专题23+选修3-4+机械振动机械波(第01期)-2019年高三物理二模、三模试题分项解析

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专题23+选修3-4+机械振动机械波(第01期)-2019年高三物理二模、三模试题分项解析

‎ 专题23 机械振动机械波 ‎2019年高三二模、三模物理试题分项解析(I)‎ 一.选择题 ‎1 (5分) (2019南昌模拟)已知波源的平衡位置在O点,t=0时刻开始做振幅为50cm的简谐振动,频率为20Hz,发出一列横波沿x轴正方向传播,如图所示为P点恰好开始振动时的波形,P、Q两质点平衡位置坐标分别为P(6,0)、Q(28,0),则下列说法正确的是___________(选对1个给2分,选对2个给4分,选对3个给5分,每选错一个扣3分,最低得分为0)‎ A.这列波的波速为40m/s B.当t=0.35s时,Q点刚开始振动 C.波源刚开始振动时的运动方向沿-y方向 D.Q点刚开始振动时,P点恰位于平衡位置 E.Q点刚开始振动之前,P点经过的路程为14.0m ‎【参考答案】(1)BCD ‎【命题意图】本题考查波的传播及其相关知识点。‎ ‎【解题思路】由波动频率为20Hz可得周期T=1/f=0.05s。由P点的位置坐标为P(6,0)可知波长λ=4m,这列波的波速为v=λ/T=80m/s,选项A错误;当t=0.35s时,波动传播距离x=vt=80×0.35m=28m,Q点刚开始振动,选项B正确;波源刚开始振动时的运动方向沿-y方向,选项C正确;PQ之间距离为△x=28m-6m=22m,为5个半波长,Q点刚开始振动时,P点恰位于平衡位置,选项D正确;波动从P传播到Q需要5.5个周期,Q点刚开始振动之前,P点经过的路程为s=5.5×4A=5.5×4×0.5m=11.0m,选项E错误。‎ ‎2。(2019高三冲刺模拟)(1)(5分)如图甲所示,O点为振源,OP=s,t=0时刻O点由平衡位置开始振动,产生向右沿直线传播的简谐横波。图乙为从t=0时刻开始描绘的质点P的振动图象。下列判断中正确的是___________。(填正确答案的标号。选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。每选错1个扣3分,最低得分为0分)‎ A.t=0时刻,振源O振动的方向沿y轴正方向 B.t=t2时刻,P点的振动方向沿y轴负方向 C.t=t2时刻,O点的振动方向沿y轴正方向 D.这列波的频率为 E.这列波的波长为 ‎【参考答案】ADE ‎【名师解析】由题图乙可知P点先沿y轴正向运动,故振源O在t=0时刻沿y轴正向运动,故A正确。由题图乙可知,t2时刻P点振动方向沿y轴正向,故B错误。因不知t1与周期T的倍数关系,故不能判断t2时刻O点的振动情况,故C错误。结合题图甲、乙可知,振动从O传到P,用时t1,传播距离为s,故波速为v=,波的周期为T=t2-t1,故波的频率为 f=,波长λ=vT=,故D、E正确。‎ ‎3.(2019高三考试大纲调研卷10)一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t时刻的波形图像如图所示,已知该波的周期为T,a、b、c、d 为沿波传播方向上的四个质点。则下列说法中正确的是(填正确答案标号,选对一个得2分,选对两个得4分,选对三个得5分。每选错一个扣3分,最低得分为0分)( )‎ A.在t+时,质点c的速度达到最大值 B.在t+2T时,质点d的加速度达到最大值 ‎ C.从t到t+2T的时间间隔内,质点d通过的路程为4 cm D.t时刻后,质点b比质点a先回到平衡位置 E.从t时刻起,在一个周期的时间内,a、b、c、d 四个质点沿x轴通过的路程均为一个波长 ‎【参考答案】(1)(5分)ABD ‎【名师解析】(1)在时,质点c回到平衡位置,速度达到最大值,A正确;由图看出,此时刻波离d 点的距离等于个波长,则波传到d点需要个周期,传到d后d向下起振,在t+2T时,d点到达波峰,加速度达到最大值。从t到t+2T间隔内,质点d运动了,因此通过的路程为,故B正确,C错误;简谐波沿x轴正方向传播,t时刻a、b两点的速度方向均向上,则从t时刻起,质点b比质点a先回到平衡位置。故D正确;t时刻起,在一个周期内,a、b、c、d四个质点并不随着波迁移,通过的路程不是一个波长。故E错误。‎ 故选ABD。‎ ‎4.(5分)(2019全国考试大纲模拟卷1)如图所示,沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形图为一正弦曲线,其波速为l00m/s,下列说法中正确的是_____(填正确答案标号。选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。每选错1个扣3分,最低得分为0分)。‎ A.图示时刻质点b的加速度正在减小 B.从图示时刻开始,经过0.03s,质点a通过的路程为0.6m C.从图示时刻开姶,再经过0.005s质点b恰好到达波谷 D.若此波遇到另一波并发生稳定干涉现象,则该波所遇到的波的频率为25Hz E.若发生明显衍射现象,则该波所遇到的障碍物或孔的尺寸可能是3m ‎【参考答案】BDE ‎【名师解析】(1)由于波向x轴正方向传播,根据“上下坡”法,知道b质点向下振动,加速度正在增大,故A错误;由题知周期为,从图示时刻开始,经过0.03s,即个周期,质点a通过的路程为3个振幅,即60cm=0.6m,故B正确;从图示时刻开姶,b 质点向下振动,做加速度增大的减速运动,故经过,b质点仍末到达波谷,故C错误;此波的频率为,故此波遇到另一波并发生稳定干涉现象,则该波所遇到的波的频率为25Hz,故D正确;该波波长,当波的波长比障碍物尺寸大或差不多时,就会发生明显的衍射,则该波所遇到的障碍物或孔的尺寸可能是3m,故E正确;故选BDE。‎ 二.计算题 ‎1(5分)(2019全国考试大纲调研卷3)一列简谐横波,某时刻的波形如图甲所示,从该时刻开始计时,波上A质点的振动图象如图乙所示,‎ ‎①该列波沿x轴传播(填“正向”或“负向”);‎ ‎②该列波的波速大小为m/s;‎ ‎③若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定的干涉现象,则所遇到的波的频率为多少Hz。‎ ‎【参考答案】(1)①正向; ②1m/s; ③2.5Hz(2) ①‎ ‎②当光屏到BC距离超过时,光斑分为两块。‎ ‎【名师解析】(1)①由A点的振动图线可知,t=0时质点向下振动,故波沿x轴正向传播;②波速 ‎;③因为此波的频率为2.5 Hz,若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定的干涉现象,则所遇到的波的频率等于该波的频率2.5 Hz。‎ ‎2.(10分)(2019高三考试大纲调研卷9)一列沿x轴传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图所示,介质中x=6m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为m。求:‎ ⅰ.该波的传播速度;‎ ⅱ.介质中x=10 m处的质点Q到达波谷的时间。‎ ‎【思路分析】(i)由图读出波长,根据质点P的振动方程,读出,求出周期,即可求得波速.(ii)由于波的传播方向未知,要分向右和向左两种情况研究.利用波形的平移法求时间.‎ ‎【名师解析】(i)由图可知,波长,由质点P的振动方程可知,角速度 则周期 ‎ 故该波的传播速度 ‎(ⅱ)若波沿+x方向传播,t=0时刻,质点Q左侧相邻的波谷在x=-6m处 ‎ 该波谷传播到质点Q处时,质点Q第一次到达波谷,经过时间 若波沿-x方向传播,t=0时刻,质点Q右侧相邻的液谷在x=18m处 该波谷传播到质点Q处时,质点Q第一次到达波谷,经过时间 ‎【名师点睛】解决本题的关键要掌握波形平移法研究波的传播过程,要注意波的双向性。同时会从波形图中读出波长,由振动方程求出周期,根据求出波速。‎ ‎3.(2019上海青浦区期末)某同学在做“用单摆测当地重力加速度的实验时,‎ ‎(1)摆线偏离竖直方向的角度要控制在 5 度之内;实验中他测得摆线的长度为l0,摆球的直径为d然后记录了单摆完成n次全振动所用时间为t,则重力加速度的表达式g=  ‎ ‎(用题中物理量的字母表示)‎ ‎(2)(单选题)他在实验中通过改变摆长l并测出相应的周期T,再以T2为纵坐标、l为横坐标,作出T2﹣l图象,但在测量摆长l时没有加小球的半径,由此绘制的图线是图中的 A ‎ ‎(3)如果实验测得的g值偏大,可能的原因是 B ‎ ‎(A)开始计时时,早按秒表 ‎(B)测摆线长度时摆线拉得过紧 ‎(C)摆线上端悬点未圄定,振动中出现松动使摆线长度增大了 ‎(D)实验中误将n次全振动计为n﹣1次全振动 ‎【名师分析】(1)“用单摆测重力加速度”的实验原理是单摆的周期公式T=2π,据此变形即可得到g的表达式。‎ ‎(2)通过重力加速度的表达式,结合周期或摆长关系分析即可。‎ ‎(3)根据单摆的周期公式列式分析即可。‎ ‎【名师解析】(1)单摆看作简谐振动的条件是摆角要尽量小一些,一般要求摆角小于5°;‎ 据题:单摆的周期 T=‎ 单摆的周期公式为T=2π,‎ l=‎ 联立解得:g=。‎ ‎(2)根据单摆周期公式,有,故图象的斜率为,不影响g的计算;‎ 但在测量摆长l时没有加小球的半径时,l=0时对应的周期:.故图A正确,图BCD错误;‎ 故选:A ‎(3)A、开始计时时,早按秒表则时间偏大,周期偏大,根据g=,重力加速度的测量值偏小。故A错误。‎ B、根据g=,测摆线长度时摆线拉得过紧,使摆线测量值偏大,知摆长的测量值偏大,导致重力加速度的测量值偏大。故B正确。‎ C、根据g=,摆线上端未牢固地固定于O点,振动中出现松动,使摆线越摆越长,知摆长的测量值偏小,导致重力加速度的测量值偏小。故C错误。‎ D、根据g=,测量周期时,误将摆球n次全振动的时间t记为了(n﹣1)次全振动的时间,知周期的测量值偏大,导致重力加速度的测量值偏小。故D错误。‎ 故选:B ‎【参考答案】(1)5,;(2)A;(3)B ‎4.(2019上海浦东新区 期末)在做“用单摆测定重力加速度”的实验中,‎ ‎(1)用秒表测时间时为尽量减少误差,应从摆球通过 最低点 (选填“最高点”或“最低点”)时开始计时。‎ ‎(2)某同学在正确操作和测量的情况下,测得周期为T1,得出重力加速度值比当地重力加速度值小,排除了其它因素后发现,是所用摆球的重心不在球心所致,则可以判断重心应该是在球心的 下方 (选填“上方”或“下方”)。于是他将摆线长减小△L,测得单摆振动周期为T2,由此可得到比较准确的重力加速度表达式是  。‎ ‎(3)为了更准确测量,他测出多组摆长L和振动周期T,得出如图所示图象,则图象的纵轴表示 T2 ;由图象求出的重力加速度g= 9.81 m/s2.(小数点后保留两位)‎ ‎【名师分析】(1)单摆在最低点时计时误差较小。‎ ‎(2)根据单摆的周期公式分析误差产生的原因,分析计算加速度的方法。‎ ‎(3)根据单摆的周期公式得出T2﹣L的关系式,结合图线的斜率求出重力加速度。‎ ‎【名师解析】(1)因为摆球在最低点的速度最快,所以在最低点作为计时起点误差最小。‎ ‎(2)根据T=得:g=‎ 可知,若得出重力加速度值比当地重力加速度值小,排除了其它因素后,一定是摆长L的测量值偏小,如果是所用摆球的重心不在球心所致,则可以判断重心应该是在球心的下方。‎ 开始时:‎ 于是他将摆线长减小△L,测得单摆振动周期为T2,则:‎ 联立可得:g=‎ ‎(3)根据:T=得,,得出如图所示图象,则图象的纵轴表示T2;‎ 图线的斜率k=,‎ 解得:g=9.81m/s2。‎ ‎【参考答案】(1)最低点;‎ ‎(2)下方,;‎ ‎(3)T2,9.81(或9.82)‎ ‎【点评】解决本题的关键知道实验的原理,以及实验中应该的注意的事项以及误差形成的原因,掌握单摆的周期公式,并能灵活运用。‎ ‎5.(2019高考大纲模拟卷11)一列沿x轴传播的简谐横波在t=0时刻的波形如图所示,介质中x=6‎ ‎ m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y=0.2cos 4πt(m).求:‎ ‎ ‎ ‎①该波的传播速度;‎ ‎②从t=0时刻起,介质中x=10 m处的质点Q第一次到达波谷经过的时间.‎ ‎【参考答案】(10分)①λ=8 m; ②相互减弱;③如解析所示 ‎【名师解析】‎ ‎(2)①由题图可知,波长λ=24 m,由质点P的振动方程可知,角速度ω=4π rad/s 则周期T==0.5 s 故该波的传播速度v==48 m/s ‎②若波沿x轴正方向传播,t=0时刻,质点Q左侧相邻的波谷在x=-6 m处 该波谷传播到质点Q处时,质点Q第一次到达波谷,经过时间t== s 若波沿x轴负方向传播,t=0时刻,质点Q右侧相邻的波谷在x=18 m处 该波谷传播到质点Q处时,质点Q第一次到达波谷,经过时间t′== s.‎
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