熱點15　機械振動　機械波-2025高考物理

熱點15機械振動機械波［分值：60分］1~10題每題6分，共60分1.(多選)(2024·貴州黔西南一模)如圖所示，一帶正電小球(質(zhì)量為m、電荷量為q)用長為l的絕緣輕質(zhì)細線懸掛于天花板上做單擺運動，此單擺可以視為簡諧運動，O點為最低點，周期為T?，F(xiàn)給空間加上豎直方向的勻強電場，此時單擺的最大擺角不變，周期為2T。已知重力加速度為g，不計空氣阻力，下列說法正確的是()A.電場方向豎直向下B.電場強度大小為3C.單擺做簡諧運動的周期與振幅無關(guān)D.單擺做簡諧運動的周期與振幅有關(guān)答案BC解析未加電場前，單擺的周期為T=2πl(wèi)g，加電場后，單擺的周期為2T=2πl(wèi)g'，則加電場后，等效重力加速度為g'=14g，根據(jù)牛頓第二定律mg-qE=mg'，解得電場強度大小為E=3mg4q，電場方向豎直向上，故A錯誤，2.(2024·北京市房山區(qū)一模)如圖所示，勁度系數(shù)為k的輕彈簧上端固定在天花板上，下端連接一可視為質(zhì)點的小球。重力加速度大小為g。將小球托起至O點，彈簧恰好處于原長，松手后小球在豎直方向做簡諧運動，最遠能夠到達B點，A點為OB的中點。下列說法正確的是()A.O點到B點彈力的沖量大小等于重力沖量的大小B.O點到B點彈簧先做正功后做負功C.O點到A點彈力做功與A點到B點彈力做功一樣多D.小球經(jīng)過A點時的加速度大小為g答案A解析小球從O到B根據(jù)動量定理有IG-I彈=0，則O點到B點彈力的沖量大小等于重力沖量的大小，故A正確；O點到B點彈簧一直被拉伸，彈簧一直做負功，故B錯誤；O點到A點的彈力要比A點到B點的彈力小，而A點為OB的中點，則O點到A點彈力做的功小于A點到B點彈力做的功，故C錯誤；A點為OB的中點，即小球做簡諧運動的平衡位置，則小球經(jīng)過A點時的加速度大小為0，故D錯誤。3.(2024·安徽卷·3)某儀器發(fā)射甲、乙兩列橫波，在同一均勻介質(zhì)中相向傳播，波速v大小相等。某時刻的波形圖如圖所示，則這兩列橫波()A.在x=9.0m處開始相遇B.在x=10.0m處開始相遇C.波峰在x=10.5m處相遇D.波峰在x=11.5m處相遇答案C解析由題意可知兩列波的波速相同，所以相同時間內(nèi)傳播的距離相同，故兩列橫波在x=11.0m處開始相遇，故A、B錯誤；甲波峰的橫坐標(biāo)為x1=5m，乙波峰的橫坐標(biāo)為x2=16m，由于兩列波的波速相同，所以波峰在x'=5m+16-52m=10.5m處相遇，故C正確，D4.(多選)(2024·安徽黃山市二模)把一個篩子用四根彈簧支撐起來，篩子上裝一個電動偏心輪，它每轉(zhuǎn)一周，給篩子一個驅(qū)動力，這就做成了一個共振篩，如圖甲所示。該共振篩的共振曲線如圖乙所示。已知增大電壓，可使偏心輪轉(zhuǎn)速提高；增加彈簧的勁度系數(shù)，可減小篩子的固有周期?，F(xiàn)在，在某電壓下偏心輪的轉(zhuǎn)速是60r/min。為使共振篩的振幅增大，以下做法可行的是()A.降低輸入電壓B.增加輸入電壓C.更換勁度系數(shù)更大的彈簧D.更換勁度系數(shù)更小的彈簧答案AC解析如題圖乙可知，篩子的固有頻率為f0=0.8Hz，現(xiàn)在某電壓下偏心輪的轉(zhuǎn)速是60r/min，頻率為f=n=60r/min=1r/s=1Hz，固有頻率小于驅(qū)動力的頻率。為使共振篩的振幅增大，可以減小驅(qū)動力的頻率，則偏心輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)減小，應(yīng)降低輸入電壓，故A正確，B錯誤；為使共振篩的振幅增大，可以使篩子的固有頻率增大，則固有周期減小，即增加彈簧的勁度系數(shù)，故C正確，D錯誤。5.(2024·河北石家莊市檢測)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，如圖所示，實線為t1=2s時的波形圖，虛線為t2=5s時的波形圖。下列關(guān)于平衡位置在O處質(zhì)點的振動圖像正確的是()答案A解析簡諧橫波沿x軸正方向傳播，由波形圖可知t2-t1=nT+3T4(n=0、1、2、3…)，解得T=124n+3s(n=0、1、2、3…)，n=0時T=4s；周期不可能是12s；當(dāng)T=4s時，在t=2s時刻原點處的質(zhì)點在平衡位置向上振動，則A正確，B6.(2024·廣東省部分學(xué)校二模)某簡諧橫波沿x軸傳播，在t=0時刻的波形如圖所示，此時介質(zhì)中有三個質(zhì)點B、C和D，B的橫坐標(biāo)為0，C的縱坐標(biāo)為0，D與C間沿x軸方向的距離為波長的18，質(zhì)點B的振動方程為y=4sin(π2t-π6)cm。下列說法正確的是A.該波沿x軸正方向傳播B.該波的波長為11mC.該波的波速大小為12m/sD.t=0時刻起質(zhì)點D回到平衡位置的最短時間為1.5s答案A解析由y=4sin(π2t-π6)cm，得t=0時，yB0=-2cm，經(jīng)過極短的時間Δt，|yB1|<|yB0|，即t=0時質(zhì)點B沿y軸正方向振動，結(jié)合題圖知，該波沿x軸正方向傳播，故A正確；質(zhì)點振動的周期T=2ππ2s=4s，設(shè)t時刻，質(zhì)點B第一次到達平衡位置處，即y=4sin(π2t解得t=13s=112T，即波再傳播112λ質(zhì)點B處于平衡位置，如圖中虛線所示，則λ-112λ解得λ=12m，故B錯誤；波速v=λT=3m/s，故C錯誤；t=0時刻起，質(zhì)點D回到平衡位置的最短時間為18λv=0.57.(2024·江西卷·6)如圖(a)所示，利用超聲波可以檢測飛機機翼內(nèi)部缺陷。在某次檢測實驗中，入射波為連續(xù)的正弦信號，探頭先后探測到機翼表面和缺陷表面的反射信號，分別如圖(b)、(c)所示。已知超聲波在機翼材料中的波速為6300m/s。關(guān)于這兩個反射信號在探頭處的疊加效果和缺陷深度d，下列選項正確的是()A.振動減弱；d=4.725mmB.振動加強；d=4.725mmC.振動減弱；d=9.45mmD.振動加強；d=9.45mm答案A解析根據(jù)反射信號圖像可知，超聲波的傳播周期為T=2×10-7s，又波速v=6300m/s，則超聲波在機翼材料中的波長λ=vT=1.26×10-3m，結(jié)合題圖可知，兩個反射信號傳播到探頭處的時間差為Δt=1.5×10-6s，故兩個反射信號的路程差2d=vΔt=9.45×10-3m=152λ，解得d=4.725mm，則兩個反射信號在探頭處振動減弱，故A8.(2024·安徽省皖江名校聯(lián)盟二模)一列簡諧橫波沿x軸傳播，O、M、N是介質(zhì)中的三個質(zhì)點，已知t=1.0s時刻y軸右側(cè)的波形圖如圖甲所示，質(zhì)點N的振動圖像如圖乙所示。下列說法正確的是()A.從t=1.0s開始，波傳播時，質(zhì)點M比質(zhì)點N先到達波谷B.波在介質(zhì)中傳播的速度為5cm/sC.從t=1.0s開始計時，再經(jīng)歷3.5s的時間，質(zhì)點O回到平衡位置D.質(zhì)點N的平衡位置坐標(biāo)為25cm答案D解析由圖乙可知，t=1.0s時，質(zhì)點N沿y軸正方向運動，由圖甲可判斷出波沿x軸負向傳播，此時質(zhì)點M也沿y軸正向運動，故可知從此時開始質(zhì)點N比M先到達波谷，故A錯誤；由圖甲和圖乙可知，波在介質(zhì)中傳播的波長λ=120cm，周期T=12s，所以波速v=λT=10cm/s，故B錯誤；此時質(zhì)點O的振動方向沿y軸正向，因其相對平衡位置的位移大小為22A，由22A=Asinθ，可知θ=45°，因而質(zhì)點O再經(jīng)過t1=18T=1.5s回到平衡位置，故C錯誤；由C項分析可知，質(zhì)點M的振動狀態(tài)移至O點所需時間應(yīng)等于t1=18T，即xOM=vt1=15cm，質(zhì)點N經(jīng)過t=1.0s由平衡位置振動到圖甲所示位置，故M、N兩質(zhì)點平衡位置間的距離xMN=vt=10cm，所以質(zhì)點N的平衡位置坐標(biāo)為xOM+xMN=259.(多選)(2024·東北三省四市質(zhì)量檢測)如圖，有一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，實線為t1=0時刻的波形圖，虛線為t2=1s時刻的波形圖。下列說法正確的是()A.該波的波長為16mB.t1=0時刻，x=2m處的質(zhì)點振動速度方向沿y軸正方向C.該波的波速可能為10m/sD.t1~t2時間內(nèi)x=2m處的質(zhì)點通過的路程可能為(10+52)cm答案AD解析由題圖可知該波的波長為16m，故A正確；根據(jù)同側(cè)法可知t1=0時刻，x=2m處的質(zhì)點振動速度方向沿y軸負方向，故B錯誤；根據(jù)題意可知v=6+nλt2-t1=6+16n(m/s)(n=0，1，2，3…)，當(dāng)n=0時，波速為6m/s，當(dāng)n=1時，波速為22m/s，不可能為10m/s，故C錯誤；根據(jù)題意可知nT+616T=1s(n=0，1，2，3…)，可得T=83+8ns(n=0，1，2，3…)，當(dāng)n=0時T=83s，t1=0時刻x=2m處的質(zhì)點的位移x=10sinπ4cm=52cm，x=2m處的質(zhì)點運動到平衡位置所需的時間t=18T=13s，再從平衡位置運動到負向最大位移處所需的時間t'=14T=23s，路程為s=52cm+10cm=(10+5210.(多選)(2024·河南許昌市模擬)如圖甲所示，在xOy平面內(nèi)的均勻介質(zhì)中兩波源S1、S2分別位于x軸上x1=0、x2=14m處，兩波源均從t=0時刻開始沿y軸方向做簡諧運動，波源S1的振動圖像如圖乙所示，波源S2的振動方程是y=3sin(πt)cm，質(zhì)點P位于x軸上xP=4m處，在t=2s時，質(zhì)點P開始振動。下列說法正確的是()A.這兩列波的波長λ為3mB.這兩列波的周期相同，都是2sC.兩列波剛開始相遇的時刻，質(zhì)點P的位移y=4cmD.從t=0開始經(jīng)5.5s，x=7m處的質(zhì)點通過的路程s=4cm答案BCD解析波源S1離質(zhì)點P較近，波源S1先傳播至質(zhì)點P，兩列波在同一均勻介質(zhì)中傳播，波速相等，波速為v=xPt=42m/s=2m/s，波源S1的周期為2s，波源S2的周期為T=2πω=2ππs=2s，這兩列波的波長為λ1=λ2=λ=vT=2×2m=4m，故A錯誤，B正確；兩列波剛開始相遇的時刻，有Δx1=vt1+vt1=14m，解得t1=3.5s，兩列波剛開始相遇的時刻，波源S2未傳播至質(zhì)點P，波源S1已傳播至質(zhì)點P，質(zhì)點P振動時間為Δt1=t1-T=1.5s=34T，此時質(zhì)點P處