2020～2021學(xué)年高二物理下學(xué)期暑假訓(xùn)練5機(jī)械振動機(jī)械波【含答案】

機(jī)械振動機(jī)械波1．如圖，輕彈簧上端固定，下端連接一小物塊，物塊沿豎直方向做簡諧運(yùn)動．以豎直向上為正方向，物塊簡諧運(yùn)動的表達(dá)式為y＝0.1sin(2.5πt)m。t＝0時(shí)刻，一小球從距物塊h高處自由落下；t＝0.6s時(shí)，小球恰好與物塊處于同一高度．取重力加速度的大小g＝10m/s2。以下判斷正確的是()A．h＝1.7mB．簡諧運(yùn)動的周期是0.8sC．0.6s內(nèi)物塊運(yùn)動的路程為0.2mD．t＝0.4s時(shí)，物塊與小球運(yùn)動方向相反2．一列簡諧橫波在t＝eq\f(1,3)s時(shí)的波形圖如圖(a)所示，P、Q是介質(zhì)中的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)；圖(b)是質(zhì)點(diǎn)Q的振動圖象。求：(1)波速及波的傳播方向；(2)質(zhì)點(diǎn)Q的平衡位置的x坐標(biāo)。1．(多選)關(guān)于簡諧運(yùn)動的周期，以下說法正確的是()A．間隔一個(gè)周期的整數(shù)倍的兩個(gè)時(shí)刻，物體的振動情況相同B．間隔半個(gè)周期的奇數(shù)倍的兩個(gè)時(shí)刻，物體的速度和加速度可能同時(shí)相同C．半個(gè)周期內(nèi)物體的動能變化一定為零D．一個(gè)周期內(nèi)物體的勢能變化一定為零E．經(jīng)過一個(gè)周期質(zhì)點(diǎn)通過的路程為零2．(多選)關(guān)于受迫振動和共振，下列說法正確的是()A．火車過橋時(shí)限制速度是為了防止火車發(fā)生共振B．若驅(qū)動力的頻率為5Hz，則受迫振動穩(wěn)定后的振動頻率一定為5HzC．當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，受迫振動的振幅最大D．一個(gè)受迫振動系統(tǒng)在非共振狀態(tài)時(shí)，同一振幅對應(yīng)的驅(qū)動力頻率一定有兩個(gè)E．受迫振動系統(tǒng)的機(jī)械能守恒3．(多選)如圖所示，當(dāng)波源和障礙物都靜止不動時(shí)，波源發(fā)出的波在障礙物處不能發(fā)生明顯衍射．下列措施可能使波發(fā)生較為明顯衍射的是()A．增大波源的振動頻率 B．減小波源的振動頻率C．增大障礙物的長度 D．減小障礙物的長度E．波源遠(yuǎn)離障礙物運(yùn)動4．如圖所示，在兩根等長的曲線下懸掛一個(gè)小球(可視為質(zhì)點(diǎn))組成了所謂的雙線擺，若擺長為l，兩線與天花板的左、右兩側(cè)夾角均為α，當(dāng)小球垂直紙面做簡諧運(yùn)動時(shí)，其周期為()A．2πeq\r(\f(l,g） B．2πeq\r(\f(2l,g）C．2πeq\r(\f(2lcosα,g） D．2πeq\r(\f(lsinα,g）5．(多選)如圖甲所示為一彈簧振子自由振動(即做簡諧運(yùn)動)時(shí)的位移隨時(shí)間變化的圖象，圖乙為該彈簧振子在某外力的作用下做受迫振動時(shí)的位移隨時(shí)間變化的圖象，則下列說法中正確的是()A．由圖甲可知該彈簧振子的固有周期為4sB．由圖乙可知彈簧振子的固有周期為8sC．由圖乙可知外力的周期為8sD．如果改變外力的周期，在接近4s的附近該彈簧振子的振幅較大E．如果改變外力的周期，在接近8s的附近該彈簧振子的振幅較大6．(多選)在xOy平面內(nèi)有一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波速為2m/s，振幅為A.M、N是平衡位置相距2m的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，如圖所示．在t＝0時(shí)，M通過其平衡位置沿y軸正方向運(yùn)動，N位于其平衡位置上方最大位移處．已知該波的周期大于1s．則下列說法錯(cuò)誤的是()A．該波的周期為eq\f(5,3)sB．該波的周期為eq\f(4,3)sC．在t＝eq\f(1,3)s時(shí)，N的速度一定為2m/sD．從t＝0到t＝1s，M向右移動了2mE．從t＝eq\f(1,3)s到t＝eq\f(2,3)s，M的動能逐漸增大7．周期為2.0s的簡諧橫波沿x軸傳播，該波在某時(shí)刻的圖象如圖所示，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動，則該波()A．沿x軸正方向傳播，波速v＝20m/sB．沿x軸正方向傳播，波速v＝10m/sC．沿x軸負(fù)方向傳播，波速v＝20m/sD．沿x軸負(fù)方向傳播，波速v＝10m/s8．(多選)一列簡諧橫波，某時(shí)刻的波形圖如圖甲所示，從該時(shí)刻計(jì)時(shí)，波上質(zhì)點(diǎn)A的振動圖象如圖乙所示，則()B．若此波傳播過程中遇到波長為20m的同類波，一定會發(fā)生干涉，產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣C．若此波傳播過程中遇到的障礙物的尺寸為2000m，可能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象D．該波的傳播速度為2.5m/sE．該波的傳播速度為25m/s9．(1)如圖(a)，在xy平面內(nèi)有兩個(gè)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)和圖(c)所示．兩列波的波速均為1.00m/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”)．(2)聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，在鋼鐵中的傳播速度為4900m/s，一平直橋由鋼鐵制成，某同學(xué)用錘子敲擊一下橋的一端發(fā)出聲音，分別經(jīng)空氣和橋傳到另一端的時(shí)間之差為1.00s，橋的長度為________m．若該聲波在空氣中的波長為λ，則它在鋼鐵中的波長為λ的________倍．10．用單擺測定重力加速度的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。(1)組裝單擺時(shí)，應(yīng)在下列器材中選用________(選填選項(xiàng)前的字母)．A．長度為1m左右的細(xì)線B．長度為30cm左右的細(xì)線C．直徑為1.8cm的塑料球D．直徑為1.8cm的鐵球(2)測出懸點(diǎn)O到小球球心的距離(擺長)L及單擺完成n次全振動所用的時(shí)間t，則重力加速度g＝________(用L、n、t表示)．(3)表是某同學(xué)記錄的3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并做了部分計(jì)算處理．組次123擺長L/cm80.0090.00100.0050次全振動時(shí)間t/s90.095.5100.5振動周期T/s1.801.91重力加速度g/(m·s－2)9.749.73請計(jì)算出第3組實(shí)驗(yàn)中的T＝________s，g＝________m/s2.(4)用多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出T2－L圖象，也可以求出重力加速度g.已知三位同學(xué)作出的T2－L圖線的示意圖如圖2中的a、b、c所示，其中a和b平行，b和c都過原點(diǎn)，圖線b對應(yīng)的g值最接近當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹担畡t相對于圖線b，下列分析正確的是________(選填選項(xiàng)前的字母)．A．出現(xiàn)圖線a的原因可能是誤將懸點(diǎn)到小球下端的距離記為擺長LB．出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將49次全振動記為50次C．圖線c對應(yīng)的g值小于圖線b對應(yīng)的g值(5)某同學(xué)在家里測重力加速度．他找到細(xì)線和鐵鎖，制成一個(gè)單擺，如圖3所示．由于家里只有一根量程為30cm的刻度尺，于是他在細(xì)線上的A點(diǎn)作了一個(gè)標(biāo)記，使得懸點(diǎn)O到A點(diǎn)間的細(xì)線長度小于刻度尺量程．保持該標(biāo)記以下的細(xì)線長度不變，通過改變O、A間細(xì)線長度以改變擺長．實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)O、A間細(xì)線的長度分別為l1、l2時(shí)，測得相應(yīng)單擺的周期為T1、T2.由此可得重力加速度g＝____________(用l1、l2、T1、T2表示)．11．實(shí)線和虛線分別是沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t1＝0和t2＝0.06s時(shí)刻的波形圖．已知在t＝0時(shí)刻，x＝1.5m處的質(zhì)點(diǎn)向y軸正方向運(yùn)動．(1)判斷該波的傳播方向；(2)求該波的最小頻率；(3)若3T<0.06s<4T，求該波的波速大小．1．AB由物塊簡諧運(yùn)動的表達(dá)式y(tǒng)＝0.1sin(2.5πt)m知，ω＝2.5πrad/s，T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(2π,2.5π)s＝0.8s，B正確；t＝0.6s時(shí)，y＝－0.1m，對小球：h＋|y|＝eq\f(1,2)gt2，解得h＝1.7m，A正確；物塊0.6s內(nèi)路程為0.3m，t＝0.4s時(shí)，物塊經(jīng)過平衡位置向下運(yùn)動，與小球運(yùn)動方向相同，故C、D錯(cuò)誤。2．(1)由圖(a)可以看出，該波的波長為λ＝36cm ①由圖(b)可以看出，周期為T＝2s ②波速為v＝eq\f(λ,T)＝18cm/s ③由圖(b)知，當(dāng)t＝eq\f(1,3)s時(shí)，Q點(diǎn)向上運(yùn)動，結(jié)合圖(a)可得，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xP、xQ，由圖(a)知，x＝0處y＝－eq\f(A,2)＝Asin(－30°)，因此xP＝eq\f(30°,360°)λ＝3cm ④由圖(b)知，在t＝0時(shí)Q點(diǎn)處于平衡位置，經(jīng)Δt＝eq\f(1,3)s，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xQ－xP＝vΔt＝6cm ⑤由④⑤式得，質(zhì)點(diǎn)Q的平衡位置的x坐標(biāo)為xQ＝9cm。1．ACD根據(jù)周期的定義可知，物體完成一次全振動，所有的物理量都恢復(fù)到初始狀態(tài)，故A、D正確．當(dāng)間隔半周期的奇數(shù)倍時(shí)，所有的矢量都變得大小相等，方向相反，且物體的速度和加速度不同時(shí)為零，故B錯(cuò)誤，C正確．經(jīng)過一個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)通過的路程為4A，E錯(cuò)誤．2．BCD火車過橋時(shí)限制速度是為了防止橋發(fā)生共振，A錯(cuò)誤；對于一個(gè)受迫振動系統(tǒng)，若驅(qū)動力的頻率為5Hz，則振動系統(tǒng)穩(wěn)定后的振動頻率也一定為5Hz，B正確；由共振的定義可知，C正確；根據(jù)共振現(xiàn)象可知，D正確；受迫振動系統(tǒng)驅(qū)動力做功，系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒，E錯(cuò)誤．3．BDE不能發(fā)生明顯衍射的原因是障礙物的長度遠(yuǎn)大于波長，只要增大波長可滿足題目要求．由λ＝eq\f(v,f)知，v不變，減小f，λ增大，故A、C錯(cuò)，B、D對；波源遠(yuǎn)離障礙物將產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，等效于增大波長，故E對．4．D根據(jù)公式T＝2πeq\r(\f(l′,g），本題中l(wèi)′＝lsinα，故T＝2πeq\r(\f(lsinα,g），D正確．5．ACD圖甲是彈簧振子自由振動時(shí)的圖象，由圖甲可知，其振動的固有周期為4s，A正確，B錯(cuò)誤；圖乙是彈簧振子在驅(qū)動力作用下的振動圖象，彈簧振子的振動周期等于驅(qū)動力的周期，即8s，C正確；當(dāng)固有周期與驅(qū)動力的周期相等時(shí)，其振幅最大，驅(qū)動力的周期越接近固有周期，彈簧振子的振幅越大，D正確，E錯(cuò)誤．6．ACD此題宜先畫出一個(gè)正弦波形圖，再根據(jù)題意，結(jié)合周期性標(biāo)明合適的M、N點(diǎn)，如圖所示．由上圖可知M、N兩點(diǎn)平衡位置相距d＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n＋\f(3,4）)λ(n＝0，1，2，3，…)，又因?yàn)門＝eq\f(λ,v)，聯(lián)立解得T＝eq\f(4,4n＋3)s．由于周期大于1s，即eq\f(4,4n＋3)s＞1s，所以n＝0，解得T＝eq\f(4,3)s，A錯(cuò)誤，B正確；t＝eq\f(1,3)s，即t＝eq\f(T,4)，波形應(yīng)該右移eq\f(λ,4)，N將處于平衡位置，其振動速度達(dá)到最大，但大小未知，質(zhì)點(diǎn)振動速度與波速不是同一個(gè)概念，此振動速度與傳播速度2m/s無關(guān)，C錯(cuò)誤；機(jī)械波傳播的是振動的形式和能量，質(zhì)點(diǎn)本身并不會隨波遷移，D錯(cuò)誤；t＝eq\f(1,3)s和t＝eq\f(2,3)s分別對應(yīng)eq\f(T,4)和eq\f(T,2)，即波形分別右移eq\f(λ,4)和eq\f(λ,2)，則M從正向最大位移處向平衡位置運(yùn)動，其速度從零逐漸增至最大，動能也是如此，E正確．7．B質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動，根據(jù)振動方向與波的傳播方向的關(guān)系，可判定該波沿x軸正方向傳播．由波的圖象可知λ＝20m，根據(jù)v＝eq\f(λ,T)得波速vm/s.Bm/s.B正確．8．ABE由題圖甲可知，該波的波長為λ＝20m，由題圖乙可知，周期為T＝0.8s，頻率為f＝eq\f(1,T)＝1.25Hz.該波的傳播速度為v＝eq\f(λ,T)＝25m/s，D錯(cuò)誤，E正確；根據(jù)干涉的產(chǎn)生條件可知，若此波傳播過程中遇到頻率為1.25Hz的同類波，一定會發(fā)生干涉，產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，而遇到波長為20m的同類波，也一定會發(fā)生干涉，產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，A、B正確；根據(jù)產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，若此波傳播過程中遇到的障礙物的尺寸為2000m，不可能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，C錯(cuò)誤．9．(1)2減弱加強(qiáng)(2)365eq\f(245,17)(2)設(shè)聲波在鋼鐵中的傳播時(shí)間為t1、傳播速度為v1，在空氣中的傳播時(shí)間為t2、傳播速度為v2，橋長為l，則l＝v1t1＝v2t2，而t2－t1＝1.00s，代入數(shù)據(jù)解得l≈365m．又λ＝eq\f(v,f)，聲波頻率不變，所以eq\f(λ鋼,λ空)＝eq\f(v1,v2)，得λ鋼＝eq\f(v1,v2)λ空＝eq\f(245,17)λ.10．(1)AD(2)eq\f(4π2n2L,t2)(3)2.019.76(4)B(1)用單擺測定重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，要求小球可看成質(zhì)點(diǎn)，因此擺線長度要遠(yuǎn)大于球的直徑，故選用長度為1m左右的細(xì)線；為減小空氣阻力的影響，擺球應(yīng)選用質(zhì)量大體積小的，故選用鐵球．A、D正確．(2)由單擺周期公式T＝2πeq\r(\f(L,g）及T＝eq\f(t,n)可知g＝eq\f(4π2L,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(t,n）)\s\up12(2）＝eq\f(4π2n2L,t2).(3)由T＝eq\f(t,n)可知T3＝eq\f(100.5,50)s＝2.01sg＝eq\f(4π2n2L,t2)＝eq\f(4×3.142×502×100.00×10－2,（100.5）2)m/s2≈9.76m/s2.(4)由T＝2πeq\r(\f(L,g）可得T2＝eq\f(4π2,g)L，T2－L圖線應(yīng)為過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，圖線a和圖線b平行，且在T2一定時(shí)，圖線a對應(yīng)的L小于圖線b對應(yīng)的L，因此出