新教材高考物理全程一輪總復(fù)習(xí)單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)八機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波

單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)(八)機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的)1．如圖所示，一個(gè)在光滑水平面內(nèi)的彈簧振子的平衡位置為O，第一次用力把彈簧拉伸到A后釋放讓它振動(dòng)，第二次把彈簧拉伸到A′后釋放讓它振動(dòng)，OA′＝2OA，則先后兩次振動(dòng)的周期之比和振幅之比分別為()A．1∶11∶1B．1∶11∶2C．1∶41∶4D．1∶21∶22．某同學(xué)將一根不可伸長(zhǎng)的輕繩一端系上擺球，另一端系在力傳感器上，測(cè)得輕繩的拉力大小F隨時(shí)間t變化的圖像如圖所示，若已經(jīng)測(cè)得擺長(zhǎng)為L(zhǎng)，擺球質(zhì)量為m，結(jié)合圖中信息可以推測(cè)出當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?)A．eq\f(4π2L,T2)B．eq\f(π2L,T2)C．eq\f(π2L,4T2)D．eq\f(π2L,16T2)3．一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝1s時(shí)刻的波形如圖所示，a、b、c三質(zhì)點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別為xa＝1m、xb＝1.5m、xc＝4m，若隨后5s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)的路程為10cm，則下列說(shuō)法正確的是()A．該簡(jiǎn)諧波的傳播速度為2m/sB．該簡(jiǎn)諧波一定向右傳播C．隨后5s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)b振動(dòng)的路程可能大于10cmD．該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)c的振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向4．如圖所示，在豎直平面內(nèi)搖搖椅繞虛線位置發(fā)生振動(dòng)，假設(shè)搖搖椅的運(yùn)動(dòng)是個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，圖中是搖搖椅振動(dòng)到的最左側(cè)，振動(dòng)周期為0.6s．在周期為0.2s的頻閃光源照射下，從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，圖像可能是()5．兩列頻率、振幅均相同的簡(jiǎn)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)生了干涉，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，如圖所示，且1和5是同一振動(dòng)周期內(nèi)繩上各點(diǎn)位移都達(dá)到最大值時(shí)拍攝的波形．已知頻閃時(shí)間間隔為0.12s，下列說(shuō)法正確的是()A．簡(jiǎn)諧波Ⅰ和Ⅱ的波長(zhǎng)均為0.24mB．簡(jiǎn)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)D．兩波源到A點(diǎn)和C點(diǎn)的路程差之差的絕對(duì)值是0.48m6．[2022·遼寧卷]如圖所示，一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，在t＝0時(shí)刻波剛好傳播到x＝3m處的質(zhì)點(diǎn)P，已知波的傳播速度為10m/s，則()A．波源的起振方向沿＋y方向B．波源的振動(dòng)頻率為5HzC．t＝1.2s時(shí)，x＝12m處的質(zhì)點(diǎn)Q第一次處于波谷D．t＝1.2s時(shí)，x＝8m處的質(zhì)點(diǎn)已通過(guò)的路程為14cm7．在一次實(shí)驗(yàn)中，某簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形圖像如圖甲所示，圖乙為在該波的傳播方向上某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像．下列說(shuō)法中正確的是()A．該波的波長(zhǎng)為3mB．若圖乙是質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像，則該波一定沿x軸負(fù)方向傳播C．若圖乙是質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像，則在t＝0.35s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)Q的坐標(biāo)為(2m，－4cm)D．若圖乙是質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像，則在t＝0.35s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(4.5m，－4cm)二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分．在每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題目要求)8．如圖，有頻率相同、步調(diào)一致的兩個(gè)振源S1與S2分別做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，形成的簡(jiǎn)諧波在空間中沿介質(zhì)傳播，S1的振幅為3A，S2的振幅為A，在兩列波疊加的區(qū)域內(nèi)有P、Q兩質(zhì)點(diǎn)，P質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，Q質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)，關(guān)于這兩質(zhì)點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是(不考慮波傳播過(guò)程中的能量損失)()A．P質(zhì)點(diǎn)的位移一定比Q質(zhì)點(diǎn)的位移大B．P質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅為4AC．P質(zhì)點(diǎn)位置可能在S1與S2連線的中垂線上D．Q質(zhì)點(diǎn)到兩波源S1與S2的波程差一定是波長(zhǎng)的整數(shù)倍9．在某一均勻介質(zhì)中由波源O發(fā)出的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，某時(shí)刻的波形如圖所示，其波速為5m/s，則下列說(shuō)法正確的是()A．此時(shí)P、Q兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相同B．再經(jīng)過(guò)0.5s質(zhì)點(diǎn)N剛好位于(－5m，20cm)位置C．該波只有遇到2m的障礙物才能發(fā)生明顯衍射D．能與該波發(fā)生干涉的橫波的頻率一定為2.5Hz10．一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，如圖所示，實(shí)線為t1＝2s時(shí)的波形圖，虛線為t2＝5s時(shí)的波形圖．以下關(guān)于平衡位置在O處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，可能正確的是()三、非選擇題(本題共5個(gè)小題，共54分)11．(8分)滑板運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地有一種常見(jiàn)的圓弧形軌道，其截面如圖，某同學(xué)用一輛滑板車(chē)和估測(cè)軌道半徑R(滑板車(chē)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于軌道半徑).主要實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：(1)用查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭；(2)找出軌道的最低點(diǎn)O，把滑板車(chē)從O點(diǎn)移開(kāi)一小段距離至P點(diǎn)，由靜止釋放，用測(cè)出它完成n次全振動(dòng)的時(shí)間t，算出滑板車(chē)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的周期T＝________；(3)將滑板車(chē)的運(yùn)動(dòng)視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則可將以上測(cè)量結(jié)果代入公式R＝________(用T、g表示)計(jì)算出軌道半徑．12．(8分)[2023·江蘇沖刺卷]用單擺測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．(1)對(duì)測(cè)量原理的理解正確的是________．A．由g＝eq\f(4π2l,T2)可知，T一定時(shí)，g與l成正比B．由g＝eq\f(4π2l,T2)可知，l一定時(shí)，g與T2成反比C.單擺的振動(dòng)周期T和擺長(zhǎng)l可用實(shí)驗(yàn)測(cè)定，由g＝eq\f(4π2l,T2)可算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?2)若測(cè)量結(jié)果得到的g值偏大．可能是因?yàn)開(kāi)_______．A．組裝單擺時(shí)，選擇的擺球質(zhì)量偏大B．測(cè)量擺長(zhǎng)時(shí)，將懸線長(zhǎng)作為單擺的擺長(zhǎng)C．測(cè)量周期時(shí)，把n次全振動(dòng)誤認(rèn)為是(n＋1)次全振動(dòng)(3)下表是某同學(xué)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并做了部分處理．組次123456擺長(zhǎng)l/cm40.0050.0060.0080.00100.00120.0050次全振動(dòng)時(shí)t/s63.074.077.589.5100.0109.5周期T/s1.261.481.551.792.19周期的平方T2/s21.592.012.403.204.80請(qǐng)計(jì)算第5組實(shí)驗(yàn)中的T2＝______s2.(4)將上表數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，可得到圖2所示的l-T2圖像，圖線經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，斜率k＝0.25m/s2.由此求得重力加速度g＝________m/s2.(π2＝9.87，此空答案保留3位有效數(shù)字)13．(10分)U型池輪滑的比賽場(chǎng)地如圖所示，該場(chǎng)地是一個(gè)半徑R＝10m的圓弧，可視為質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)量m＝60kg的運(yùn)動(dòng)員在圓弧內(nèi)的同一豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，若運(yùn)動(dòng)員始終在圓弧最低點(diǎn)附近運(yùn)動(dòng)(視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng))，不計(jì)一切摩擦及空氣阻力，取重力加速度大小g＝10m/s2，π＝3.14.(1)求運(yùn)動(dòng)員從最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)所用的時(shí)間t；(2)若運(yùn)動(dòng)員從距最低點(diǎn)的高度h＝0.8m處由靜止開(kāi)始下滑，求運(yùn)動(dòng)員在最低點(diǎn)受到的賽場(chǎng)的支持力的大小F.14.(12分)[2023·河南頂尖名校聯(lián)考]一列沿x軸負(fù)方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，在t＝0時(shí)刻的波形圖如圖所示，此時(shí)坐標(biāo)為(1，0)的質(zhì)點(diǎn)剛好開(kāi)始振動(dòng)，P質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)為(3，0).在t1＝0.6s時(shí)刻，P質(zhì)點(diǎn)第二次位于波峰位置，Q質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)是(－3，0).求：(1)這列波的傳播速度大??；(2)t2＝1.5s時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q的位移．15．(16分)如圖，在平靜的湖面上有相距12m的B、C兩片小樹(shù)葉，將一枚小石子投到B、C連線左側(cè)的O點(diǎn)，OB＝6m，經(jīng)過(guò)24s，第1個(gè)波峰傳到樹(shù)葉B時(shí)，第13個(gè)波峰剛好在O點(diǎn)形成．求：(1)這列水波的波長(zhǎng)和水波的頻率；(2)從第1個(gè)波峰傳到樹(shù)葉B算起，需要多長(zhǎng)時(shí)間樹(shù)葉C開(kāi)始振動(dòng)．單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)（八）1．解析：彈簧兩次到A和A′的伸長(zhǎng)量即為振子振動(dòng)過(guò)程中偏離平衡位置的最大距離，即振幅，故振幅之比為1∶2，而同一振動(dòng)系統(tǒng)的周期由自身的性質(zhì)決定，與振幅無(wú)關(guān)，故周期之比為1∶1.故選B.答案：B2．解析：由單擺的周期公式T0＝2πeq\r(\f(L,g))，因?yàn)橛蓤D像可知單擺周期為4T，假設(shè)當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，代入數(shù)值得g＝eq\f(π2L,4T2)，故選C.答案：C3．解析：根據(jù)題意可知5s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)的路程為5A，則5s＝eq\f(5,4)T，得T＝4s，由題圖可知λ＝4m，所以波速v＝eq\f(λ,T)＝1m/s，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤．由題意無(wú)法確定波的傳播方向，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤．若波向右傳播，則在5s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)b振動(dòng)的路程為（12－2eq\r(2)）cm<10cm；若波向左傳播，則在5s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)b振動(dòng)的路程為（8＋2eq\r(2)）cm>10cm，故選項(xiàng)C正確．因不能確定波的傳播方向，故質(zhì)點(diǎn)c在該時(shí)刻的振動(dòng)方向也無(wú)法確定，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：C4．解析：振動(dòng)周期為0.6s．在周期為0.2s的頻閃光源照射下，所以在一個(gè)周期內(nèi)有三幅不同的照片，振動(dòng)周期為0.6s，則角速度ω＝eq\f(2π,T)＝eq\f(π,0.3)rad/s，0.2s時(shí)刻對(duì)應(yīng)的角度θ1＝ωt＝eq\f(2,3)π，0.4s時(shí)刻對(duì)應(yīng)的角度θ2＝ωt＝eq\f(4,3)π，0.6s時(shí)刻對(duì)應(yīng)的角度θ3＝ωt＝2π，所以在0.2s，0.4s時(shí)刻的照片重合，且位于平衡位置的右側(cè)，而在0.6s時(shí)刻，又回到原位置．故選C.答案：C5．解析：由題圖可知，兩列波的波長(zhǎng)均為0.48m，A錯(cuò)誤；由于1、5是同一振動(dòng)周期內(nèi)繩上各點(diǎn)位移都最大時(shí)拍攝的，則由1到5的時(shí)間為半個(gè)周期，即0.48s＝eq\f(T,2)，即T＝0.96s，B錯(cuò)誤；繩上有振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)、振動(dòng)減弱點(diǎn)，因此各點(diǎn)的振幅不可能均相同，C錯(cuò)誤；由干涉條件以及對(duì)題圖的分析可知，兩波源到A點(diǎn)和C點(diǎn)的距離差之差的絕對(duì)值為波長(zhǎng)，即0.48m，D正確．答案：D6．解析：由波形圖，結(jié)合“同側(cè)法”可知，P點(diǎn)起振的方向沿y軸負(fù)向，則波源的起振方向沿－y方向，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；波源的振動(dòng)頻率為f＝eq\f(v,λ)＝eq\f(10,4)Hz＝2.5Hz，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；波傳到x＝12m處的質(zhì)點(diǎn)需要的時(shí)間為t1＝eq\f(12－3,10)s＝0.9s，則t＝1.2s時(shí)，Q已經(jīng)振動(dòng)了0.3s，即振動(dòng)了eq\f(3,4)T到達(dá)了波峰位置，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；波傳到x＝8m處的質(zhì)點(diǎn)需要的時(shí)間為t2＝eq\f(8－3,10)s＝0.5s，則t＝1.2s時(shí)，該質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)振動(dòng)了0.7s＝1eq\f(3,4)T，即t＝1.2s時(shí)，x＝8m處的質(zhì)點(diǎn)已通過(guò)的路程為7A＝14cm，選項(xiàng)D正確．答案：D7．解析：由題圖甲讀出波長(zhǎng)λ＝2m，所以A錯(cuò)誤．若題圖乙是質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像，t＝0時(shí)Q向下振動(dòng)，則波沿x軸正方向傳播，故B錯(cuò)誤．若題圖乙是質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像，t＝0時(shí)P向下振動(dòng)，則波沿x軸負(fù)方向傳播，所以此時(shí)Q正向上振動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t＝0.35s＝1eq\f(3,4)T質(zhì)點(diǎn)Q處于波谷，坐標(biāo)為（2m，－4cm），故C正確．若題圖乙是質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像，t＝0時(shí)Q向下振動(dòng)，則波沿x軸正方向傳播，所以此時(shí)P向上振動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t＝0.35s＝1eq\f(3,4)T質(zhì)點(diǎn)P處于波谷，坐標(biāo)為（1m，－4cm），故D錯(cuò)誤．答案：C8．解析：P質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，振幅為兩列波的振幅之和，為4A，Q質(zhì)點(diǎn)的振幅是兩列波的振幅之差，為2A，P質(zhì)點(diǎn)比Q質(zhì)點(diǎn)的振幅大，但P質(zhì)點(diǎn)的位移不一定比Q質(zhì)點(diǎn)的大，故A錯(cuò)誤，B正確．S1與S2連線的中垂線上任一點(diǎn)到S1與S2的波程差Δd＝0，都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，所以P可能在S1與S2連線的中垂線上，故C正確．Q點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)，所以Q點(diǎn)到兩波源的距離差Δd＝eq\f(λ,2)（2n＋1），n為整數(shù)，故D錯(cuò)誤．答案：BC9．解析：波同時(shí)向兩側(cè)傳播，根據(jù)對(duì)稱性可知，此時(shí)P（－2m，0cm）、Q（2m，0cm）兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相同，故A正確；由圖可知，N到波的前沿的距離為2m，波傳播到N的時(shí)間：t1＝eq\f(s,v)＝eq\f(2,5)s＝0.4s，由圖知波長(zhǎng)λ＝2m，周期為T(mén)＝eq\f(λ,v)＝eq\f(2,5)s＝0.4s，經(jīng)過(guò)時(shí)間t＝0.5s＝eq\f(1,4)T，質(zhì)點(diǎn)N剛好到達(dá)波峰位置，其坐標(biāo)為（－5m，20cm），故B正確；波長(zhǎng)為λ＝2m，則障礙物的尺寸為2m或比2m更小，都能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；該波的頻率為：f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,0.4)Hz＝2.5Hz，所以能與該波發(fā)生干涉的橫波的頻率一定為2.5Hz，故D正確．答案：ABD10．解析：若機(jī)械波沿x軸正方向傳播，在t1＝2s時(shí)O點(diǎn)振動(dòng)方向豎直向上，則傳播時(shí)間Δt＝t2－t1＝3s，滿足Δt＝eq\f(3,4)T＋nT（n＝0，1，2，3，…），解得T＝eq\f(12,4n＋3)s（n＝0，1，2，3，…），當(dāng)n＝0時(shí)，解得周期T＝4s，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；若機(jī)械波沿x軸負(fù)方向傳播，在t2＝5s時(shí)O點(diǎn)位于波谷，則Δt＝eq\f(1,4)T＋nT（n＝0，1，2，3，…），解得T＝eq\f(12,4n＋1)s（n＝0，1，2，3，…），當(dāng)n＝0時(shí)，解得周期T＝12s，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：AC11．解析：（2）滑板車(chē)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的周期為T(mén)＝eq\f(t,n)；（3）根據(jù)單擺的周期公式，有T＝2πeq\r(\f(R,g))，得R＝eq\f(gT2,4π2).答案：（2）eq\f(t,n)（3）eq\f(gT2,4π2)12．解析：（1）重力加速度與單擺無(wú)關(guān)，由單擺周期公式T＝2πeq\r(\f(L,g))可知g＝eq\f(4π2L,T2)，測(cè)出單擺的擺長(zhǎng)L與周期T，可以求出重力加速度，故選C；（2）由單擺周期公式T＝2πeq\r(\f(L,g))可知g＝eq\f(4π2L,T2)單擺周期與擺球質(zhì)量無(wú)關(guān)，組裝單擺時(shí)，選擇的擺球質(zhì)量偏大不會(huì)導(dǎo)致g的測(cè)量值偏大，故A錯(cuò)誤；測(cè)量擺長(zhǎng)時(shí)，將懸線長(zhǎng)作為單擺的擺長(zhǎng)，所測(cè)擺長(zhǎng)L偏小，所測(cè)g偏小，故B錯(cuò)誤；測(cè)量周期時(shí)，把n次全振動(dòng)誤認(rèn)為是（n＋1）次全振動(dòng)，所測(cè)周期T偏小，所測(cè)g偏大，故C正確；（3）由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，完成50次全振動(dòng)需要的時(shí)間為100.0s．則周期T＝2.0s，所以T2＝（2.0s）2＝4.00s2.（4）由單擺周期公式T＝2πeq\r(\f(L,g))可知l＝eq\f(g,4π2)T2，l-T2圖像的斜率k＝eq\f(g,4π2)，解得g＝9.87m/s2.答案：（1）C（2）C（3）4.00（4）9.8713．解析：（1）由單擺的周期公式有T＝2πeq\r(\f(l,g))，其中l(wèi)＝R，運(yùn)動(dòng)員從最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)所用的時(shí)間t＝eq\f(1,4)T，解得t＝1.57s.（2）運(yùn)動(dòng)員由靜止開(kāi)始下滑到最低點(diǎn)的過(guò)程中，根據(jù)機(jī)械能守恒定律有mgh＝eq\f(1,2)mv2根據(jù)牛頓第二定律有F－mg＝eq\f(mv2,R)，解得F＝696N.答案：（1）1.57s（2）69