知識(shí)點(diǎn)十七 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波-2023年高考物理分類題庫(kù)

考點(diǎn)十七機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波1..(2023·湖南選擇考·T3)如圖(a),在均勻介質(zhì)中有A、B、C和D四點(diǎn),其中A、B、C三點(diǎn)位于同一直線上,AC=BC=4m,DC=3m,DC垂直AB。t=0時(shí),位于A、B、C處的三個(gè)完全相同的橫波波源同時(shí)開(kāi)始振動(dòng),振動(dòng)圖像均如圖(b)所示,振動(dòng)方向與平面ABD垂直,已知波長(zhǎng)為4m。下列說(shuō)法正確的是 ()A.這三列波的波速均為2m/sB.t=2s時(shí),D處的質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)C.t=4.5s時(shí),D處的質(zhì)點(diǎn)向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)D.t=6s時(shí),D處的質(zhì)點(diǎn)與平衡位置的距離是6cm【解題指南】振動(dòng)圖像信息:(1)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期;(2)質(zhì)點(diǎn)振幅;(3)某一質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移;(4)各時(shí)刻速度、加速度的方向?！窘馕觥窟xC。由圖(b)可知振動(dòng)的周期為4s,三列波的波速為v=λT=4m4s=1m/s,A錯(cuò)誤;由圖(a)可知,D處距離最近的波源為3m,故開(kāi)始振動(dòng)后波源C處的橫波傳播到D處所需的時(shí)間為tC=DCv=3m1m/s=3s,故t=2s時(shí),D處的質(zhì)點(diǎn)還未開(kāi)始振動(dòng),B錯(cuò)誤;由幾何關(guān)系可知AD=BD=5m,波源A、B產(chǎn)生的橫波傳播到D處所需的時(shí)間為tAB=ADv=5m1m/s=5s,故t=4.5s時(shí),僅有波源C處的橫波傳播到D處,此時(shí)D處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間為t1=t-tC=1.5s,由振動(dòng)圖像可知此時(shí)D處的質(zhì)點(diǎn)向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),C正確;t=6s時(shí),波源C處的橫波傳播到D處后振動(dòng)時(shí)間為t2=t-tC=3s,由振動(dòng)圖像可知此時(shí)D處為波源C處傳播橫波的波谷;t=6s時(shí),波源A、B處的橫波傳播到D處后振動(dòng)時(shí)間為t3=t-tAB=1s,由振動(dòng)圖像可知此時(shí)D處為波源A、B處傳播橫波的波峰。根據(jù)波的疊加原理可知此時(shí)D處質(zhì)點(diǎn)的位移為y=2A-A=2cm,故t=6s時(shí),2.(2023·新課標(biāo)全國(guó)卷·T14)船上的人和水下的潛水員都能聽(tīng)見(jiàn)輪船的鳴笛聲。聲波在空氣中和在水中傳播時(shí)的 ()A.波速和波長(zhǎng)均不同B.頻率和波速均不同C.波長(zhǎng)和周期均不同D.周期和頻率均不同【解析】選A。聲波的周期和頻率由振源決定,故聲波在空氣中和在水中傳播的周期和頻率均相同,但聲波在空氣和水中傳播的波速不同,根據(jù)波速與波長(zhǎng)關(guān)系v=λf可知,波長(zhǎng)也不同。故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。故選A。3.(2023·浙江6月選考·T11)如圖所示,置于管口T前的聲源發(fā)出一列單一頻率聲波,分成兩列強(qiáng)度不同的聲波分別沿A、B兩管傳播到出口O,先調(diào)節(jié)A、B兩管等長(zhǎng),O處探測(cè)到聲波強(qiáng)度為400個(gè)單位,然后將A管拉長(zhǎng)d=15cm,在O處第一次探測(cè)到聲波強(qiáng)度最小,其強(qiáng)度為100個(gè)單位,已知聲波強(qiáng)度與聲波振幅平方成正比,不計(jì)聲波在管道中傳播的能量損失,則 ()A.聲波的波長(zhǎng)λ=15cmB.聲波的波長(zhǎng)λ=30cmC.兩聲波的振幅之比為3∶1D.兩聲波的振幅之比為2∶1【解析】選C。A、B管等長(zhǎng)時(shí),兩列波發(fā)生干涉加強(qiáng),將A管拉長(zhǎng)15cm之后,聲波強(qiáng)度最小,意味著兩列波發(fā)生干涉減弱,由于是第一次干涉減弱,表明A管整體伸長(zhǎng)的距離為波長(zhǎng)的一半,即2d=λ2,進(jìn)而得:λ=4d=4×15cm=60cm,故A、B錯(cuò)誤;分別設(shè)兩列聲波的振幅為A1和A2,因?yàn)槁暡◤?qiáng)度與聲波振幅平方成正比,且O處的聲波強(qiáng)度比值為4∶1,由此可知前后兩次O處的振幅之比為2∶1,結(jié)合波的疊加原理可得:A1+A2A1-A2=21,解得4.(2023·湖北選擇考·T7)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正向傳播,波長(zhǎng)為100cm,振幅為8cm。介質(zhì)中有a和b兩個(gè)質(zhì)點(diǎn),其平衡位置分別位于x=-403cm和x=120cm處。某時(shí)刻b質(zhì)點(diǎn)的位移為y=4cm,且向y軸正方向運(yùn)動(dòng)。從該時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí),a質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像為 (【解析】選A。ab之間的距離為Δx=403cm+120cm=43λ,此時(shí)b點(diǎn)的位移為4cm且向y軸正方向運(yùn)動(dòng)。令此時(shí)b點(diǎn)的相位為φ,則有4cm=8cm·sinφ,解得φ=π6或φ=5π6(舍去,向下振動(dòng))。由ab之間的距離關(guān)系可知φa-φ=λ3λ·2π=23π,則φa=56π,可知a點(diǎn)此時(shí)的位移為y=8cm·sinφa=所以t=0時(shí),a的位移為4cm,且沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),故選A。5.(多選)(2023·山東等級(jí)考·T10)如圖所示,沿水平方向做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn),依次通過(guò)相距L的A、B兩點(diǎn)。已知質(zhì)點(diǎn)在A點(diǎn)的位移大小為振幅的一半,B點(diǎn)位移大小是A點(diǎn)的3倍,質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),t時(shí)刻第二次經(jīng)過(guò)B點(diǎn),該振動(dòng)的振幅和周期可能是 ()A.2L3-1,3t B.2C.2L3+1,125t D.【解析】選B、C。當(dāng)A、B兩點(diǎn)在平衡位置的同側(cè)時(shí)有12A=Asinφa,32A=Asinφ可得φa=π6;φb=π3或者φb=因此可知第二次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)φb=2π3,故23π-π62π此時(shí)位移關(guān)系為32A-12A=L,解得A=2L3-1,故A當(dāng)A、B兩點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)時(shí)有-12A=Asinφa,32A=Asin解得φa=-π6或者φa=-5π6(由圖中運(yùn)動(dòng)方向舍去),φb=π3或者φ當(dāng)?shù)诙谓?jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)φb=2π3,則2π3-(-π6)2π此時(shí)位移關(guān)系為32A+12A=L,解得A=2L3+1,故6.(多選)(2023·遼寧選擇考·T8)“球鼻艏”是位于遠(yuǎn)洋輪船船頭水面下方的裝置,當(dāng)輪船以設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)速度航行時(shí),球鼻艏推起的波與船首推起的波如圖所示,兩列波的疊加可以大幅度減小水對(duì)輪船的阻力。下列現(xiàn)象的物理原理與之相同的是 ()A.插入水中的筷子,看起來(lái)折斷了B.陽(yáng)光下的肥皂膜,呈現(xiàn)彩色條紋C.駛近站臺(tái)的火車,汽笛音調(diào)變高D.振動(dòng)音叉的周圍,聲音忽高忽低【解析】選B、D。該現(xiàn)象屬于波的疊加原理;插入水中的筷子,看起來(lái)折斷了是光的折射造成的,與“球鼻艏”的物理原理不相符;陽(yáng)光下的肥皂膜,呈現(xiàn)彩色條紋,是由光從薄膜上下表面的反射光疊加造成的干涉現(xiàn)象,與“球鼻艏”的物理原理相符;駛近站臺(tái)的火車,汽笛音調(diào)變高是多普勒現(xiàn)象造成的,與“球鼻艏”的物理原理不相符;振動(dòng)音叉的周圍聲音忽高忽低,是聲音的疊加造成的干涉現(xiàn)象,與“球鼻艏”的物理原理相符。故選B、D。7.(2023·全國(guó)乙卷·T34(1))一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播,圖(a)是t=0時(shí)刻的波形圖;P是介質(zhì)中位于x=2m處的質(zhì)點(diǎn),其振動(dòng)圖像如圖(b)所示。下列說(shuō)法正確的是。A.波速為2m/sB.波向左傳播C.波的振幅是10cmD.x=3m處的質(zhì)點(diǎn)在t=7s時(shí)位于平衡位置E.質(zhì)點(diǎn)P在0~7s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的路程為70cm【解析】選A、B、E。由圖(a)可知波長(zhǎng)為4m,由圖(b)可知波的周期為2s,則波速為v=λT=42m/s=2m/s,故A正確;由圖(b)可知t=0時(shí),P點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng),根據(jù)“上下坡”法可知波向左傳播,故B正確;由圖(a)可知波的振幅為5cm,故C錯(cuò)誤;根據(jù)圖(a)可知t=0時(shí)x=3m處的質(zhì)點(diǎn)位于波谷處,由于t=7s=3T+12T,可知在t=7s時(shí)質(zhì)點(diǎn)位于波峰處;質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的路程為s=3×4A+128.(2023·全國(guó)甲卷·T34（2）)分別沿x軸正向和負(fù)向傳播的兩列簡(jiǎn)諧橫波P、Q的振動(dòng)方向相同,振幅均為5cm,波長(zhǎng)均為8m,波速均為4m/s。t=0時(shí)刻,P波剛好傳播到坐標(biāo)原點(diǎn),該處的質(zhì)點(diǎn)將自平衡位置向下振動(dòng);Q波剛好傳播到x=10m處,該處的質(zhì)點(diǎn)將自平衡位置向上振動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,兩列波相遇。①在坐標(biāo)圖上分別畫(huà)出P、Q兩列波在t=2.5s時(shí)刻的波形圖(P波用虛線,Q波用實(shí)線);②求出圖示范圍內(nèi)的介質(zhì)中,因兩列波干涉而振動(dòng)振幅最大和振幅最小的平衡位置?！窘馕觥竣俑鶕?jù)Δx=vt得Δx=4×2.5m=10m,可知t=2.5s時(shí)P波剛好傳播到x=10m處,Q波剛好傳播到x=0處,根據(jù)上坡下坡法可得波形