适用于老高考旧教材2024版高考物理二轮复习专题分层突破练16机械振动与机械波（附解析）

专题分层突破练16　机械振动与机械波A组基础巩固练1.(多选)(2023河南开封三模)下列说法正确的是(　　)A.简谐运动的质点经过平衡位置时所受合外力不一定为0B.当驱动力的频率越接近物体的固有频率时,物体受迫振动的振幅越大C.只有超声波才能发生多普勒效应D.光导纤维的内芯的折射率大于外套的折射率E.利用激光测量地球到月球的距离,准确度可以达到厘米级别,说明激光具有高度的相干性的特点2.(多选)(2023陕西西安一模)图甲为超声波悬浮仪,上方圆柱体中,高频电信号(由图乙电路产生)通过压电陶瓷转换成同频率的高频声信号,发出超声波,下方圆柱体将接收到的超声波信号反射回去。两列超声波信号叠加后,会出现振幅几乎为零的点——节点,小水珠能在节点处附近保持悬浮状态,图丙为某时刻两列超声波的波形图,该时刻两波分别传到M(-1.5cm,0)、N(0.5cm,0)两点,已知声波传播的速度为340m/s。则下列说法正确的是(　　)A.该超声波悬浮仪所发出的超声波信号频率为34000HzB.两列波充分叠加后,小水珠能悬浮在点M(-1.5cm,0)附近C.小水珠悬浮时,受到的声波压力竖直向上D.经过t=1×10-4s点M沿x轴正方向移动3.4cmE.拔出图乙线圈中的铁芯,可以增加悬浮仪中的节点个数3.(多选)(2023河南一模)如图所示,一列简谐波沿x轴传播,t=0.2s时刻,x=-1m与x=1.5m间的波形如图所示,质点P平衡位置的坐标为(-1m,0)。已知质点P的振动方程为y=-10sin5πt(cm),则下列说法正确的是(　　)A.波沿x轴负方向传播 B.波的传播速度大小为5m/sC.从图示时刻开始,经过1s,质点P运动的路程为50cmD.t=0.4s时刻,质点P的位移为10cmE.t=0.4s至t=0.6s时间内,质点P的速度先减小后增大4.(多选)(2023陕西铜川一模)一列简谐横波沿x轴正方向传播,波速v=4cm/s。a、b两质点平衡位置的坐标分别为xa=18cm和xb=32cm,t=0时刻的波形如图所示,此时质点a刚好开始振动,则下列说法正确的是(　　)A.该简谐横波的周期是3.5sB.t=3.5s时,质点b刚好开始振动C.质点b刚要开始振动时,质点a刚好处于波峰位置D.质点b刚要开始振动时,在0<x<4cm范围内的质点都向下振动E.该简谐横波稳定传播后,a、b两质点间可以同时出现两个波峰5.(多选)一列简谐横波沿x轴传播,图甲是t=0时刻的波形图;P是介质中位于x=2m处的质点,其振动图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　)A.波速为2m/sB.波向左传播C.波的振幅是10cmD.x=3m处的质点在t=7s时位于平衡位置E.质点P在0~7s时间内运动的路程为70cm6.(多选)(2023陕西二模)周期为8.0s的简谐横波沿x轴传播,该波在t=0时的图像如图所示,此时质点P沿y轴负方向运动。下列说法正确的是(　　)A.该波沿x轴正方向传播B.该波的传播速度为5m/s C.x=5m处质点的振动经过6s传到P,所以t=6s时P处于波峰D.当遇到直径为20m的圆形障碍物时,该波不能发生明显的衍射现象E.当波源向着观测者运动时,观测者接收到该波的频率大于波源的实际频率7.均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上,坐标分别为0和xB=16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播,波速为v=20cm/s,波长大于20cm,振幅为y0=1cm,且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同,运动方向相反,此后每隔Δt=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻(t1>0),质点A位于波峰。求:(1)从t1时刻开始,质点B最少要经过多长时间位于波峰;(2)t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。B组素能提升练8.(2023上海一模)如图甲所示,在平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0,-2),两波源的振动图线分别如图乙和图丙所示,两列波的波速均为1.00m/s,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互　　　　(选填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互　　　　(选填“加强”或“减弱”)。 9.(多选)(2022陕西西安一模)由两个波源发出的甲、乙两列简谐横波在同一介质中传播,两列波的振幅都为5cm,波速均为10m/s。甲波沿x轴正向传播(如图中实线所示),乙波沿x轴负方向传播(如图中虚线所示)。在某一时刻甲、乙两波分别到达A、B两点,如图所示。下列说法正确的是(　　) A.两列波的频率均为0.2HzB.两列波的波长均为2mC.两列波相遇会发生干涉现象D.甲、乙两列波引起x=3m处质点的振动相互减弱E.再经过0.05s,x=3m处质点的位移y=-10cm10.(多选)(2022河南洛阳二模)一列简谐横波,在t=0.6s时刻的图像如图甲所示,此时,P、Q两质点的位移均为-1cm,波上A质点的振动图像如图乙所示,则以下说法正确的是(　　)A.这列波沿x轴正方向传播B.这列波的波速是503m/sC.从t=0.6s开始,紧接着的Δt=0.6s时间内,A质点通过的路程是10mD.从t=0.6s开始,质点P比质点Q早0.4s回到平衡位置E.若该波在传播过程中遇到一个尺寸为10m的障碍物不能发生明显衍射现象11.如图甲所示,做课间操时,与人耳等高的正前方有两个相隔一定距离的扬声器C、D,某同学最初站立在两扬声器中垂线上M处,N、P、M位于平行于C、D连线的同一直线上。某段时间内C、D两扬声器输出的振动图像如图乙所示,振动周期均为T,实线为C扬声器振动图像,虚线为D扬声器振动图像。若声音在空气中传播速度为v,已知NC=10vT,ND=1234vT,PC=1035vT,PD=111720vT,则这个同学在左右跳动过程中,下列说法正确的是(　　)A.在M点听到的声音比在N点听到的声音弱B.在N点听到的声音比在P点听到的声音强C.在P点听到的声音比在M点听到的声音强D.在M点听到的声音和在N点听到的声音一样强 12.(多选)(2023湖南张家界二模)如图甲所示,在x轴上有S1和S2两个波源分别位于x1=-0.2m和x2=1.2m处,振动方向与xOy平面垂直并向周围空间(介质分布均匀)传播,波速为v=2m/s。t=0时刻两波源同时开始振动,图像分别如图乙、丙所示。M为xOy平面内一点,Δr=lMS2-lMS1。下列说法正确的是(　　)甲乙丙A.(0.2m,0)处的质点开始振动方向沿z轴负方向B.两列波相遇后,(0.6m,0)处的质点振动加强C.两列波相遇后,(0.5m,0)处的质点振动加强D.若Δr=0.2m,从两列波在M点相遇开始计时,M点振动方程为z=0.4sin(10πt+π)m13.(多选)(2023湖南衡阳二模)一列简谐横波沿x轴传播,在t=0.125s时的波形如图甲所示,M、N、P、Q是介质中的四个质点,已知N、Q两质点平衡位置之间的距离为16m。图乙为质点P的振动图像。下列说法正确的是(　　)A.该波的波速为240m/sB.该波沿x轴负方向传播C.质点P的平衡位置位于x=3m处D.从t=0.125s开始,质点Q比质点N早130s回到平衡位置 专题分层突破练16　机械振动与机械波1.ABD　做简谐运动的物体经过平衡位置时的回复力一定为0,但所受合外力不一定为零,如振幅很小的单摆运动到最低点受到的合外力就不等于0,A正确;当驱动力的频率等于物体的固有频率时,物体发生共振,振幅最大。故物体在做受迫振动时,当驱动力的频率越接近物体的固有频率,受迫振动振幅越大,B正确;多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波,C错误;光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率,D正确;利用激光测量地球到月球的距离,准确度可以达到厘米级别,说明激光具有高度的平行性的特点,E错误。2.ACE　根据频率、波速、波长的关系有f=vλ=3401×10-2Hz=34000Hz,故A正确;P、Q看作两个波源,波源的振动步调相反,M点与两波源的波程差为2.5cm,即2.5个波长,则该点为振动加强点,小水珠不能悬浮在点M(-1.5cm,0)附近,故B错误;根据小水珠受力可知,小水珠悬浮时,受到的声波压力竖直向上,故C正确;质点只能沿y轴方向运动,不会随波传播方向迁移,故D错误;拔出铁芯,自感线圈的自感系数L减小,LC振荡电路的周期减小,频率变大,超声波频率变大,波长变短,相同空间距离内节点个数变多,故E正确。3.ABE　由质点P的振动方程可知,该波的周期T=2πω=2π5π=0.4s,t=0.2s时刻,质点P正在平衡位置向上振动,因此波沿x轴负方向传播,故A正确;由波形图知该列波波长为λ=2m,则波速v=λT=20.4m/s=5m/s,故B正确;从图示时刻开始,经过1s,质点P振动了2.5个周期,则质点P运动的路程为s=2.5×4A=100cm,故C错误;t=0.4s时刻,质点P仍位于平衡位置,所以位移为零,故D错误;t=0.4s至t=0.6s时间内,质点P将从平衡位置沿y轴负方向运动再回到平衡位置,因此质点P的速度先减小后增大,故E正确。4.BDE　由图像可知该波波长为λ=12cm,波速v=4cm/s,所以该简谐横波的周期是T=λv=3s,选项A错误;质点b刚好开始振动时,波向前传播14cm,用时t=144s=3.5s,选项B正确;质点b刚要开始振动时,波向前传播14cm,质点a不在波峰位置,选项C错误;质点b刚要开始振动时,波向前传播14cm,根据此时的波形图可知,在0<x<4cm范围内的质点都向下振动,选项D正确;a、b两质点间的距离为14cm=76λ,则该简谐横波稳定传播后,a、b两质点间可以同时出现两个波峰,选项E正确。5.ABE　简谐横波沿x轴传播,由题图甲的波形图可知波长λ=4m,振幅A=5cm,由题图乙的振动图像可知周期T=2s,波速v=λT=2m/s,选项A正确,C错误。由题图乙可知P在t=0时刻向下振动,由题图甲,根据同侧法(或波形微平移法)可知简谐横波向左传播,选项B正确。t=0时,x=3m处的质点位于波谷,7s=3T+T2,所以7s时,该质点位于波峰,选项D错误。s=14A=70cm,选项E正确。6.ACE　此时质点P沿y轴负方向运动,根据波形平移法可知,该波沿x轴正方向传播,故A正确;由题图可知波长为20m,则该波的传播速度为v=λT=208m/s=2.5m/s,故B错误;由题图可知,此时x=5m处质点处于波峰,x=5m处质点的振动传到P所用时间为Δt=Δxv=20-52.5s=6s,可知t=6s时P处于波峰,故C正确;波长为20m,则当遇到直径为20m的圆形障碍物时,该波能够发生较明显的衍射现象,故D错误;根据多普勒效应可知,当波源向着观测者运动时,观测者接收到该波的频率大于波源的实际频率,故E正确。7.答案(1)0.8s(2)-0.5cm 解析(1)由题意,若Δt表示一个周期,则波长为0.6×20cm=12cm<20cm,与题目要求不符,所以该波的周期T=2Δt=1.2s,波长λ=vT=24cm,xAB=23λ。故振动状态从A传到B需要t=23T的时间,故B最少经过t=23T=0.8s,位于波峰。(2)从t1时刻开始,质点A的振动方程为yA=y0cos2πTt,质点B的振动落后质点A23T时间,故yB=y0cos2πT×23T,即此时yB=-0.5cm。8.答案减弱　加强解析由于两列波的波源到点B(4,1)的路程相等,路程差为零,且t=0时两列波的波源的振动方向相反,所以两列波到达点B时振动方向相反,引起的点B处质点的振动相互减弱。由振动图线可知,周期为T=2s,波长为λ=vT=2m,由于两列波的波源到点C(0,0.5)的路程分别为3.5m和2.5m,波程差为1m,而t=0时两列波的波源的振动方向相反,所以两列波到达点C时振动方向相同,引起的点C处质点的振动相互加强。9.BCE　由图示波形可知,波长λ甲=λ乙=2m,波的频率f甲=f乙=vλ=102Hz=5Hz,A错误,B正确;两列波的频率相等、相位差恒定、振动方向相同,两列波相遇可以发生稳定的干涉,C正确;由图示波形可知,甲、乙两列波引起x=3m处质点的振动方向相同,该质点振动相互加强,D错误;波的周期T=1f=0.2s,图示时刻x=3m处的质点沿y轴负方向振动,经过0.05s=14T,质点到达负向最大位移处,每列波引起质点的振幅为5cm,x=3m处的质点是振动加强点,则再经过0.05s,x=3m处的质点的位移y=-2A=-10cm,E正确。10.ABD　由乙图读出t=0.6s时刻质点A的速度方向为沿y轴负方向,由图甲判断出波的传播方向为沿x轴正方向,A正确;由图甲读出波长为λ=20m,由图乙知周期T=1.2s,则波速v=λT=201.2m/s=503m/s,B正确;Δt=0.6s=0.5T,质点做简谐运动时在一个周期内质点A通过的路程为4倍振幅,则经过Δt=0.6s,A质点通过的路程是s=2A=4cm,C错误;图示时刻质点P沿y轴正方向振动,质点Q沿y轴负方向振动,所以质点P将比质点Q早回到平衡位置,将此图像与正弦曲线进行对比可知,P点的横坐标为xP=203m,Q点的横坐标xQ=403m,根据波形的平移法可知质点P比质点Q早回到平衡位置的时间为t=xQ-xPv=0.4s,D正确;发生明显衍射现象的条件是障碍物的尺寸比波长小或跟波长差不多,该波的波长为20m,E错误。11.C　由题意可知,两波源的起振相位差T4,对M点而言,由于C、D到M点的波程差为零,故两列波在M点引起的振动相位也差T4,故既非加强点也非减弱点。对N点而言,由于C、D到N点的波程差为234λ,当C波到达N点时,D波到达N点还需234T,故再经234T,C波在N点引起的振动位于最低点,而此时D波刚到达N点,在N点引起的振动位于最高点,故两列波在N点引起的振动刚好反向,为减弱点,振幅为零,此位置始终听不到声音。对P点而言,由于C、D到P点的波程差为114λ,故当C波到达P点时,D波到达P点还需114T,故再经114T,C波在P点引起的振动位于最高点,而此时D波刚到达P点,在P点引起的振动也位于最高点,故两列波在P点引起的振动刚好同向,为加强点,振幅最大,此位置听到的声音最强。故选C。12.BD　(0.2m,0)处的质点,离S1波源更近,故该质点先按S1波源的振动形式振动,S1波源开始向上振动,故该质点开始振动时也是先向上振动,A错误;两列波的振动周期、波速均相等,故波长也相等, 为λ=Tv=0.2×2m=0.4m,由图可知两列波的起振方向相反,故质点离两波源距离差为半波长的偶数倍,为振动减弱点,奇数倍为振动加强点,(0.6m,0)处的质点离两波源的距离差为0.2m,为半波长的奇数倍,故为振动加强点,B正确;(0.5m,0)处的质点,离两波源的距离差为零,为半波长的偶数倍,故为振动减弱点,C错误;若Δr=0.2m,为半波长的奇数倍,为振动加强点,振幅为A=2×0.2m=0.4m,ω=2πT=2π0.2rad/s=10πrad/s,φ=π,故其振动方程为z=Asin(ωt+φ)=0.4sin(10πt+π)m,D正确。13.BD　设该波的波长为λ,根据三角函数知识可知,N、Q两质点平衡位置间的距离xNQ=3λ4-π62π·λ=16m,解得λ=24m,由题图乙可知该波的周期T=0.2s,所以该波的波速v=λT=120m/s,A错误;由题图乙可知,t=0.125s时刻,质点P沿y轴负方向运动,结合题图甲可知该波沿x轴负方向传播,B正确;由题图乙可知,在t=0.125s后,质点P第一次位于波峰的时刻为t=0.25s,易知此波峰为t=0.125s时刻质点Q所在处的波峰传播来的,所以有xQ-xPv=0.25s-0.125s,解得xP=1m,C错误;从t=0.125s开始,质点Q第一次回到平衡位置所经历的时间t1=T4=0.05s,题图甲中,质点Q左侧波形的第一个平衡位置处坐标x1=xQ-λ4=10m,该振动状态第一次传播到质点N所经历的时间t2=x1v=112s,则Δt=t2-t1=130s,即质点Q比质点N早130s回到平衡位置,D正确。