专题15机械振动与机械波(练习)(解析版).docx
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1、专题15机械振动与机械波目录若点Ol机械振动及振动图像2考向一简谐运动的表达式及图像24点02机械波的传播及波的图像3考向一波的传播与图像3考向二波的图像与振动图像的关联应用10考向三波的衍射、干涉和多普勒效应18唯Ol机械振动及振动图像考向一简谐运动的表达式及图像1.(2024河北邯郸统考二模)(多选)光滑水平面上放有一根劲度系数较小的软弹簧,弹簧上有例、N两点,初态弹簧静止时M、N的平衡位置相距60cm。现用一周期性外力拍打弹簧的左端,在弹簧上形成一列纵波,观察到M点向右回到平衡位置时,N点恰向左运动到最大位移处,且0.25s后N点向右回到平衡位置。已知波的周期70.25s,则该波的波速可
2、能为()三三三三三三MNA.4.8msB.2.4msC.0.96msD.0.48ms【答案】BD【详解】以向右为正方向,”点向右回到平衡位置时,在波的图像上正处于平衡位置向正方向运动,N点正处于负向位移最大处,MN之间小于一个波长的图像如图所示所以有=06m(=0,1,2,),解得;l=*m(=0,l,2u),由0.25s后N点向右回到平衡位置,Im+|T=0.25s(zW=0,l,2,-),由于周期T0.25s,所以?=0,解得周期T=Is,波速y=2=-msI4j4w+1易知=0时,v1=2.4ms,=1时,vl=0.48mso故选BD.,映02机械波的传播及波的图像考向一波的传播与图像1
3、. (2023天津高考真题)(多选)一列机械波的波源是坐标轴原点,从Z=O时波源开始振动,Z=0.5s时波B.X=Im处质点在E=O.3s时位于波谷C.波源振动方程y=0.02sin(5R+)mD.X=Tm处质点半个周期内向左位移半个波长【答案】BC【详解】A.由图中可知r=Q5s时,波传播的距离为x=Z5m,故波的速度为妙=2=7ms=5ms,故At0.5错误;B.由图可知该波的波长为;l=2m,所以波的周期为T=2=2s=0.4s,波传播到X=Im需要的时间V5i=7S=02s,由图可知该波的起振方向向下,f=0.3s该波振动了0.1s,即?丁,所以位于波谷,故B止确;C.根据图像可知该波
4、的振动方程为y=Asin停/+p)=-0.02sin(5Mm=0.02sin(54+4)m,故C正确;D.质点只是上下振动,不随波左右移动,故D错误。故选BCo2. (2022浙江高考真题)(多选)位于X=O.25m的波源从r=0时刻开始振动,形成的简谐横波沿X轴正负方向传播,在r=20s时波源停止振动,/=2.Is时的部分波形如图所示,其中质点。的平衡位置兀=L75m,质点b的平衡位置/=T)5m0下列说法正确的是()C.=2.25s时,质点。沿),轴负方向振动D.在。到2s内,质点b运动总路程是2.55m【答案】BD【详解】A.波从波源发出后,向X轴正负方向传播,向相反方向传播的波不会相遇
5、,不会发生干涉,故A俳俣:B.由图可知,波的波长/I=Im,由题意可知0.1s内波传播四分之波长,可得4=0.1s,解得T=O.4s,根据同侧法可知,波源的振动方向向上,f=042s即TVfV手时,波源振动了2s,则任何个点起振以后都应该振动2s,可知坐标原点在2.1s时刚好振动了2s即5个周期,此时其振动方向向上,波源向上振动,位移为止,故B正确;C.波的波速v=4=25ms,波源停止振动,到质点。停止振动的时间tl=非s=0.6s0.25s,即质点。还在继续振动,/=2.Is到/=2.25s经过时间芍=015s即:与20cm则xab=16cm义则从U时刻开始,质点B第一次到达波峰时,波传播
6、的距离为Zb=I6cm则质点B到达波峰的最少时间为,=上也=或s=0.8sV20(2)由题意可知,波的周期是T=2f=L2s则波长=vT=24cm乙时刻的波形图如图所示处,则质点B偏离平衡位置的位移N = Acos带入数据解得y=-05cm9. (2024幅建一模)(多选)同一均匀介质中,位于X=O和x=1.2m处的两个波源沿y轴振动,形成了两列相向传播的简谐横波。和力,。波沿X轴正方向传播,力波沿K轴负方向传播。在f=0时两波源间的波形如图所示,A、B为介质中的两个质点,。波的波速为2ms,则()WCmB.A质点开始振动时沿y轴负方向运动C.u.25s时,B质点位于平衡位置D.f=0.125
7、s时,X=O.65m的质点的位移为-4Cm【答案】AB【详解】A.简谐横波a和b在同一均匀介质中,则匕=%=2ms,再由题图可知4=4=0.4m,则根据V=:,得(=7i=0.2s,故A正确;B.由于=4=04m,且由题图可看出t=0时A质点距a波最近,则a波先传播到质点A,由同侧法可知A质点开始振动时沿y轴负方向运动,故B正确:C.由于质点B距离a波和b波均为0.2m,则经过0.1s质点B开始振动,则t=0.25s时,质点B振动了0.15s33即;7,由于B质点的起振方向向下,则;7时,B质点运动到波峰,即最大位移处,故C错误:D.t=O.125s时,两列波传播的距离均为x=v=2x0.12
8、5m=0.25m,即I=OS时x=0.4m和x=0.9m处质点的振动状态传x=0.65m处的质点,故x=0.65m处的质点的位移为-2Cm,故D错误。故选AB。10. (2024云南大理云南省下关第一中学校联考模拟预测)(多选)如图为一列沿X轴负方向传播的简谐横波在UO时刻的波形图,M、N两点的坐标分别为(-2,0)和(-7,0),已知r=0.5s时,M点第一次出现波A.波源的起振方向沿y轴正方向B.波的传播速度片8msC.从片0时刻起,N点第一次出现波峰的时间4=1.125sD.当N点第一次出现波谷时,M点通过的路程S=O.3m【答案】BD【详解】A.对X=Im处的质点利用“同侧法”得波源的
9、振动方向沿y轴负方向,故A错误;B.由题中图像Y可知,M点与最近波谷的水平距离x=4m,波速v=-=8ms,故B正确;C.N点与最近波峰的水平距离x1=Hm,经过的时间4=L375s,故C错误;D.M、N两点间距离W=5m,波从M点到N点的传V播时间q=-=qS,N点从起振至至IJ达波谷的时恒JG=7XjS=&s,=G+=_7S,S=x4A=O.3m,Vo4oo4I故D正确。故选BDo11. (2024西藏拉萨校联考一模)(多选)一列沿X轴传播的简谐横波在,=0时的波形图如图所示,此时刻后介质中质点P回到平衡位置时间比质点。回到平衡位置早08s,已知,=0时P、。两质点相对平衡位置位移相同,均
10、为5cm,波的振幅为IOCm,下列说法正确的是()A.波的传播方向沿.I轴正方向B.波的传播速度为10msC. f=0时质点?做加速运动D. P、。两质点间的距离始终不变E.质点尸回到平衡位置的最短时间为0.2s【答案】ACE【详解】AC.质点P回到平衡位置时间比质点Q回到平衡位置早08s,说明1=0时质点P向下振动,做加速运动,质点Q向上振动,根据传播方向与振动方向关系可得波沿X轴正方向传播,AC正确;E.设波的T T ST t =Q 2 12 122T周期为T,波源的振动方程y=Asin啖,振幅A=IoCm,则P点位移yP=5cm则%=内所以4=%T,=0.8s,则T=2.4s,P=0.2
11、s,E正确:B.由波动图像可知波长2=12m,波速y=3=5ms,B错误;D.P、Q两质点均做简谐运动,由于两质点的起振动时刻不同,只有当两质点位移相同时相距最近,其他时刻两质点间距离不断变化,D错误。故选ACEo考向二波的图像与振动图像的关联应用12. (2023湖北高考真题)一列简谐横波沿X轴正向传播,波长为IooCm,振幅为8cm。介质中有。和4()两个质点,其平衡位置分别位于X=-TCm和X=I20Cm处。某时刻6质点的位移为y=4cm,且向y轴正方向运动。从该时刻开始计时,。质点的振动图像为()故选Ao404【详解】ab之间的距离为入=+120=/1,此时b点的位移4cm且向y轴正方
12、向运动,令此时b点的相位为巴则有4=8sin解得或。=营(舍去,向下振动)由ab之间的距离关系可知OO则弘=3万,可知a点此时的位移为y=8sing,=4cm,且向下振动,即此时的波形O13. (2023湖南高考真题)如图(a),在均匀介质中有4B、。和。四点,其中A、B、C三点位于同一直线上,AC=8C=4m,OC=3m,OC垂直AB.f=0时,位于A、B、C处的三个完全相同的横波波源同时开始振动,振动图像均如图(b)所示,振动方向与平面ATO垂直,已知波长为4m.下列说法正确的是()A.这三列波的波速均为2msB. =2s时,。处的质点开始振动C. f=4.5s时,。处的质点向y轴负方向运
13、动D. f=6s时,。处的质点与平衡位置的距离是6cm【答案】C【详解】A.由图(b)的振动图像可知,振动的周期为4s,故三列波的波速为y=婴=lms,A错误;B.由图(a)可知,D处距离波源最近的距离为3m,故开始振动后波源C处的横波传播到D处所需的时间为=普=3s,故Z=2s时,D处的质点还未开始振动,B错误:C.由几何关系可知Ao=8D=5m,波源A、B产生的横波传播到D处所需的时间为之=普=5s,故f=4.5s时,仅波源C处的横波住播到D处,此时D处的质点振动时间为。=-i=l5s,由振动图像可知此时D处的质点向y轴负方向运动,C正确;D.f=6s时,波源C处的横波传播到D处后振动时间
14、为G=Tc=3s,由振动图像可知此时D处为波源C处传播横波的波谷;f=6s时,波源A、B处的横波传播到D处后振动时间为J=ETm=E,由振动图像可知此时D处为波源A、B处传播横波的波峰。根据波的叠加原理可知此时D处质点的位移为y=2A-A=2cm,故36s时,D处的质点与平衡位置的距离是2cm。D错误。故选C。14. (2022湖南高考真题)(多选)下端附着重物的粗细均匀木棒,竖直浮在河面,在重力和浮力作用下,沿竖直方向做频率为IHZ的简谐运动:与此同时,木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动,如图(a)所示。以木棒所受浮力尸为纵轴,木棒水平位移X为横轴建立直角坐标系,浮力F随水平位移X的变化如
15、图(b)所示。已知河水密度为夕,木棒横截面积为S,重力加速度大小为g。下列说法正确的是()图(b)图(a)A. X从0.05m到0.15m的过程中,木棒的动能先增大后减小B. X从0.2Im到0.25m的过程中,木棒加速度方向竖直向下,大小逐渐变小C. X=0.35m和X=O.45m时,木棒的速度大小相等,方向相反D.木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为名各E.木棒的运动为向X轴正方向传播的机械横波,波速为0.4Vs【答案】ABD【详解】A.由简谐运动的对称性可知,0.1m、0.3m、0.5m时木棒处于平衡位置;则X从0.05m到0.15m的过程中,木棒从平衡位置下方向上移动,经平衡位置后到达平衡
16、位置上方,速度先增大后减小,所以动能先增大后减小,A正确;B.X从0.2Im到0.25m的过程中,木棒从平衡位置上方靠近最大位移处向下运动(未到平衡位置),加速度竖直向下,大小减小,B正确;C.X=O.35m和X=O.45m时,由图像的对称性知浮力大小相等,说明木棒在同一位置,竖直方向速度大小相等,速度方向相反,而两时刻木棒水平方向速度相同,所以合速度大小相等,方向不是相反,C错误;D.木棒在竖直方向的简谐运动可类比于竖直方向的弹簧振子,设木棒长度为L,回复力系数为k,平衡位置时木棒重心在水面下方x,则有pgs(+xJ=Mg,木棒重心在平衡位置上方最大位移A处时Mg-5=Mg-PgS(+xlA
17、)=乂,木棒重心在平衡位置卜.方最大位移A处时Fi-Mg=pgSfx0+=M,可解得k=pgS,A=gF12)IpSgD正确;E.木棒上各质点相对静止随木棒一起运动,不能看成向X轴正方向传播的机械横波,E错误。故选ABD。15. (2021山东高考真题)(多选)一列简谐横波沿X轴传播,如图所示,实线为L=2s时的波形图,虚线为,2=5s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()【详解】机械波的传播方向不确定,所以需要考虑机械波传播方向的不确定性。AB.若机械波沿X轴正方向传播,在G=2s时。点振动方向竖直向上,则传播时间N=Gf=3s满足4=7+仃(n=0,1,2,3)
18、,412解得7=:TJS(n=0,1,2,3),当=0时,解得周期7=4s,A正确,B错误;CD.若机械波沿X轴4+31I?负方向传播,在/,=5s时。点处于波谷,则加=一7+7(n=0,1,2,3),解得T=S(n=0,1,2,44/7+13),当=0时,解得周期T=I2s,C正确,D错误。故选ACo16. (2021湖南高考真题X多选)均匀介质中,波源位于。点的简谐横波在Xoy水平面内传播,波面为圆。7=O时刻,波面分布如图(。)所示,其中实线表示波峰,虚线表示相邻的波谷。A处质点的振动图像如图(b)所示,Z轴正方向竖直向上。下列说法正确的是()A.该波从A点传播到8点,所需时间为4sB.
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