2023版高三物理一轮复习专题7机械振动和机械波（含2023年高考真题）

PAGEPAGE2专题7机械振动和机械波1．[2022·海南卷[物理——选修3­44分]〔1〕〔4分〕以下说法正确的选项是________________。A．在同一地点，单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比B．弹簧振子做简谐振动时，振动系统的势能与动能之和保持不变C．在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小D．系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率E.弹簧振子初始时刻的位置及其振动周期，就可知振子在任意时刻运动速度的方向答案：ABD解析：在同一地点，重力加速度g为定值，根据单摆周期公式可知，周期的平方与摆长成正比，应选项A正确；弹簧振子做简谐振动时，只有动能和势能参与转化，根据机械能守恒条件可知，振动系统的势能与动能之和保持不变，应选项B正确；根据单摆周期公式可知，单摆的周期与质量无关，应选项C错误；当系统做稳定的受迫振动时，系统振动的频率等于周期性驱动力的频率，应选项D正确；假设弹簧振子初始时刻在波峰或波谷位置，知道周期后，可以确定任意时刻运动速度的方向，假设弹簧振子初始时刻不在波峰或波谷位置，那么无法确定，应选项E错误。2.[2022·北京卷6分]如图1­所示，弹簧振子在M、N之间做简谐运动．以平衡位置O为原点，建立Ox轴．向右为x轴正方向．假设振子位于N点时开始计时，那么其振动图像为()图1­图1­答案：A解析：弹簧振子的初始位置N点位于x轴的正向位移处．选项A正确，选项B、C、D不正确．3.〔2022年上海卷20题4分〕甲、乙两列横波在同一介质中分别从波源M、N两点沿x轴相向传播，波速为2m/s，振幅相同；某时刻的图像如下图。那么〔A〕甲乙两波的起振方向相反〔B〕甲乙两波的频率之比为3:2〔C〕再经过3s，平衡位置在x=7m处的质点振动方向向下〔D〕再经过3s，两波源间〔不含波源〕有5个质点位移为零答案：ABD解析：据题意，甲波向右传播，起振方向向下，乙波向左传播，起振方向向上，应选项A正确；据图可知甲波波长为4m，甲波周期为：，频率，乙波波长为6m，周期为：，频率为：，应选项B正确；再经过3s，甲波波谷到达x=7m处，乙波是平衡位置与波峰之间某一振动到达x=7m处，所以该质点应该向上振动，选项C错误；此时除了波源还有x=9m处、x=6-7m处、x=6m处、x=5-6m处、x=2-3m处质点位移为零，应选项D正确。4．[2022·全国卷Ⅰ][物理——选修3­4]某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以1.8m/s的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近．该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s．以下说法正确的选项是________．A．水面波是一种机械波B．该水面波的频率为6HzC．该水面波的波长为3mD．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去E．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移答案：〔1〕ACE解析：水面波是一种机械波，故A正确；该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身上的时间间隔为15s，所以周期T＝eq\f(t,n)＝eq\f(15,9)s＝eq\f(5,3)s，该水面波的频率f＝0.6Hz，故B错误；该水面波的波长λ＝vT＝3m，故C正确；水面波没有将该同学推向岸边，只能说是因为波传播时振动的质点并不随波迁移，不能说是因为波传播时能量不会传递出去，波的传播过程也是能量传递的过程，故D错误，E正确．5.[2022·全国卷Ⅱ][物理——选修3­4]一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播，波长不小于10cm.O和A是介质中平衡位置分别位于x＝0和x＝5cm处的两个质点．t＝0时开始观测，此时质点O的位移为y＝4cm，质点A处于波峰位置；t＝eq\f(1,3)s时，质点O第一次回到平衡位置，t＝1s时，质点A第一次回到平衡位置．求：(i)简谐波的周期、波速和波长；(ii)质点O的位移随时间变化的关系式．答案：(i)4s7.5cm/s30cm解析：(i)设振动周期为T.由于质点A在0到1s内由最大位移处第一次回到平衡位置，经历的是eq\f(1,4)个周期，由此可知T＝4s①由于质点O与A的距离5cm小于半个波长，且波沿x轴正向传播，O在t＝eq\f(1,3)s时回到平衡位置，而A在t＝1s时回到平衡位置，时间相差eq\f(2,3)s．两质点平衡位置的距离除以传播时间，可得波的速度v＝7.5cm/s②利用波长、波速和周期的关系得，简谐波的波长λ＝30cm③(ii)设质点O的位移随时间变化的关系为y＝Acoseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2πt,T)＋φ0))④将①式及题给条件代入上式得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(4＝Acosφ0,0＝Acos\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)＋φ0))))⑤解得φ0＝eq\f(π,3)，A＝8cm⑥质点O的位移随时间变化的关系式为y＝0.08coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πt,2)＋\f(π,3)))(国际单位制)或y＝0.08sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πt,2)＋\f(5π,6)))(国际单位制)．6.[2022·全国卷Ⅲ][物理——选修3­4]由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播．波源振动的频率为20Hz，波速为16m/s.介质中P、Q两质点位于波源S的两侧，且P、Q和S的平衡位置在一条直线上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8m、14.6m．P、Q开始振动后，以下判断正确的选项是________．A．P、Q两质点运动的方向始终相同B．P、Q两质点运动的方向始终相反C．当S恰好通过平衡位置时，P、Q两点也正好通过平衡位置D．当S恰好通过平衡位置向上运动时，P在波峰E．当S恰好通过平衡位置向下运动时，Q在波峰答案：BDE解析：波长λ＝vT＝eq\f(v,f)＝0.8m，SQ＝14.6m＝18eq\f(1,4)λ，当S处于平衡位置向上振动时，Q应处于波谷；SP＝15.8m＝19eq\f(3,4)λ，当S处于平衡位置向上振动时，P应处于波峰；可见P、Q两质点运动的方向应始终相反，A、C错误，B、D、E正确．7.[2022·北京卷]以下说法正确的选项是()A．电磁波在真空中以光速c传播B．在空气中传播的声波是横波C．声波只能在空气中传播D．光需要介质才能传播答案：A解析：光波属于电磁波，光波在真空中的速度也就是电磁波在真空中的速度，选项A正确．空气中的声波是振源的振动造成空气密度的变化而产生的，它存在密部和疏部，属于纵波，选项B不正确．声波不仅仅能在空气中传播，在固体、液体中都可以传播，选项C不正确．光波属于电磁波，电磁波是通过电磁场的交替变化传递的，不需要介质，选项D不正确．8．[2022·天津卷6分]在均匀介质中坐标原点O处有一波源做简谐运动，其表达式为y＝5sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)t))，它在介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻波刚好传播到x＝12m处，波形图像如图1­所示，那么()图1­A．此后再经6s该波传播到x＝24m处B．M点在此后第3s末的振动方向沿y轴正方向C．波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向D．此后M点第一次到达y＝－3m处所需时间是2s答案：AB解析：根据波源做简谐运动的表达式可知，周期为4s，从波的图像可以看出波长为8m，根据波速公式可以得出，波速为2m/s，再经过6s，波向前传播了12m，故振动的形式传到x＝24m处，A正确；M点在此时振动的方向沿y轴负方向，那么第3s末，即经过了eq\f(3,4)周期，该点的振动方向沿y轴正方向，B正确；波传播到x＝12m时的起振方向为y轴正方向，波源的起振方向与每个点的起振方向一致，C错误；该时刻M点向y轴负方向振动，设经时间t1运动到平衡位置，由3＝5sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)t1))，得t1＝eq\f(37,90)s，故M点第一次到达y＝－3m处所需时间为eq\f(37,45)s，D错误．9.[2022·四川卷5分]简谐横波在均匀介质中沿直线传播，P、Q是传播方向上相距10m的两质点，波先传到P，当波传到Q时开始计时，P、Q两质点的振动图像如图1­所示．那么()图1­A．质点Q开始振动的方向沿y轴正方向B．该波从P传到Q的时间可能为7sC．该波的传播速度可能为2m/sD．该波的波长可能为6m答案：AD解析：读图可知，质点P的振动图像为虚线，质点Q的振动图像为实线．从0时刻开始，质点Q的起振方向沿y轴正方向，A选项正确．由题可知，简谐横波的传播方向从P到Q，由图可知，周期T＝6s，质点Q的振动图像向左平移4s后与P点的振动图像重合，意味着Q比P的振动滞后了4s，即P传到Q的时间Δt可能为