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

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文档介绍

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
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