2020年高三物理第二轮专题练习之振动和波(新人教)

2020年高三物理第二轮专题练习之振动和波(新人教)

- 1 - 振动和波 1.一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，图 1 所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动。匀 速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动。把手匀速转动的周期就是驱 动力的周期，改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期。若保持把手不动，给砝码 一向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图 2 所示。当把手以某一速度匀速转动， 受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图 3 所示。 若用 T0 表示弹簧振子的固有周期，T 表示驱动力的周期，Y 表示受迫振动达到稳定后 砝码振动的振幅，则 A.由图线可知 T0=4 s B.由图线可知 T0=8 s C.当 T 在 4 s 附近时，Y 显著增大；当 T 比 4 s 小得多或大得多时，Y 很小 D.当 T 在 8 s 附近时，Y 显著增大；当 T 比 8 s 小得多或大得多时，Y 很小 2.某同学看到一只鸟落在树枝上的 P 处，树枝在 10s 内上下振动了 6 次。鸟飞走后，他把 50g 的砝码挂在 P 处，发现树枝在 10 s 内上下振动了 12 次。将 50g 的砝码换成 500g 砝码后，他 发现树枝在 15 s 内上下振动了 6 次。你估计鸟的质量最接近 A.50 g B.200 g C.500 g D.550 g - 2 - 3.一单摆做小角度摆动，其振动图象如图，以下说法正确的 是 A.t1 时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最小 B.t2 时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最小 C.t3 时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最大 D.t4 时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大 4.如图为一列沿 x 轴正方向传播的简谐横波在 t=0 时的波形。当 R 点在 t=0 时的振动状态传 到 S 点时，PR 范围内（含 P、R）有一些质点正在向 y 轴负方向运动，这些质点的 x 坐标取值 范围是 A.2 cm≤x≤4 cm B.2 cm＜x＜4 cm C.2 cm≤x＜3 cm D.2 cm＜x≤3 cm 5.一列沿 x 轴正方向传播的简谐横波，周期为 0.50s。某一时刻，离开平衡位置的位移都相等 的名质元依次为 P1,P2,P3,……。已知 P1 和 P2 之间的距离为 20cm，P2 和 P3 之间的距离为 80cm，则 P1 的振动传到 P2 所需的时间为 A.0.50s B.0.13s C.0.10s D.0.20s 6．一简谐横波沿 x 轴正方向传播，某时刻其波形如图所示。下列说法正确的是 A．由波形图可知该波的波长 B．由波形图可知该波的周期 C．经 周期后质元 P 运动到 Q 点 D．经 周期后质元 R 的速度变为零 7．一列简谐横波在 x 轴上传播，某时刻的波形图如图所示，a 、b 、c 为三个质元，a 正向 上运动。由此可知 4 1 4 1 - 3 - A．该波沿 x 轴正方向传播 B．c 正向上运动 C．该时刻以后，b 比 c 先到达平衡位置 D．该时刻以后，b 比 c 先到达离平衡位置最远处 8.一列简谐机械横波某时刻的波形图如图所示，波源的平衡位 置坐标为 x=0。当波源质点处于其平衡位置上方且向下运动时，介 质中平衡位置坐标 x=2m 的质点所处位置及运动情况是 A.在其平衡位置下方且向上运动 B.在其平衡位置下方且向下运动 C.在其平衡位置上方且向上运动 D.在其平衡位置上方且向下运动 9.一人看到闪电 12.3 s 后又听到雷 声。已知空气中的声速约为 330 m/s-340 m/s，光速为 3×108 m/s，于是他用 12.3 除以 3 很快估算出闪电发生位置到他的距离为 4.1 km。根据你所 学的物理知识可以判断 A.这种估算方法是错误的，不可采用 B.这种估算方法可以比较准确地估算出闪电发生位置与观察者间的距离 C.这种估算方法没有考虑光的传播时间，结果误差很大 D.即使声速增大 2 倍以上，本题的估算结果依然正确 10．图中实线和虚线分别是 x 轴上传播的一列简谐横波在 t ＝0 和 t＝0.03s 时刻的波形图，x＝1.2m 处的质点在 t＝ 0.03s 时刻向 y 轴正方向运动，则 A.该波的频率可能是 125Hz B.该波的波速可能是 10m/s C.t＝0 时 x＝1.4m 处质点的加速度方向沿 y 轴正 方向 D.各质点在 0.03s 内随波迁移 0.9m 11.一列简谐横波沿 x 轴传播。t=0 时的波形如图所示，质点 A 与质点 B 相距 1m，A 点速度沿 y 轴正方向；t=0.02s 时，质点 A 第一次到达正向最大位移 处。由此可知 A.此波的传播速度为 25m/s B.此波沿 x 轴负方向传播 - 4 - C.从 t=0 时起，经过 0.04s，质点 A 沿波传播方向迁移了 1m D.在 t=0.04s 时，质点 B 处在平衡位置，速度沿 y 轴负方向 12.一列沿 x轴正方向传播的简谐横波，t=0 时刻的波形如图 1 中实线所示，t=0.2 s 时刻的波 形如图 1 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 0.27 s C.波的频率可能为 1.25 Hz D.波的传播速度可能为 20 m/s 13.如图 33 所示，一列简谐横波沿 x 轴正方向传播，从波传到 x=5m 的 M 点时开始计时，已知 P 点相继出现两个波峰的时间间隔为 0.4s， 下面说法中正确的是（ ） A．这列波的波长是 4m B．这列波的传播速度是 10m/s C．质点 Q（x=9m）经过 0.5s 才第一次到达波峰 D．M 点以后各质点开始振动时的方向都是向下 14.如图所示,S 为上下振动的波源， 振动频率为 100Hz，所产生的横波左右传播， 波速为 80m/s，已知 P、Q 两质点距波源 S 的距离为 SP=17．4 m，SQ=16．2m。当 S 通过平衡位置向 上振动时，P、Q 两质点的位置是： A．P 在波峰，Q 在波谷； B．都在波峰； C．都在波谷 ； D．P 在波峰，Q 在波峰。 15.如图所示，S1、S2 是两个相干波源，它们振动同步且振 幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波 的波峰和波谷。关于图中所标的 a、b、c、d四点，下列说 法中正确的有 A.该时刻 a 质点振动最弱，b、c 质点振动最强，d 质点振 动既不是最强也不是最弱 B.该时刻 a 质点振动最弱，b、c、d 质点振动都最强 C.a 质点的振动始终是最弱的， b、c、d 质点的振动始终是最强的 D.再过 T/4 后的时刻 a、b、c 三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱 16.如图所示,声源 S 和观察者 A 都沿 x 轴正方向运动,相对于地面的速率分别为 vS 和 vA,空气 中声音传播的速率为 vP.设 vS＜vP,vA＜vP,空气相对于地面没有流动. 图 33 c S1 S2 a b d - 5 - （1）若声源相继发出两个声信号,时间间隔为Δt.请根据发出的这两个声信号从声源传播到 观察者的过程,确定观察者接收到这两个声信号的时间间隔Δt′. （2）请利用（1）的结果,推导此情形下观察者接收到的声波频率与声源发出的声 波频率间的关系式. - 6 - 答案及解析 1.【答案】AC 【解析】若保持把手不动，砝码以一初速度做简谐振动，为自由振动，图 2 为砝码的自由 振动的图象，由图读出的周期 T0=4s，为砝码的固有周期。当把手以某一速度匀速转动，砝码 为受迫振动，此时砝码振动的周期 T 为驱动力的周期，图 3 为砝码的受迫振动的图象 ，由图 读出的周期 T=2s，为砝码受迫振动的周期，也为驱动力的周期。当驱动力的周期越靠近砝码 的固有周期时，砝码的振动越强烈，振幅越大。当驱动力的周期越偏离砝码的固有周期时， 砝码的振动越弱，振幅越小。所以 A、C 选项正确。 2.【答案】B 【解析】振动周期公式 ，鸟在树枝上， ，50g 的砝码在树枝 上， ，鸟的质量为 50g 的砝码的 4 倍，所以最接近 200g，所以 B 选项正确。 3.【答案】D 【解析】在 t1 时刻，摆球处于最大位移处，速度为零，在 t2 时刻，摆球处于平衡位置，速 度最大，所以 A、B 选项错误，在 t3 时刻摆球处于最大位移处，速度为零， ，在 t4 时刻，摆球处于平衡位置，速度最大， ，所以 D 选项正确。 4.【答案】C 【解析】 由图可知，在 PR 范围内（含 PR）2cm ≤x＜3cm 的点正在向 y 负方向运动。 5.【答案】C 【解析】由波的对称性，由图所示 k mT π2= 6 102 1 1 == k mT π 12 102 2 2 == k mT π θθ cos0cos 2 mgTl vmmgT =∴==− l vmmgTl vmmgT mm 22 cos,cos +=∴=− θθ - 7 - P1P2=20 cm，x1=10 cm，P2P3=80 cm，x2=40 cm，则得到 =x1+x2=50 cm，λ=100 cm，v= = =2 m/s Δt= = =0.10 s，所以 C 选项正确。 6.【答案】D 【解析】由波动图象可得出波长为 4 cm，波沿 x 轴正方向传播，经过 1/4 周期后，质元 P 运动到最大位移处，不随波逐流，质元 R 运动到负向最大位移处，速度为零，所以 A、D 选项 正确。 7.【答案】AC 【解析】 波上的任何一点总是重复前一点的振动形式，因为 a 点向上运动，重复左边一点 的振动形式，所以波沿 x 轴正方向传播，b、c 质点分别向上和向下振动，所以 b 比 c 先到达 平衡位置，所以 A、C 选项正确。 8.【答案】A 【解析】设某时刻的波形图如下图虚线所示，无论波 向右还是向左传播，从此时刻开始的 1/4 周期内，波源 质点处于其平衡位置上方且向下运动，同时 x=2 m 的质点 处于平衡位置的下方将向上运动，所以 A 选项正确。 9.【答案】B 【解析】由 s=vt=12.3×340=4.1 km，可得 B 选项正 确。 10.【答案】A 【解析】由题可知波向右传播，则 0.03=nT+ T，T= ，当 n=0 时，T=0.04 s，f=125 Hz，A 选项正确，波速 v= ，λ=1.2 m，代入数据得 B 选项错误，当 t=0 时刻，x=1. 4 m 时， 质点加速度方向沿y 轴负方向，C 选项错误，各质点只是上下振动，不随波逐流，D 选项错误。 11.【答案】AB 【解析】由 A 点的振动方向可知波向 x 轴的负方向传播.λ=2AB=2 m.T=0.02×4 s=0.08 s， 故 v= =25 m/s. 12.【答案】C 【解析】λ=24 m，t=（n+ ）T=0.2 s T= （n=0，1，2，……），f= = （n=0，1，2，……） 2 λ T λ 5.0 1 v PP 21 2 20.0 4 3 4 3 03.0 +n T λ T λ 4 1 14 8.0 +n T 1 8.0 14 +n - 8 - 故 C 项正确. 13.【答案】ABD 【解析】 （1）从图 33 上可以看出波长为 4m，选 A。 （2 ）实际上“相继出现两个波峰”应理解为，出现第一波峰与出现第二个波峰之间的时间间 隔。因为在一个周期内，质点完成一次全振动，而一次全振动应表现为“相继出现两个波峰”， 即 T=0.4s。则 V=λ/T=10m/s,所以 B 选项正确。 （3）质点 Q（x=9m）经过 0.4s 开始振动，而波是沿 x 轴正方向传播，即介质中的每一个质点都被它左 侧的质点所带动，从波向前传播的波形图 34 可以看 出，0.4s 波传到 Q 时，其左侧质点在它下方，所以 Q 点在 0.5s 时处于波谷。再经过 0.2ss 即 总共经过 0.7s 才第一次到达波峰，所以选项 C 错了。 （4）从波的向前传播原理可以知道，M 以后的每个质点都是先向下振动的。所以选项 D 是对 的。 14.【答案】A 【解析】波源 S 在振动的过程之中要形成分别向左右传播的两列波，波形应如图 37 所示， 故可得到“P 在波峰，Q 在波谷”，而应选 A。 15.【答案】BC 【解析】该时刻 a 质点振动最弱，b、c 质点振动最强，这不 难理解。但是 d 既不是波峰和波峰叠加，又不是波谷和波谷叠 加，如何判定其振动强弱？这就要用到充要条件：“到两波源 的路程之差是波长的整数倍”时振动最强，从图中可以看出，d 是 S1、S2 连线的中垂线上的一点，到 S1、S2 的距离相等，所以必 然为振动最强点。 描述振动强弱的物理量是振幅，而振幅不是位移。每个质点 在振动过程中的位移是在不断改变的，但振幅是保持不变的， 所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷，振动始终是最强的。 16.【解析】 （1）设 t1、t2 为声源 S 发出的两个信号的时刻,t1′、t2′为观察者接收到两个信号的时刻, 则第一个信号经过（t1′－t1）时间被观察者 A 接收到,第二个信号经过（t2′－t2）时间被观 察者 A 接收到.且 t2－t1＝ Δt t2′－t1′＝Δt′ ① ② ③ ④ - 9 - 设声源发出第一个信号时,S、A 两点间的距离为 L,两个声信号从声源传播到观察者的过程中, 它们运动的距离关系如图所示.可得 vP（t1′－t1）＝L＋v A（t1′－t1） vP（t2′－t2）＝L＋vA（t2′－t1）－vSΔt 由以上各式,得Δt′＝ Δt （2）设声源发出声波的振动周期为 T,这样,由以上结论,观察者接收到的声波振动的周期 T′ 为 T′＝ T 由此可得,观察者接收到的声波频率与声源发出声波频率间的关系为 f′＝ f A s vv vv − − ϕ ϕ A s vv vv − − ϕ ϕ s A vv vv − − ϕ ϕ