎn)振動加強(qiáng)。 【名師點(diǎn)睛】本題只要考查產(chǎn)生兩列波相遇處是加強(qiáng)或減弱的條件，尤其小心兩波源振動的方向是相反的，即振動步調(diào)相反，剛好顛倒過來。 12