新高考物理第一轮复习课时强化训练机械振动和机械波解析版.docx
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新高考物理第一轮复习课时强化训练机械振动和机械波解析版
2021届新高考物理第一轮复习课时强化训练
机械振动和机械波
一、选择题
1、(多选)关于多普勒效应,下列说法正确的是()
A.多普勒效应是由于波的干涉引起的
B.发生多普勒效应时,波源的频率并未发生改变
C.多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而发生的
D.若声源向观察者靠近,则观察者接收到的频率大于声源发出声波的频率
解析:
选BCD多普勒效应是由于波源与观察者之间发生相对运动而产生的,其波源的频率不发生变化,是观察者接收到的频率发生变化,故B、C正确,A错误;当声源向观察者靠近时,观察者接收到的频率大于声源发出声波的频率,D正确。
2、(多选)一列机械波在t=0时刻第一次形成的波形如图所示,质点A、P、B、C、Q在x轴上的位置分别为1cm、1.5cm、3cm、4cm、19cm。
从此时开始,质点B到达波峰的时间比质点C早了0.5s。
下列说法正确的是()
A.t=0时刻,质点P向上振动
B.振源振动的频率为0.5Hz
C.该波的波速为2m/s
D.t=9s时,质点Q处于波峰位置
解析:
选ABD t=0时刻,因波向右传播,根据“上下坡”法可知,质点P向上振动,则A正确;B比C超前运动
个周期,即
=0.5s,则周期T=2s,频率f=
=0.5Hz,则B正确;由题图知λ=4cm,v=
=
m/s=0.02m/s,则C错误;由第一波峰传到Q点历时:
t=
s=9s,则D正确。
3、(多选)如图所示是质点做简谐运动的图像,由此可知()
A.t=0时,质点的位移、速度均为零
B.t=1s时,质点的位移最大,速度为零,加速度最大
C.t=2s时,质点的位移为零,速度负向最大,加速度为零
D.质点的周期为4s,频率为0.25Hz
解析:
选BCD 当t=0时,质点的位移为零,加速度为零,此时质点在平衡位置具有沿x轴正方向的最大速度,选项A错误;当t=1s时,质点的位移最大,加速度负向最大,此时质点振动到平衡位置正方向的最大位移处,速度为零,选项B正确;t=2s时,质点的位移为零,加速度为零,速度最大,方向沿x轴负方向,选项C正确;由题给图像可以确定周期T=4s,频率f=
=0.25Hz,D正确。
4、为了交通安全,常在公路上设置如图所示的减速带,一排等间距设置的减速带,可有效降低车速,称为洗衣板效应。
如果某路面上的减速带的间距为1.5m,一辆固有频率为2Hz的汽车匀速驶过这排减速带,下列说法正确的是( )
A.当汽车以5m/s的速度行驶时,其振动频率为2Hz
B.当汽车以3m/s的速度行驶时最不颠簸
C.当汽车以3m/s的速度行驶时颠簸最厉害
D.汽车速度越大,颠簸就越厉害
解析:
选C 当汽车以5m/s的速度行驶时,驱动力的周期为T=
=
s=0.3s,所以频率为f=
=
Hz,故A错误;当汽车以3m/s的速度行驶时,驱动力的频率为f=
=
Hz=2Hz,此时驱动力的频率和汽车的固有频率相同,颠簸最厉害,故C正确,B错误;当驱动力的频率等于固有频率时,发生共振,振动的振幅最大,颠簸最厉害,故D错误。
5、(多选)甲、乙两位同学利用假期分别在两个地方做“用单摆测重力加速度”的实验,回来后共同绘制了T2L图像,如图甲中A、B所示,此外甲同学还顺便利用其实验的单摆探究了受迫振动,并绘制了单摆的共振曲线,如图乙所示,那么下列说法正确的是( )
A.单摆的固有周期由摆长和所处环境的重力加速度共同决定
B.由图甲分析可知,A图线所对应的实验地点重力加速度较大
C.若将单摆放入绕地球稳定飞行的宇宙飞船中,则无法利用单摆测出飞船轨道处的重力加速度
D.如果甲同学增大摆长,他得到的共振曲线的峰将向左移动
解析:
选ACD 单摆的固有周期公式为T=2π
,L为摆长,g为当地重力加速度,A正确;根据T=2π
,得T2=
L,所以T2L图像的斜率k=
,图甲中A图线的斜率大于B图线的斜率,故A图线对应的重力加速度较小,故B错误;若将单摆放入绕地球稳定飞行的宇宙飞船中,摆球处于完全失重状态,不能在竖直平面内来回摆动,故C正确;根据T=2π
,若在同一地点增大摆长,则单摆固有周期变大,固有频率变小,则发生共振时的驱动力频率变小,共振曲线的峰向左移动,D正确。
6.(多选)有一个在y方向上做简谐运动的物体,其振动图像如图所示。
下列关于图甲、乙、丙、丁的判断正确的是(选项中v、F、a分别表示物体的速度、受到的回复力和加速度)( )
A.甲可作为该物体的vt图像
B.乙可作为该物体的Ft图像
C.丙可作为该物体的Ft图像
D.丁可作为该物体的at图像
解析:
选C 在简谐运动中,速度与位移是互余的关系,故图乙可作为vt图像,A、B错误;由F=-kx可知,回复力的图像与位移图像的相位相反,故丙可作为Ft图像,C正确;又由F=ma可知a与F的图像形状相同,丙可作为at图像,D错误。
7.(多选)如图所示,A、B两处为在同一均匀介质中且振动频率均为f的振源,两振源的振动步调完全相同,O点为两振源连线的中点。
已知两振源在该介质中形成的机械波的振幅均为A、波速均为v,AB=a,两振源的振动方向与初相位均相同。
下列说法正确的是( )
A.当O点开始振动后其振动频率等于振源的振动频率f
B.当O点开始振动后其振动频率等于振源的振动频率2f
C.当O点开始振动后其振幅等于2A
D.当两振源之间的距离a=n
(n=1,2,3,…)时,O点开始振动后其振幅一定小于2A
解析:
选AC 在机械波传播的过程中,各质点的振动频率均等于振源的振动频率,即当O点开始振动后其振动频率等于振源的振动频率f,A正确、B错误;由叠加原理可知,当O点开始振动后振幅应等于两列机械波的振幅之和,即为2A,C正确;因为O点为两振源连线的中点,到两振源的距离差等于零,因此O点为振动加强点,其振幅始终为2A,D错误。
8.(多选)甲、乙两弹簧振子的振动图像如图所示,则可知( )
A.两弹簧振子完全相同
B.两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲∶F乙=2∶1
C.振子甲速度为零时,振子乙速度最大
D.两弹簧振子的振动频率之比f甲∶f乙=1∶2
解析:
选CD 从题给图像中可以看出,两弹簧振子周期之比T甲∶T乙=2∶1,则频率之比f甲∶f乙=1∶2,D正确;弹簧振子周期与振子质量、弹簧劲度系数k有关,周期不同,说明两弹簧振子不同,A错误;由于弹簧的劲度系数k不一定相同,所以两振子所受回复力(F=-kx)的最大值之比F甲∶F乙不一定为2∶1,B错误;由简谐运动的特点可知,在振子到达平衡位置时位移为零,速度最大,在振子到达最大位移处时,速度为零,从图像中可以看出,在振子甲到达最大位移处时,振子乙恰好到达平衡位置,C正确。
9、如图甲所示为一弹簧振子自由振动(即做简谐运动)时的位移随时间变化的图象,图乙为该弹簧振子在某外力的作用下做受迫振动时的位移随时间变化的图象,则下列说法中正确的是( )
A.由图甲可知该弹簧振子的固有周期为4s
B.由图乙可知弹簧振子的固有周期为
8s
C.由图乙可知外力的周期为8s
D.如果改变外力的周期,在接近4s的附近该弹簧振子的振幅较大
E.如果改变外力的周期,在接近8s的附近该弹簧振子的振幅较大
解析:
选ACD图甲是弹簧振子自由振动时的图象,由图甲可知,其振动的固有周期为4s,A正确,B错误;图乙是弹簧振子在驱动力作用下的振动图象,弹簧振子的振动周期等于驱动力的周期,即8s,C正确;当固有周期与驱动力的周期相等时,其振幅最大,驱动力的周期越接近固有周期,弹簧振子的振幅越大,D正确,E错误。
10、如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图乙为介质中x=2m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象。
下列说法正确的是( )
A.这列波的传播方向是沿x轴正方向
B.这列波的传播速度是20m/s
C.经过0.15s,质点P沿x轴的正方向传播了3m
D.经过0.1s,质点Q的运动方向沿y轴正方向
E.经过0.35s质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离
解析:
选ABE由题中甲、乙两图可知,该波向x轴正方向传播,A正确;由题图甲知波长λ=4m,由题图乙知周期T=0.2s,则波速v=
=
m/s=20m/s,B正确;质点不随波迁移,只在其平衡位置附近振动,C错误;经过0.1s=
T,质点Q的运动方向沿y轴负方向,D错误;经过0.35s=1
T,质点P到达波峰,而质点Q在波谷与平衡位置之间,故E正确。
11、(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t时刻波形图如图中的实线所示,此时波刚好传到P点,t+0.6s时刻的波形如图中的虚线所示,a、b、c、P、Q是介质中的质点。
下列说法正确的是( )
A.这列波的波速可能为50m/s
B.质点a在这段时间内通过的路程一定小于30cm
C.质点c在这段时间内通过的路程可能为60cm
D.若周期T=0.8s,从t+0.4s时刻开始计时,则质点c的振动方程为x=0.1sinπt(m)
解析:
选AC 由波形图可知波长λ=40m,且0.6s=nT+
T(n=0,1,2,…),解得周期T=
s(n=0,1,2,…)。
当n=0时,T=0.8s,波速v=
=50m/s,选项A正确。
由传播方向沿x轴正方向可知质点a在t时刻向上运动,当n=0时,T=0.8s,则质点a在这段时间内通过的路程小于30cm;当n=1时,T=
s,质点a在这段时间内通过的路程大于30cm,选项B错误。
若n=1,则T=
s,波传播到c点所用时间为
T,0.6s=
,质点c振动的时间为
T-
T=
T,故在这段时间内质点c通过的路程则为6A=60cm,选项C正确。
若T=0.8s,从t+0.4s时刻开始计时,则质点c的振动方程为y=0.1·cos
πt(m),选项D错误。
12.(多选)图甲为某沿x轴方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,a、b、c、d是横波上的四个质点;图乙是质点d的振动图像,则下列说法正确的是( )
A.t=0时质点a的速度大小比质点c的小
B.波沿x轴负方向传播
C.波速为2.5cm/s
D.从t=0时刻开始质点b比质点c先回到平衡位置
解析:
选AD 由振动图像t=0时刻d点向下振动可知,波源在左侧,波沿x轴正方向传播,t=0时质点a的速度大小为零,质点c速度不为零,即t=0时质点a的速度大小比质点c的小,故A正确,B错误;由图像可知波动周期为T=2s,波长为λ=4m,则波速为v=
=
m/s=2m/s,故C错误;从t=0时刻开始质点b和质点c到平衡位置的位移相同,b向平衡位置运动,c远离平衡位置,故b先回到平衡位置,故D正确。
二、非选择题
13、一列简谐横波沿x轴正方向传播,当t=0时波恰好传播到x轴上的质点B,此时在它左边的质点A恰好位于负最大位移处,如图所示,当t=1s时,质点B第二次出现在正的最大位移处。
该简谐波的波速等于________m/s,质点B的振动方程为y=______cm。
解析:
由波的图像可读出波长λ=8m,而B质点在t=0开始向上振动,在t=1s时第二次出现在波峰,即1s=
+T,故有T=
s,由v=
=
m/s=10m/s;质点B的起振向上,振幅A=5cm,而ω=
=2.5πrad/s,故质点B的振动方程为y=Asinωt=5sin(2.5πt)cm。
答案:
(1)10
(2)5sin2.5πt
14、如图甲所示,在均匀介质中P、Q两质点相距d=0.4m,质点P的振动图像如图乙所示。
已知t=0时刻,P、Q两质点都在平衡位置,且P、Q之间只有一个波峰。
求:
(1)波的传播速度;
(2)质点Q下一次出现在波谷的时间。
解析:
(1)由题图乙可得该波的周期T=0.2s。
若P、Q间没有波谷,P、Q间距离等于半个波长,
即λ=0.8m,波速v=
=4m/s;
若P、Q间有一个波谷,P、Q间距离等于一个波长,
即λ=0.4m,波速v=
=2m/s;
若P、Q间有两个波谷,则
λ=0.4m,即λ=
m,
波速v=
=
m/s。
(2)t=0时刻,质点P向下振动,经过0.05s到波谷处,经过0.15s到波峰处,若P、Q间距为一个波长,P、Q同时出现在波谷处,则质点Q下一次出现在波谷的时间是t=0.05s,若P、Q间距为半波长的1倍或3倍,质点Q在波谷时,质点P在波峰,则质点Q下一次出现在波谷的时间是t=0.15s。
答案:
(1)4m/s、2m/s或
m/s
(2)0.05s或0.15s
15、一列简谐横波在某介质中沿x轴传播,在x轴上a、b两点的振动图像分别为如图甲、乙所示,波的传播速度为5m/s,a、b间的距离小于一个波长,若波从a传播到b,则a、b间的距离为______________m;若波从b传播到a,所用的时间为____________s,若增大波源处质点的振动频率,则波从b传播到a所用的时间会________________(填“变大”“变小”或“不变”).
答案:
5 3 不变
解析:
若波从a传播到b,则ab间距为
波长,故xab=
λ=
vT=5m;波从b传播到a,则传播的时间t=
T=3s;若增大波源处质点的振动频率,由于形成的波在同一介质中传播的速度不变,因此波从b传播到a所用的时间不变.
16、一列沿x轴传播的简谐横波,在t=0时刻的波形如图所示,已知该波的传播速度为6.0m/s,求:
(1)该列波的周期;
(2)平衡位置在x=4cm处的质点在0~0.045s时间内的位移和路程.
答案:
(1)0.02s
(2)若波沿x轴正方向传播,位移为+4cm,路程为36cm;若波沿x轴负方向传播,位移为-4cm,路程为36cm.
解析:
(1)由题图可知波长λ=12cm,则周期
T=
=
s=0.02s.
(2)Δt=0.045s=2T+
T
若波沿x轴正向传播,平衡位置在x=4cm处的质点从平衡位置开始沿y轴正向运动,Δt内的位移就是
T内的位移,即位移为+4cm,路程为9A=36cm
若波沿x轴负向传播,平衡位置在x=4cm处的质点从平衡位置开始沿y轴负向运动,Δt内的位移就是
T内的位移,即位移为-4cm,路程为9A=36cm.
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