2021年高考物理真題和模擬題分類匯編專題16機(jī)械振動和機(jī)械波含解析

專題16機(jī)械振動和機(jī)械波選擇題1.(2021·浙江卷)將一端固定在墻上的輕質(zhì)繩在中點(diǎn)位置分叉成相同的兩股細(xì)繩，它們處于同一水平面上。在離分叉點(diǎn)相同長度處用左、右手在身體兩側(cè)分別握住直細(xì)繩的一端，同時(shí)用相同頻率和振幅上下持續(xù)振動，產(chǎn)生的橫波以相同的速率沿細(xì)繩傳播。因開始振動時(shí)的情況不同，分別得到了如圖甲和乙所示的波形。以下說法正確的選項(xiàng)是()A.甲圖中兩手開始振動時(shí)的方向并不相同B.甲圖中繩子的分叉點(diǎn)是振動減弱的位置C.乙圖中繩子分叉點(diǎn)右側(cè)始終見不到明顯的波形D.乙圖只表示細(xì)繩上兩列波剛傳到分叉點(diǎn)時(shí)的波形答案C解析：乙圖中兩手開始振動時(shí)的方向恰好相反，那么乙圖中分叉點(diǎn)是振動減弱的位置，那么在分叉點(diǎn)的右側(cè)終見不到明顯的波形，所以C正確；應(yīng)選C。2.(2021·湖南卷)均勻介質(zhì)中，波源位于O點(diǎn)的簡諧橫波在xOy水平面內(nèi)傳播，波面為圓。t=0時(shí)刻，波面分布如圖(a)所示，其中實(shí)線表示波峰，虛線表示相鄰的波谷。A處質(zhì)點(diǎn)的振動圖像如圖(b)所示，z軸正方向豎直向上。以下說法正確的選項(xiàng)是()

A.該波從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)，所需時(shí)間為B.時(shí)，處質(zhì)點(diǎn)位于波峰C.時(shí)，處質(zhì)點(diǎn)振動速度方向豎直向上D.時(shí)，處質(zhì)點(diǎn)所受回復(fù)力方向豎直向上E.處質(zhì)點(diǎn)起振后，內(nèi)經(jīng)過的路程為答案ACE解析：由圖a、b可看出，該波的波長、周期分別為λ=10m，T=4s那么根據(jù)波速公式v==2.5m/s那么該波從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)，所需時(shí)間為t=m/s=4m/sA正確；波從AE波面?zhèn)鞑サ紺的距離為x=(10-10)m那么波從AE波面?zhèn)鞑サ紺的時(shí)間為t=那么t=8s時(shí)，C處質(zhì)點(diǎn)動了3.1s，那么此時(shí)質(zhì)點(diǎn)速度方向向上，C正確；由選項(xiàng)A知T=4s，12s=3T一個(gè)周期質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的路程為4cm，那么3T質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的路程為12cm，E正確。應(yīng)選ACE。3.(2021春·浙江卷)兩列頻率、振幅均相同的簡諧波Ⅰ和Ⅱ分別從繩子的兩端持續(xù)相向傳播，在相遇區(qū)域發(fā)生了干預(yù)，在相距0.48m的A、B間用頻閃相機(jī)連續(xù)拍攝，依次獲得1、2、3、4、5五個(gè)波形，如下圖，且1和5是同一振動周期內(nèi)繩上各點(diǎn)位移都到達(dá)最大值時(shí)拍攝的波形。頻閃時(shí)間間隔為0.12s，以下說法正確的選項(xiàng)是()A.簡諧波Ⅰ和Ⅱ的波長均為0.24mB.簡諧波Ⅰ和Ⅱ的周期均為0.48sC.繩上各點(diǎn)均做振幅相同的簡諧運(yùn)動D.兩波源到A點(diǎn)和C點(diǎn)的路程差之差的絕對值是0.48m【答案】D【解析】A.簡諧波Ⅰ和Ⅱ的波長均為0.48m，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B.從波形1到波形5經(jīng)歷的時(shí)間為，那么可得簡諧波Ⅰ和Ⅱ的周期均為T=0.96s選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C.繩上各點(diǎn)中加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)振幅不相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D.AC兩點(diǎn)均為振動減弱點(diǎn)，那么兩波源到兩點(diǎn)的距離只差分別為和，那么兩波源到A點(diǎn)和C點(diǎn)的路程差之差的絕對值是選項(xiàng)D正確。應(yīng)選D。4.(2021春·浙江卷)為了提高松樹上松果的采摘率和工作效率，工程技術(shù)人員利用松果的慣性創(chuàng)造了用打擊桿、振動器使松果落下的兩種裝置，如圖甲、乙所示。那么()A.針對不同樹木，落果效果最好的振動頻率可能不同B.隨著振動器頻率的增加，樹干振動的幅度一定增大C.打擊桿對不同粗細(xì)樹干打擊結(jié)束后，樹干的振動頻率相同D.穩(wěn)定后，不同粗細(xì)樹干的振動頻率始終與振動器的振動頻率相同【答案】AD【解析】A.根據(jù)共振的條件，當(dāng)振動器的頻率等于樹木的固有頻率時(shí)產(chǎn)生共振，此時(shí)落果效果最好，而不同的樹木的固有頻率不同，針對不同樹木，落果效果最好的振動頻率可能不同，選項(xiàng)A正確；B.當(dāng)振動器的振動頻率等于樹木的固有頻率時(shí)產(chǎn)生共振，此時(shí)樹干的振幅最大，那么隨著振動器頻率的增加，樹干振動的幅度不一定增大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C.打擊桿對不同粗細(xì)樹干打擊的振動頻率不同，那么打擊結(jié)束后，樹干的振動頻率不都是相同的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D.樹干在振動器的振動下做受迫振動，那么穩(wěn)定后，不同粗細(xì)樹干的振動頻率始終與振動器的振動頻率相同，選項(xiàng)D正確。應(yīng)選AD。5.(2021·四川瀘州三模)一列簡諧橫波在t=0時(shí)刻的波形如圖中實(shí)線所示，從此刻起，經(jīng)過?t=0.2s波形圖如圖中虛線所示，假設(shè)△t<T(T為波的周期)，那么以下說法正確的選項(xiàng)是()A.這列波沿著x軸正方向傳播B.這列波的傳播速度是15m/sC.假設(shè)p點(diǎn)的縱坐標(biāo)是2cm，那么它對應(yīng)的的橫坐標(biāo)是1.5mD.p質(zhì)點(diǎn)在0到0.30s內(nèi)通過的路程為8cmE.假設(shè)此波遇到另一列頻率為1.25Hz的簡諧橫波，能發(fā)生穩(wěn)定的干預(yù)現(xiàn)象【答案】ACD【解析】A.因?yàn)?t<T，可知這列波沿著x軸正方向傳播，選項(xiàng)A正確；B.波在0.2s內(nèi)傳播的距離為4m，可知波速選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C.該波的波長為12m，假設(shè)p點(diǎn)的縱坐標(biāo)是2cm，那么根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知，它對應(yīng)的的橫坐標(biāo)是1.5m，選項(xiàng)C正確；D.0.30s內(nèi)波向右傳播的距離為6m，即傳播半個(gè)波長，那么質(zhì)點(diǎn)振動半個(gè)周期，那么p質(zhì)點(diǎn)在0到0.30s內(nèi)通過的路程為2A=8cm，選項(xiàng)D正確；E.該波的頻率為假設(shè)此波遇到另一列頻率為1.25Hz的簡諧橫波，不能發(fā)生穩(wěn)定的干預(yù)現(xiàn)象，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。應(yīng)選ACD。6.(2021·北京海淀一模)一列沿x軸傳播的簡諧橫波，在t=0時(shí)的波形如圖2甲所示，P、Q是波上的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動。圖2乙是波上某一質(zhì)點(diǎn)的振動圖像。以下說法中正確的選項(xiàng)是A.該波沿x軸負(fù)方向傳播B.圖2乙可能為Q點(diǎn)的振動圖像C.t=0.10s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P沿y軸正方向運(yùn)動D.該波的波速為80m/s【答案】C【解析】由于甲是波形圖，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P在向y軸負(fù)方向運(yùn)動，根據(jù)“同側(cè)法〞可知，波沿x軸正方向傳播，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；圖2中的質(zhì)點(diǎn)振動圖像在t=0時(shí)刻向y軸負(fù)方向運(yùn)動，而Q點(diǎn)的運(yùn)動方向是沿y軸正方向的，故它不是A點(diǎn)的振動圖像，而是原點(diǎn)或x=8m處的質(zhì)點(diǎn)的振動圖像，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由乙圖可知，質(zhì)點(diǎn)的周期是0.2s，所以在t=0.1s時(shí)，是1/2周期的時(shí)候，質(zhì)點(diǎn)P應(yīng)該運(yùn)動過最下端，且在向上運(yùn)動，即沿y軸正方向運(yùn)動，選項(xiàng)C正確；由甲可知，波長為λ=8m，那么波速v==40m/s，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7.(2021·云南曲靖一模)如下圖，兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負(fù)方向傳播，兩波源分別位于和處，兩列波的速度大小均為，兩列波的振幅均為。圖示為時(shí)刻兩列波的圖像(傳播方向如下圖)，該時(shí)刻平衡位置位于和的P、Q兩質(zhì)點(diǎn)剛開始振動，另有一質(zhì)點(diǎn)M，平衡位置處于處。關(guān)于各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動情況的判斷正確的選項(xiàng)是()A.兩波源的起振方向均為y軸負(fù)方向B.t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P、Q均沿y軸負(fù)方向運(yùn)動Ct=0.75s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)P、Q都運(yùn)動到x=0.5m處D.t=1s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)M的位移為-4cmE.t=ls時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)M的位移為4cm【答案】ABD【解析】AB.根據(jù)波形平移法可知：時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P、Q均沿y軸的負(fù)方向運(yùn)動，那么質(zhì)點(diǎn)P、Q的起振方向均沿y軸的負(fù)方向運(yùn)動，兩波源的起振方向均為y軸負(fù)方向，故AB正確；C.質(zhì)點(diǎn)P、Q在平衡位置附近振動，不會沿波的傳播方向運(yùn)動，故C錯(cuò)誤；DE.由圖知波長，由得，該波的周期為那么時(shí)刻，兩列波谷都傳播到點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)的位移為故D正確，E錯(cuò)誤。應(yīng)選ABD。8.(2021·江蘇常州一模)如圖甲所示，在一條張緊的繩子上掛幾個(gè)擺。當(dāng)a擺振動的時(shí)候，其余各擺在a擺的驅(qū)動下也逐步振動起來，不計(jì)空氣阻力，到達(dá)穩(wěn)定時(shí)，b擺的振動圖像如圖乙。以下說法正確的選項(xiàng)是()A.穩(wěn)定時(shí)b擺的振幅最大B.穩(wěn)定時(shí)b擺的周期最大C.由圖乙可以估算出b擺的擺長D.由圖乙可以估算出c擺的擺長【分析】受迫振動的頻率等于驅(qū)動率的頻率，當(dāng)驅(qū)動力的頻率接近物體的固有頻率時(shí)，振幅最大，即共振；再利用單擺的周期公式求擺長?！窘獯稹拷猓篈、a擺擺動起來后，通過水平繩子對b、c兩個(gè)擺施加周期性的驅(qū)動力，使b、c兩個(gè)擺做受迫振動，由于a擺提供的驅(qū)動力的周期和c擺的固有周期相同，所以c擺發(fā)生了共振，c擺的振幅是最大的，故A錯(cuò)誤；B、b、c兩擺做受迫振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，都等于a擺的頻率，那么兩擺的周期相同，都等于a擺的周期，因?yàn)門b＝t0，所以c擺和a擺的周期也都為t0，故B錯(cuò)誤；C、由于b擺做受迫振動，所以其固有頻率未知，即固有周期未知，所以無法求得b擺的擺長，故C錯(cuò)誤；D、根據(jù)單擺的周期公式T＝2π，由于a擺提供的驅(qū)動力的周期和c擺的固有周期相同，結(jié)合圖乙所可以估算出c擺的擺長，故D正確。應(yīng)選：D?！军c(diǎn)評】解決該題需要掌握故有周期的求解公式，知道a擺是作為驅(qū)動力，而b和c擺做的是受迫振動，其頻率和周期與a擺的頻率、周期相同。9.(2021·廣西柳州一模)t=0時(shí)刻一列簡諧橫波在某彈性介質(zhì)中波形圖如下圖，介質(zhì)中的三個(gè)質(zhì)點(diǎn)a、b、c此時(shí)刻對應(yīng)的位置如圖，質(zhì)點(diǎn)b在介質(zhì)中振動的頻率為5Hz，質(zhì)點(diǎn)c的動能正在逐漸增大，且此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)c對應(yīng)的y軸坐標(biāo)為-2.5cm，那么以下說法正確的選項(xiàng)是()A.t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a的加速度最大B.該波沿x軸正方向傳播C.質(zhì)點(diǎn)a、b做受迫振動，而且振動頻率與質(zhì)點(diǎn)c相同D.從t=0時(shí)刻開始經(jīng)過0.05s，質(zhì)點(diǎn)c運(yùn)動的路程為5cmE.質(zhì)點(diǎn)c的初相位為【答案】ACE【解析】A.t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a在波峰，位移最大，加速度最大，A正確；B.質(zhì)點(diǎn)c的動能正在逐漸增大，一定向平衡位置運(yùn)動，正在向上運(yùn)動，波沿x軸負(fù)方向傳播，B錯(cuò)誤；C.除振源外的所有質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動，振動頻率都等于振源的振動頻率，C正確；D.質(zhì)點(diǎn)b在介質(zhì)中振動的頻率為5Hz，那么波的周期是0.2s，質(zhì)點(diǎn)c從波谷運(yùn)動到波峰的時(shí)間為0.1s，路程為10cm，平均速度設(shè)為v，那么從t=0時(shí)刻開始經(jīng)過0.05s，質(zhì)點(diǎn)c運(yùn)動的路程一定大于5cm，因?yàn)檫@段時(shí)間內(nèi)的平均速度大于v，D錯(cuò)誤；E.由解得，E正確。應(yīng)選ACE。10.(2021·北京東城一模)一列簡諧橫波某時(shí)刻波形如下圖，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P的速度方向沿y軸正方向，那么A.這列波沿x軸負(fù)方向傳播B.質(zhì)點(diǎn)a此時(shí)動能最大，加速度最小C.再經(jīng)過一個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動到x=6m處D.當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動到最低點(diǎn)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)b恰好運(yùn)動到平衡位置【答案】B【解析】因?yàn)榇藭r(shí)質(zhì)點(diǎn)P的速度方向沿y軸正方向，那么根據(jù)同側(cè)法可知，這列波沿x軸正方向傳播，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)a此時(shí)處于平衡位置，故它的動能最大，加速度最小，選項(xiàng)B正確；再經(jīng)過一個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)P不會運(yùn)動到x=6m處，因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)P只會在平衡位置附近做上下振動，不會隨波遷移，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由圖可知，質(zhì)點(diǎn)P與質(zhì)點(diǎn)b的位置相差一個(gè)波長，故當(dāng)P運(yùn)動到最低點(diǎn)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)b也運(yùn)動到最低點(diǎn)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。填空題11.(2021·全國乙卷)圖中實(shí)線為一列簡諧橫波在某一時(shí)刻的波形曲線，經(jīng)過后，其波形曲線如圖中虛線所示。該波的周期T大于，假設(shè)波是沿x軸正方向傳播的，那么該波的速度大小為___________，周期為___________s，假設(shè)波是沿x軸負(fù)方向傳播的，該波的周期為___________s。解析：(1)假設(shè)波是沿x軸正方向傳播的，波形移動了15cm，由此可求出波速和周期：

(2)假設(shè)波是沿x軸負(fù)方向傳播的，波形移動了5cm，由此可求出波速和周期：12.(2021·廣東卷)如下圖，一個(gè)輕質(zhì)彈簧下端掛一小球，小球靜止?，F(xiàn)將小球向下拉動距離A后由靜止釋放，并開始計(jì)時(shí)，小球在豎直方向做簡諧運(yùn)動，周期為T。經(jīng)時(shí)間，小球從最低點(diǎn)向上運(yùn)動的距離_____(選填“大于〞、“小于〞或“等于〞)；在時(shí)刻，小球的動能______(選填“最大〞或“最小〞)。

答案：(1)小于(2)最大解析：[1]根據(jù)簡諧振動的位移公式那么時(shí)有所以小球從最低點(diǎn)向上運(yùn)動的距離為那么小球從最低點(diǎn)向上運(yùn)動的距離小于。[2]在時(shí)，小球回到平衡位置，具有最大的振動速度，所以小球的動能最大。13.(2021·河北卷)如圖，一彈簧振子沿x軸做簡諧運(yùn)動，振子零時(shí)刻向右經(jīng)過A點(diǎn)，后第一次到達(dá)B點(diǎn)，振子經(jīng)過A、B兩點(diǎn)時(shí)的速度大小相等，內(nèi)經(jīng)過的路程為0.4m。該彈簧振子的周期為________s，振幅為______m。解析：[1]根據(jù)簡諧運(yùn)動對稱性可知，振子零時(shí)刻向右經(jīng)過A點(diǎn)，后第一次到達(dá)B點(diǎn)，振子經(jīng)過A、B兩點(diǎn)時(shí)的速度大小相等，那么A、B兩點(diǎn)關(guān)于平衡位置對稱，而振動經(jīng)過了半個(gè)周期的運(yùn)動，那么周期為[2]從A到B經(jīng)過了半個(gè)周期的振動，路程為，而一個(gè)完整的周期路程為0.8m，為4個(gè)振幅的路程，有解得振幅為計(jì)算題14.(2021·全國甲卷)均勻介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)A、B的平衡位置位于x軸上，坐標(biāo)分別為0和xB=16cm。某簡諧橫波沿x軸正方向傳播，波速為v=20cm/s，波長大于20cm，振幅為y=1cm，且傳播時(shí)無衰減。t=0時(shí)刻A、B偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同，運(yùn)動方向相反，此后每隔△t=