2021新高考物理二輪總復習專題分層突破練5振動與波

專題分層突破練5振動與波A組1.(2020北京東城區(qū)高三下學期模擬)機械波和電磁波都能產生多普勒效應。下列現(xiàn)象中不屬于利用多普勒效應的是()A.交通警察利用測速儀向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波,根據(jù)反射波的頻率變化判斷車速B.醫(yī)生向人體內發(fā)射頻率已知的超聲波,根據(jù)接收到的被血管中的血流反射后的超聲波的頻率變化,判斷血流的速度是否正常C.發(fā)生雷電時,人們利用看見閃電與聽見雷聲的時間間隔來估算自己與雷電發(fā)生處之間的距離D.天文學上通過對比某些元素在遙遠天體上的發(fā)光頻率與其靜止在地球上的發(fā)光頻率,判斷天體相對于地球的運動速度2.(2020上海長寧區(qū)高三下學期5月二模)如圖為一列機械波t時刻的波形圖,已知該波的周期為T,波長為L,a、b、c、d為四個質量相等的振動質點,則()A.在t時刻,質點b的速度大于c的速度B.在t+T4時刻,質點dC.從t時刻起,質點c比質點b先回到平衡位置D.從t時刻起,到t+T時刻止,四個質點所通過的路程均為L3.(2020山東濰坊高三期末)一列簡諧橫波某時刻的波形如圖所示,該時刻a、b兩質點均到達波峰位置,c質點加速度正在增大。下列判斷正確的是()A.a、b兩質點之間的距離為半個波長B.a、b兩質點振動開始時刻相差半個周期C.a質點完成全振動的次數(shù)比b多一次D.a質點完成全振動的次數(shù)比b少一次4.(多選)(2020廣東佛山高三模擬)平靜的水池表面有兩個振源A、B,固有振動周期均為T。某時刻A開始向下振動,相隔半個周期B開始向下振動,二者振動的振幅相同,某時刻在水面上形成如圖所示的水波圖。其中O是振源連線的中點,OH為中垂線,交叉點G、H的中點為D,C點位于波峰和波谷的正中間,實線代表波峰,虛線代表波谷。下列說法中正確的是()A.如果在E點有一個小的漂浮物,經半個周期將向左漂到F點B.兩列波疊加后,O點的振動始終減弱C.圖中G、H兩點振幅為零,D點的振幅也為零D.C點此時振動的速度為零5.(2020東北三省四市高三模擬)如圖甲所示在一條張緊的繩子上掛幾個擺,a、c擺的擺長相同且小于b擺的擺長。當a擺振動的時候,通過張緊的繩子給其他各擺施加驅動力,使其余各擺也振動起來。圖乙是c擺穩(wěn)定以后的振動圖像,重力加速度為g,不計空氣阻力,則下列說法錯誤的是()A.a、b、c單擺的固有周期關系為Ta=Tc<TbB.b、c擺振動達到穩(wěn)定時,c擺振幅較大C.由圖乙可知,此時b擺的周期Tb小于t0D.a擺的擺長為g6.(多選)如圖所示,實線是沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t=0時刻的波形圖,虛線是這列波在t=0.2s時刻的波形圖,已知該波的波速大小是0.8m/s,則下列說法中正確的是()A.這列波的波長是14cmB.這列波的周期是0.15sC.這列波一定沿x軸負方向傳播D.從t=0時刻開始,x=5cm處的質點經0.1s振動到波峰7.(2020山東濰坊高三下學期4月模擬)甲、乙兩列簡諧橫波沿同一直線傳播,t=0時刻兩波疊加區(qū)域各自的波形如圖所示,已知甲沿x軸正方向傳播,乙沿x軸負方向傳播,兩列波的傳播速度相同,甲的周期為0.4s,則()A.兩列波在相遇區(qū)域會發(fā)生干涉現(xiàn)象B.t=0s時,x=4m處質點速度沿y軸正方向C.t=0.2s時,x=4m處質點位置為y=1cmD.t=0.2s時,x=4m處質點速度為零8.(2020山東普通高中學業(yè)水平等級考模擬卷)一列簡諧橫波沿x軸傳播,t=0.1s時的波形圖如圖甲所示,A、B為介質中的兩質點。圖乙為質點A的振動圖像。以下判斷正確的是()A.t=0.15s時,A的加速度為零B.t=0.15s時,B的速度沿y軸正方向C.從t=0.1s到t=0.25s,B的位移大小為10cmD.從t=0.1s到t=0.25s,波沿x軸負方向傳播了7.5cmB組9.(2020福建廈門高三下學期5月質檢)如圖所示,均勻介質中兩波源S1、S2分別位于x軸上x1=0、x2=14m處,波源S1振動方程為y=2sin5πt(cm),波源S2振動方程為y=5sin5πt(cm),質點P位于x軸上xP=4m處,已知質點P在t1=0.4s時開始振動,兩波的波速和波長相等,求:(1)這兩列波在均勻介質中的波長;(2)t=0至t=1.5s內質點P通過的路程。10.(2020四川綿陽高三下學期模擬)同一種均勻介質中沿x軸正方向傳播的簡諧橫波上有兩個質點M和N,其平衡位置分別是xM=10cm和xN=22cm。t1=14s時刻,M離開平衡位置的位移是2cm,N在波峰;t2=16s時刻,質點M第一次回到平衡位置;t3=20s時刻,質點N第一次回到平衡位置。求:(1)簡諧橫波的波長;(2)質點M離開平衡位置的位移y與時刻t的關系式。11.(2020湖北七市教科研協(xié)作體高三下學期5月聯(lián)考)在某均勻介質中,一列橫波在x軸上傳播,t=0時刻的波形如圖所示,其中P、Q兩質點(圖中未標明)的平衡位置坐標分別為xP=0.4m,xQ=0.7m,以圖示時刻作為計時起點。(1)若質點P連續(xù)兩次出現(xiàn)在平衡位置的時間間隔為Δt=0.4s,求該波的傳播速度;(2)若t=0.1s時質點Q出現(xiàn)在波谷位置,求該波的周期。12.(2020北京通州區(qū)高三下學期5月模擬)有些知識我們可能沒有學過,但運用我們已有的物理思想和科學方法,通過必要的分析和推理可以解決一些新的問題。(1)單擺做簡諧振動,請推導出其振動頻率f表達式(已知單擺擺長為L、單擺擺球質量為m、當?shù)刂亓铀俣葹間);(2)在彈吉他時,撥動琴弦,琴弦會發(fā)生振動,琴弦振動的頻率f由琴弦的質量m、長度L和所受彈撥力F決定。請寫出琴弦振動的頻率f與琴弦的質量m、長度L和所受彈撥力F的關系式;(3)現(xiàn)將(2)中弦的長度L減小18%,試推導琴弦振動的頻率將如何改變?參考答案專題分層突破練5振動與波1.C解析交通警察利用測速儀向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波,根據(jù)反射波的頻率變化判斷車速利用了聲波多普勒效應的原理,選項A不符合題意;醫(yī)生向人體內發(fā)射頻率已知的超聲波,根據(jù)接收到的被血管中的血流反射后的超聲波的頻率變化,判斷血流的速度是否正常也屬于聲波多普勒效應的應用,選項B也不符合題意;發(fā)生雷電時,人們利用看見閃電與聽見雷聲的時間間隔來估算自己與雷電發(fā)生處之間的距離是通過光速遠大于聲速,用這個時間間隔乘聲速來估算的,它不屬于多普勒效應的應用,選項C符合題意;天文學上通過對比某些元素在遙遠天體上的發(fā)光頻率與其靜止在地球上的發(fā)光頻率,判斷天體相對于地球的運動速度是屬于光波的多普勒效應的應用,選項D不符合題意。2.B解析由于機械波平衡位置速度最大,由圖可知質點b的速度小于c的速度,選項A錯誤;機械波向左傳播,在t+T4時刻,d質點經過平衡位置,其動能最大,選項B正確;機械波向左傳播,b、c的速度都向下,b靠近平衡位置,c遠離平衡位置,所以質點b先回到平衡位置,選項C錯誤;在一個周期內質點通過的路程是四個振幅,與波長無關,故D3.D解析a、b兩質點是波形圖上相鄰的兩個波峰,所以兩個質點的距離為一個波長,開始振動的時刻相差一個周期,選項A、B錯誤;c質點加速度正在增大,所以c往下振動,波向左傳播,a質點完成全振動的次數(shù)比b少一次,選項C錯誤、D正確。4.BCD解析波在傳播過程中,介質中的質點只在平衡位置附近振動,不會隨著波的傳播向前移動,選項A錯誤;O點是振源連線的中點,波的傳播路程差等于零,由于相位恰好相反,所以O點以及中垂線上所有質點的振動均為疊加減弱,選項B、C正確;B引起的振動此時在C點使得質點具有向上的速度,而A剛好傳到C點,具有向下的速度,疊加后速度為零,選項D正確。5.C解析由單擺周期公式T=2πLg,知固有周期關系為Ta=Tc<Tb,選項A正確;因為Ta=Tc,所以c擺共振,達到穩(wěn)定時,c擺振幅較大,選項B正確;受迫振動的頻率等于驅動力的頻率,所以三個單擺的頻率相同,周期相同,故Tb等于t0,選項C錯誤;由圖乙與前面的分析可知a擺的周期為t0,由T=2πLg解得L=gt06.BCD解析從題圖可知波長λ=12cm,則波的周期為T=λv=0.120.8s=0.15s,故A錯誤,B正確;由于t=0.2s=43T,0.2s內波傳播距離為x=vt=43T×v=43λ=λ+13λ,由圖可知,波由實線到虛線傳播距離向右平移了12cm4cm=8cm=23λ,向左平移了4cm0cm=4cm=13λ,故波沿x軸負方向傳播,故C正確;根據(jù)平移法可知x=13cm處的波峰經過t=7.C解析由圖可知,乙波的波長為8m,甲波的波長為4m,由于波速相同,故兩波的頻率不同,所以兩列波在相遇區(qū)域不會發(fā)生干涉現(xiàn)象,選項A錯誤;由圖可知,兩列波在x=4m處的振動方向均沿y軸負方向,則t=0s時,x=4m處質點速度沿y軸負方向,選項B錯誤;乙波的波長為甲波的兩倍,波速相同,則乙波的周期為甲波的兩倍即為0.8s,從圖示位置開始經過0.2s甲波使x=4m處質點回到平衡位置,經過0.2s乙波使x=4m處質點振動到波谷位置,由疊加原理可知,此時x=4m處質點位置為y=1cm,此時由于甲波使x=4m處質點回到平衡位置,所以此時速度不為0,選項C正確、D錯誤。8.D解析由圖乙可知,t=0.15s時,質點A處于波谷位置,則此時A的加速度為最大,選項A錯誤;由圖乙可知,波的周期為0.20s,則從圖甲所示t=0.1s時開始經過0.05s即四分之一周期質點B處于平衡位置,速度方向沿y軸負方向,選項B錯誤;從t=0.1s到t=0.25s經歷四分之三周期,質點B處于平衡位置,選項C錯誤;由圖乙可知在t=0.1s時質點A處于平衡位置且向下振動,結合圖甲可知,波沿x軸負方向傳播,由圖甲可知,波長λ=10cm,由圖乙可知,波的周期為0.20s,則波速為v=λT=100.20cm/s=50cm/s,從t=0.1s到t=0.25s,波沿x軸負方向傳播了s=50×0.15cm=9.答案(1)4m(2)27cm解析(1)波源S1的振動先傳到P波速v=dS1根據(jù)T=2πω、λ=vT可得λ=4m,T=0(2)波源S2的振動傳到P所用的時間為t2=dS2Pv故質點P在0~0.4s內靜止不動,0.4~1.0s內僅參與波源S1的振動s1=6A1=12cm1.0~1.5s質點P同時參與兩列波的振動,兩列波頻率相同,發(fā)生干涉δP=|S1PS2P|=6m可得δP=32λ,故質點P為振動減弱點,其振幅為AP=|A1A2|=3cm1.0~1.5s質點P的路程為s2=5AP=15cm故質點P在t=0至t2=1.5s內通過的路程為sP=s1+s2=27cm10.答案(1)λ=72cm(2)y=4sinπ12t13π(cm)(t≥4s)解析(1)質點N,t1=14s時刻在波峰,t3=20s時刻第一次回到平衡位置,經過了四分之一個周期,設簡諧波的周期為T,則T4=t3t解得T=24st2=16s時刻,質點M第一次回到平衡位置,t3=20s時,質點N第一次回到平衡位置,即波從M到N經過的時間為t3t2,設波速為v,則v=x解得v=3cm/s設簡諧橫波的波長為λ,則λ=vT,解得λ=72cm(2)設質點M振幅為A,初相位為φ,則質點M離開平衡位置的位移x與時刻t的關系式是y=Asin2πTt+φ將質點M在t1=14s時刻位移為2cm,t2=16s時刻質點M第一次回到平衡位置,代入上式解得A=4cm,φ=π又有y=0(0≤t≤4s),所以y=4sinπ12t13π(cm)(t≥4s)11.答案(1)1m/s(2)440n+5s或440n+35s(n=0解析(1)由題意可知,波的周期T=2Δt=0.8s波長為λ=0.8m,根據(jù)波速公式v=λ代入數(shù)據(jù)可得v=1m/s(2)若波沿x軸正方向傳播,則在t時間內,波的傳播距離為Δx1=0.1m+nλ(n=0、1、2、3…)波的傳播速度為v1=Δx1t=(8n+1)m/s(n=0、1、2、周期為T1=λv1=440n+5s(n=0、若波沿x軸負方向傳播,則在t時間內,波的傳播距離為Δx2=0.7m+n