2020高考物理备考 专题12机械振动和机械波百所名校组合卷系列

2020高考物理备考 专题12机械振动和机械波百所名校组合卷系列

‎2020高考物理备考之百所名校组合卷系列 专题12 机械振动和机械波 ‎ ‎【试题1】如图17是内燃机排气门工作简图，凸轮运转带动摇臂，摇臂将气门压下，气缸内废气排出，之后，气门在弹簧的弹力作用下复位，凸轮、摇臂、弹簧协调动作，内燃机得以正常工作．所有型号内燃机气门弹簧用法都有一个共同的特点，就是不用一只而用两只，并且两个弹簧劲度系数不同，相差还很悬殊．关于为什么要用两只劲度系数不同的弹簧，以下说法正确的是 ‎(　　)‎ 图17‎ A．一只弹簧力量太小，不足以使气门复位 B．一只弹簧损坏之后另一只可以继续工作，提高了机器的可靠性 C．两个弹簧一起使用，可以避免共振 D．两个弹簧一起使用，增加弹性势能，能够使得机器更节能 ‎【解析】外部摇臂带动内部一系列装置工作时，会对气缸产生作用．为防止出现共振现象，用两根劲度系数不同的弹簧一起工作，使外部振动频率很难与气缸本身的固有频率一致，可以避免共振发生，故选C.‎ ‎【答案】C ‎【试题出处】2020·杭州一中模拟 ‎【试题2】做简谐振动的单摆摆长不变，若摆球质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置时速度减小为原来的1/2，则单摆振动的 ‎(　　)‎ A．频率、振幅都不变　　　 B．频率、振幅都改变 C．频率不变，振幅改变 D．频率改变，振幅不变 ‎【解析】由单摆周期公式T＝2π 知周期只与l、g有关，与m和v无关，周期不变频率不变．又因为没改变质量前，设单摆最低点与最高点高度差为h，最低点速度为v，mgh＝mv2‎ 质量改变后：4mgh′＝·‎4 m·2，可知h′≠h，振幅改变，故选C.‎ ‎【答案】C ‎【试题出处】2020·广西质量检测 ‎【试题3】某振动系统的固有频率为f0，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f.若驱动力的振幅保持不变，下列说法正确的是______(填入选项前的字母，有填错的不得分)‎ A．当ff0时，该振动系统的振幅随f减小而增大 C．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0‎ D．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f ‎【解析】受迫振动的频率总等于驱动力的频率，D正确；驱动力频率越接近固有频率，受迫振动的振幅越大，B正确．故选BD.‎ ‎【答案】BD ‎【试题出处】2020·山东实验中学模拟 ‎【试题4】如图18所示，一块涂有碳黑的玻璃板，质量为‎2 kg，在拉力F的作用下，由静止开始竖直向上做匀变速运动，一个装有水平振针的振动频率为5 Hz的固定电动音叉在玻璃板上画出如图18示的 曲线，量得OA＝‎1 cm，OB＝‎4 cm，OC＝‎9 cm.求外力F的大小．(g＝‎10 m/s2)‎ 图18‎ ‎【解析】T＝0.2 s，玻璃板在连续时间内位移依次为‎1 cm、‎3 cm、‎5 cm.‎ 由Δx＝a2‎ 得a＝‎2 m/s2‎ 由F－mg＝ma，得F＝24 N.‎ ‎【答案】24 N ‎【试题出处】2020·深圳中学第二次模拟 ‎【试题5】某同学设计了一个测物体质量的装置，如图19所示，其中P是光滑水平面，轻质弹簧的劲度系数为k，A是质量为M的带夹子的标准质量金属块，Q是待测物体．已知该装置的弹簧振子做简谐运动的周期为T＝，其中，m是振子的质量，k是与弹簧的劲度系数有关的常数，当只有A物体振动时，测得其振动周期为T1，将待测物体Q固定在A上后振动周期为T2，则待测物体的质量为多少？这种装置比天平优越之处是什么？‎ 图19‎ ‎【试题出处】2020·河北保定一中模拟 ‎【试题6】‎ 公路上匀速行驶的货车受一扰动，车上货物随车厢底板上下振动但不脱离底板．一段时间内货物在竖直方向的振动可视为简谐运动，周期为T.取竖直向上为正方向，以某时刻作为计时起点，即t＝0，其振动图象如图20所示，则 (　　)‎ 图20‎ A．t＝T时，货物对车厢底板的压力最大 B．t＝T时，货物对车厢底板的压力最小 C．t＝T时，货物对车厢底板的压力最大 D．t＝T时，货物对车厢底板的压力最小 ‎【解析】物体对车厢底板的压力与物体受到的支持力大小相等．当物体的加速度向上时，支持力大于重力；当物体的加速度向下时，支持力小于重力．t＝T时，货物向下的加速度最大，货物对车厢底板的压力最小．t＝T时，货物的加速度为零，货物对车厢底板的压力等于重力大小．t＝T时，货物向上的加速度最大，则货物对车厢底板的压力最大．‎ ‎【答案】C ‎【试题出处】2020·山东曲阜一中模拟 ‎【试题7】一简谐机械波沿x轴正方向传播，周期为T，波长为λ.若在x＝0处质点的振动图象如图22所示，则该波在t＝T/2时刻的波形曲线为下图中的 ‎(　　)‎ 图22‎ ‎【解析】根据振动图象，可知x＝0处的质点，在t＝T/2时刻在平衡位置，向下振动，只有选项A中波的图象在x＝0处的质点满足条件，故选A.‎ ‎【答案】A ‎【试题出处】2020·丽江一中模拟 ‎【试题8】一简谐横波在x轴上传播，波源振动周期T=0.1 s，在某一时刻的波形如图7-8所示，且此时a点向下运动.则(　　)‎ 图7-8‎ A.波速为‎20 m/s，波沿x轴正向传播 B.波速为‎20 m/s，波沿x轴负向传播 C.波速为‎10 m/s，波沿x轴负向传播 D.波速为‎10 m/s，波沿x轴正向传播 ‎【解析】由图象知波长λ=‎2 m，则波速根据“上坡质点向下动，下坡质点向上动”的规律，由a点向下运动得出波沿－x方向传播，B正确.‎ ‎【答案】B ‎【试题出处】2020·无锡一中模拟 ‎【试题9】某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为‎4 km/s和‎9 km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(图7-6)，在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5 s开始振动，则(　　)‎ 图7-6‎ A.P先开始振动，震源距地震仪约‎36 km B.P先开始振动，震源距地震仪约‎25 km C.H先开始振动，震源距地震仪约‎36 km D.H先开始振动，震源距地震仪约‎25 km ‎【解析】由两种波的传播速率可知，纵波先传到地震仪位置，设所经历时间为t,则横波传到地震仪处的时间为t+5 s，由位移关系可得4(t+5 s)=9t,t=4 s，则震源距地震仪距离l=vt=‎36 km，故A正确.‎ ‎【答案】A ‎【试题出处】2020·淄博一中模拟 ‎【试题10】下列说法中正确的是(　　)‎ A.将单摆从地球赤道移到南(北)极，振动频率将变大 B.将单摆从地面移至距地面高度为地球半径的高度时，则其振动周期将变到原来的2倍 C.将单摆移至绕地球运转的人造卫星中，其振动频率将不变 D.在摆角很小的情况下，将单摆的振幅增大或减小，单摆的振动周期保持不变 ‎【解析】单摆周期南(北)极处的重力加速度比赤道处大，周期变小，频率变大，选项A正确；由知，从地面移至距地面高度为地球半径的高度时，重力加速度将变为原来的则周期变为原来的2倍，选项B正确；人造卫星中的物体处于完全失重状态，单摆不会摆动，故选项C错误；单摆的周期与振幅无关，选项D正确.‎ ‎【答案】ABD ‎【试题出处】2020·河北冀州中学模拟 ‎【试题11】一列简谐波沿x轴传播，某时刻波的图象如图所示．此时A、B两质点的位移相同，此后A和B分别经过最短时间0.1s和0.7s回到该时刻位置．则(　　)‎ A．该波沿x轴负方向传播 B．该波的传播速度为‎2.5m/s C．图示时刻A点的速度方向和加速度方向相同 D．图示时刻B点的速度方向和加速度方向相反 ‎【试题出处】2020·山东临沂一中模拟 ‎【试题12】一列沿x轴正方向传播的横波，t＝0时刻的波形如图中实线所示，t＝0.2s时刻的波形如图中的虚线所示，则 (　　)‎ A．质点P的运动方向向右 B．波的周期可能为0.27s C．波的频率可能为1.25Hz D．波的传播速度可能为‎20m/s ‎【解析】因为横波沿x轴正方向传播，所以选项A错．由图知λ＝‎24m,0.2s＝(n＋1/4)T，故T＝0.8/(4n＋1)s，n＝0,1,2….又f＝1/T，故f＝(4n＋1)/0.8Hz，n＝0,1,2，….v＝λ/T＝30(4n＋1)m/s，n＝0,1, 2….故选项C对，B、D错．‎ ‎【答案】C ‎【试题出处】2020·北京海淀区第二次模拟 ‎【试题13】如图甲所示，在弹簧振子的小球上安装了一支记录用的笔P，在下面放一条纸带．当小球做简谐运动时，沿垂直于振动方向拉动纸带，笔P在纸带上画出了一条振动曲线．已知在某次实验中如图方向拉动纸带，且在某段时间内得到如图乙所示的曲线，根据曲线可知这段时间内 (　　)‎ A．纸带在加速运动 B．纸带在减速运动 C．振子的振动周期在逐渐增加 D．振子的振动周期在逐渐减小 ‎【解析】振子做简谐振动，其周期不发生变化，C、D错误，由纸带上的轨迹可以看出相等时间内的位移在增大，所以纸带在加速运动，A对，B错．注意纸带的运动方向和位移变化之间的关系．‎ ‎【答案】A ‎【试题出处】2020·桂林一中模拟 ‎【试题14】如图32所示中实线是一列简谐横波在t1＝0时刻的波形，虚线是这列波在t2＝0.5 s时刻的波形，这列波的周期T符合：3T＜t2－t1＜4T，问：‎ ‎(1)若波速向右，波速多大？‎ ‎(2)若波速向左，波速多大？‎ ‎(3)若波速大小为‎74 m/s，波速方向如何？‎ 图32‎ ‎【解析】由图象知：λ＝‎8 m，又因为3T＜t2－t1＜4T，‎ ‎【试题出处】2020·唐山一中模拟 ‎【试题15】甲、乙两列完全相同的横波分别从波源A、B两点沿直线Ox相向传播，t＝0时的波形图象如图33所示，如果两列波的波速都是‎10 m/s，求：‎ 图33‎ ‎(1)甲、乙两列波的频率各是多少？‎ ‎(2)第几秒末两列波相遇，相遇时C、D两点间有哪些点位移最大？‎ ‎【解析】(1)由图知：λ＝‎4 m，又因v＝‎10 m/s，所以由f＝得f＝ Hz＝2.5 Hz，故甲、乙两列波的频率均为2.5 Hz.‎ 图34‎ ‎(2)设经t时间两波相遇，则2vt＝‎4 m，所以t＝ s＝0.2 s，又因T＝＝ s＝0.4 s，故波分别向前传播相遇，此时两列波的波形如图34中的虚线所示．‎ 故CD间有x＝‎5m和x＝‎7m处的点位移最大．‎ ‎【答案】(1)2.5 Hz　2.5 Hz　‎ ‎(2)x＝‎5 m和x＝‎‎7 m ‎【试题出处】2020·石家庄实验中学模拟 ‎【试题16】质量为m的均匀方形木块在平静的水面上处于平衡状态，用力F向下压木块使之向下移动距离d，然后松开手，不计水的粘滞作用，木块做简谐振动．‎ ‎(1)当木块正好经过平衡位置向下运动时，某同学开始观察木块的振动过程，该同学发现经过0.5 s后木块第一次回到平衡位置．已知d＝‎2 cm，取竖直向上为正方向，请将该同学观察到的木块的振动过程用振动图象描述出来(在图35甲中画出)．另一位同学在该同学观察3.5 s后开始计时．请在图乙中画出后一位同学观察的振动图象．‎ 图35‎ ‎(2)如果由于该木块的振动，在水面形成机械波，3.5 s内传播了‎3.5 m，则该波的波长是多少？‎ ‎(3)画出该同学在3.5 s时观察到的某一方向的波形图．(至少画出一个周期)‎ ‎【解析】(1)图象如图36所示．‎ ‎(2)因为水波3.5 s内传播了‎3.5 m，所以波速为v＝＝‎1 m/s，又由图象得T＝1 s，根据v＝，所以λ＝‎1 m.‎ ‎(3)如图37所示．‎ ‎【答案】(1)图象如下图36‎ 图36‎ ‎(2)‎‎1 m ‎(3)如图37所示 图37‎ ‎【试题出处】2020·厦门一中模拟 ‎【试题17】一列简谐波沿x轴方向传播，已知x轴上x1＝0和x2＝‎1 m两处质点的振动图线分别如图38(a)(b)所示，求此波的传播速度．‎ 图38‎ 沿x轴负向传播时：v2＝ m/s(n＝0,1,2…)‎ ‎【试题出处】2020·福州一中模拟 ‎【试题18】如图23所示，甲是一个单摆振动的情形，O是它的平衡位置，B、C是摆球所能到达的最远位置．设摆球向右方向运动为正方向．图乙是这个单摆的振动图象．根据图象回答：‎ 图23‎ ‎(1)单摆振动的频率是多大？‎ ‎(2)开始时刻摆球在何位置？‎ ‎(3)若当地的重力加速度为‎9.86 m/s2，试求这个摆的摆长是多少？‎ ‎【解析】(1)由单摆振动图象，T＝0.8 s 故f＝＝1.25 Hz ‎(2)开始时刻小球在负方向最大位移处 故开始时刻摆球在B点 ‎(3)根据公式T＝2π L＝＝‎0.16 m.‎ ‎【答案】(1)1.25 Hz　(2)B点　(3)‎‎0.16 m ‎【试题出处】2020·襄樊一中模拟 ‎【试题19】简谐运动的振动图线可用下述方法画出：如图24(1)所示，在弹簧振子的小球上安装一枝绘图笔P，让一条纸带在与小球振动方向垂直的方向上匀速运动，笔P在纸带上画出的就是小球的振动图象．取振子水平向右的方向为振子离开平衡位置的位移正方向，纸带运动的距离代表时间，得到的振动图线如图24(2)所示．‎ 图24‎ ‎(1)为什么必须匀速拖动纸带？‎ ‎(2)刚开始计时时，振子处在什么位置？t＝17 s时振子相对平衡位置的位移是多少？‎ ‎(3)若纸带运动的速度为‎2 cm/s，振动图线上1、3两点间的距离是多少？‎ ‎(4)振子在________s末负方向速度最大；在________s末正方向加速度最大；2.5 s时振子正在向__________方向运动．‎ ‎(5)写出振子的振动方程．‎ ‎【试题出处】2020·华南师大附中模拟 ‎【试题20】如图25所示，光滑圆弧形轨道半径R＝‎10 m，一小球A自最低点O开始在槽内做往复运动，当A开始运动时，离O点的水平距离s＝‎5 m处的平台上方边缘O′处有另一小球B以v0的初速度水平抛出．要让B在O点处击中A球，则B球的初速度v0以及O′与O点间的高度差h应满足什么条件？(g取‎10 m/s2)‎ 图25‎