2023年高三物理二轮练习07 机械波和三大力场中的机械振动

2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破

专题07机械波和三大力场中的机械振动

专练目标专练内容

目标1高考真题（IT—4T）

目标2机械波的图像问题（5T—8T）

目标3机械波的多解问题（9T-12T）

目标4三大力场中弹簧振子的机械振动（13T—16T）

目标5三大力场中单摆的机械振动（17T—20T）

【典例专练】

一、高考真题

L（2022年北京卷）在如图所示的X0P坐标系中，一条弹性绳沿X轴放置，图中小黑点代表绳上的质点，

3

相邻质点的间距为人/=0时，x=0处的质点PO开始沿y轴做周期为7、振幅为N的简谐运动。f=：T时

的波形如图所示。下列说法正确的是（）

尸。P,P2P3P4PiP6P1P8Pg

3

A.，=0时，质点R沿N轴负方向运动B.，=:丁时，质点P的速度最大

4i4

3

C./=；T时，质点Pj和Ps相位相同D.该列绳波的波速为竽

4

2.（2022年浙江卷）位于x=0.25m的波源0从f=0时刻开始振动，形成的简谐横波沿X轴正负方向传播,

在∕=2.0s时波源停止振动，f=2.1s时的部分波形如图所示，其中质点α的平衡位置X（I=I.75m,质点b的平

衡位置4=-0∙5m0下列说法正确的是（）

A.沿X轴正负方向传播的波发生干涉

B.f=0.42s时，波源的位移为正

C.Z=2.25s时，质点α沿y轴负方向振动

D.在。到2s内，质点b运动总路程是2.55m

3.（2022年山东卷）一列简谐横波沿X轴传播，平衡位置位于坐标原点。的质点振动图像如图所示。当f=7s

时，简谐波的波动图像可能正确的是（）

4.（2022年湖南卷）下端附着重物的粗细均匀木棒，竖直浮在河面，在重力和浮力作用下，沿竖直方向做

频率为IHZ的简谐运动：与此同时，木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动，如图（a）所示。以木棒所

受浮力尸为纵轴，木棒水平位移X为横轴建立直角坐标系，浮力F随水平位移X的变化如图（b）所示。已

知河水密度为。，木棒横截面积为S,重力加速度大小为g。下列说法正确的是（）

x/m

图(b)

A.X从0.05m到0.15m的过程中，木棒的动能先增大后减小

B.%从0.2Im到0.25m的过程中，木棒加速度方向竖直向下，大小逐渐变小

C.X=O.35m和R=O.45m时,木棒的速度大小相等，方向相反

D.木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为与二，

2pSg

E.木棒的运动为向X轴正方向传播的机械横波，波速为0.4m∕s

二、机械波的图像问题

5.如图所示，图甲为一列沿水平方向传播的简谐横波在时刻的波形图，图乙为质点b从fo时刻开始计时

的振动图像，则下列说法正确的是（）

A.该简谐横波沿X轴负方向传播

B.再经过12.5s质点”通过的路程为20Cm

C.该简谐横波波速为0.4m/s

D.该波与频率为IOHZ简谐横波相遇时，能形成稳定的干涉图样

6.一列简谐横波在均均介质中沿X轴负方向传播，已知x=（∕处质点的振动方程为y=Zcos（,，，则

/=LT时刻的波形图正确的是（）

4

7.如图所示是一列沿X轴正方向传播的机械波在/=0时的波形图，由于某种原因，中间有一部分无法看清,

已知该波的波速v=0.5m∕s,下列说法正确的是（）

A.t-0时刻x=9Cm处的质点正经过平衡位置沿y轴负方向运动

B.此列波的周期Γ=0.02s

C.0~0O3s时间内,质点P的加速度不断减小

D.∕=0.17s时，质点P运动到正方向最大位移处

8.如图所示，两列简谐横波分别沿X轴正方向和负方向传播，两波源分别位于X=-0.2m和x=1.2m处，两

列波的波速均为v=0∙4m∕s,振幅均为A=2cm0，=0时刻两列波的图象及传播方向如图所示，此时平衡位置处

于X=O.2m和X=O.8m的P、。两质点刚开始振动。质点ΛAN的平衡位置分别处于X=O.4m和X=O.5m处，下

列关于各质点运动情况的判断正确的（）

A.∕=0.75s时刻，质点尸、。都运动到N点

B.质点P、0的起振方向相同

C.f=1.5s时刻，质点M的位移为2cm

D.两列波相遇后，N点是振动加强点

三、机械波的多解问题

9.如图所示为一列沿X轴负方向传播的简谐横波，实线为f=0时刻的波形图，虚线为f=0.6s时的波形图,

波的周期T>0.6s,则()

A.波的周期为2.4s

B.在f=0.9s时，P点沿y轴正方向运动

C.在f=0到f=0.4s内，尸点经过的路程为0.4m

D.在f=0.2s时，。点到达平衡位置

10.一列简谐横波沿X轴的正向传播，振幅为2cm,周期为7。已知在时刻波上相距50Cm的两质点.、

b的位移都是百cm，但运动方向相反，其中质点α沿y轴负向运动，如图所示，下列说法不正确的是()

A.在f=g时刻质点6速度最大

B.该列简谐横波波长可能为12Cm

C.质点/质点b的速度在某--时刻可以相同

D.当质点b的位移为+2Cm时，质点α的位移为负

11.如图，UO时刻，位于原点。处的波源质点从平衡位置开始沿夕轴正方向做振幅4=4Cm的简谐运动，

该波源产生的简谐横波在均匀介质中沿X轴正向传播。f=0.5s时，平衡位置坐标为（10m,0）的质点尸开

始运动，此时波源质点的振动位移为2cm,下列说法正确的是（）

八y/cm

八

O'--------------------*------->

Px/m

A.该列简谐横波的传播速度为20m∕s

B.该列简谐横波的最大周期为1.2s

C.该列简谐横波在介质中传播的最大波长为120m

D.Qo.5s时，x=5m处质点的位移可能为y=4sin（α+总MCm）（"=0,1,2,3…）

12.一列简谐横波沿X轴传播，如图所示，实线为32s时的波形图，虚线为18s时的波形图。以下关于

平衡位置在。处质点的振动图像，可能正确的是（）

-WCm

-5

四、三大力场中弹簧振子的机械振动

13.如图所示，有一根用绝缘材料制成的劲度系数为人的轻弹簧，左端固定，右端与小球连接。小球质量为

m,带电量为+外开始时小球静止在光滑绝缘水平面上，施加水平向右的匀强电场E后小球开始做简谐运动。

小球经过。时加速度为零，A.8为小球能够到达的最大位移处。在小球做简谐运动过程中，下列判断正确

的是（）

A.小球的速度为零时，弹簧伸长量是华

K

B∙小球和弹簧系统的机械能守恒

C.小球做简谐运动的振幅是孚

K

D.小球由。到8过程中，弹力做功的绝对值大于电场力做功的绝对值

14.如图所示，一质量为机的矩形线框Mcd被一轻质弹簧竖直悬挂起来，弹簧上端固定，可看作弹簧振子。

be边长为3处于垂直纸面向里的匀强磁场中，Mcd回路的总电阻为R。在外力作用下线框在竖直平面内

做简谐运动，运动的周期与弹簧振子的固有周期相同，振幅为4,弹簧的劲度系数为上线框在运动过程中,

儿边始终在磁场中，Qd边始终在磁场外，弹簧始终在弹性限度内。已知弹簧振子的振动周期公式为

,其中m为振子的质量，A为弹簧的劲度系数，下列说法正确的是（）

XXXX

XbC×

XXXX

XX×X

A.线框振动到平衡位置时，弹簧伸长量一定为X=罕

K

B.线框振动到平衡位置时，弹簧可能处于原长

C.假如撤去外力的话，线框继续做筒谐运动

D.由题目给出的信息，无法计算出一个完整的周期内外力做功的大小

15.动量P随位移X变化的图像称作相轨，它在理论物理、近代数学分析的发展中扮演了重要的角色。如

图甲所示，光滑水平面上有一弹簧振子。现以弹簧原长时物块的位置为坐标原点O,取向右为正方向，建

立OX坐标系。当物块偏离。点的位移为X时，弹簧振子的弹性势能为:b?,其中人为弹簧的劲度系数。

当弹簧振子的机械能为E时，该弹簧振子的部分P-X图像如图乙中曲线C所示，M和N分别为曲线C与P

轴和X轴的交点。下列说法正确的是（）

A.曲线C是抛物线的一部分

B.曲线c对应物块从右侧最远处向O点运动的过程

该弹簧振子的振幅为J至

C.

当物块运动到振幅一半处时，其动量大小为其动量最大值的正

D.

2

16.如图所示，质量为M的物体C放在倾角为ɑ的足够长的粗糙斜面上，通过一平行于斜面的轻绳跨过光

滑定滑轮与一竖直轻弹簧相连，弹簧的劲度系数为在，将质量为的钩码8挂于弹簧下端，当弹簧处于原

长时，将钩码8由静止释放，当钩码8到达最低点时（未着地），C恰好要被拉动，轻绳不可伸长，弹簧始

终在弹性限度内，弹力做功公式为%=g∙丘2,以下判断正确的是（）

22

A.钩码8所能达到的最大动能为生旦

2k

B.钩码8由静止释放至到达最低点过程机械能先增大后减小

C.钩码8由静止释放至到达最低点过程中，弹簧弹力做的功先大于重力做的功，后小于重力做的功

D.物体C恰好要被拉动时，受到的摩擦力大小为2mg-Λ⅛sina

五、三大力场中单摆的机械振动

17.如图所示，倾角为。的斜面MN上的8点固定一光滑圆弧槽Z8（对应的圆心角小于10。），其圆心在8

点正上方的。点，另外，光滑斜面OC和。。的下端亦在九W上，让可视为质点的小球分别无初速出发，从

N点到达8的时间为fB，从。点到达C的时间为左，从O点到达。的时间为比较这三段时间，正确的

是（）

A.fB>>左B.fD>左>C.G=，C=D∙>左=

18.图甲是用力传感器对单摆做小角度摆动过程进行测量的装置图，图乙是与力传感器连接的计算机屏幕

所显示的FT图像，其中尸的最大值∕ax=l∙02N,已知摆球质量m=100g,重力加速度取9.8m∕s2,/取

9.8,不计摆线质量及空气阻力。下列说法正确的是（）

力

匕

传

感

器

甲

A.单摆周期为0.8s

B.单摆摆长约为0.84m

C.尸的最小值a“n=0.96N

D.若仅将摆球质量变为200g,单摆周期变大

19.如图1所示，绝缘细线的一端系一带正电小球，另一端固定在。点，整个装置处于光滑绝缘水平面上,

空间存在一水平向右的匀强电场，电场强度大小为E,小球静止时处于4点，图2为俯视图。已知细线长

度为L，小球质量为机，带电量大小为4,重力加速度为g,不计空气阻力，细线的长度不变。

⑴在水平面上将小球拉至位置。’，。。’垂直于电场线，使细线刚好伸直，然后将小球由静止释放。求小球

到达4点时速度的大小；

⑵保持细线伸直，将小球在水平面上拉离/点一个很小的距离，由静止释放，小球将做简谐运动，类比单

摆的周期公式求出小球做简谐运动的周期；

⑶在小球处于4点静止的情况下，突然撤掉水平面，O点位置不变，小球将在竖直面内运动。若E=吧,

q

不计空气阻力，求小球在之后的运动过程中细线拉力的最大值。

20.简谐运动是一种理想化的运动模型，是机械振动中最简单、最基本的振动。它具有如下特点：

第一：简谐运动的物体受到回复力的作用，回复力罐的大小与物体偏离平衡位置的位移X成正比，回复力

的方向与物体偏离平衡位置的位移方向相反，即：%=-去，其中/为振动系数，其值由振动系统决定；

第二：简谐运动是一种周期性运动，其周期与振动物体的质量的平方根成正比，与振动系统的振动系数的

平方根成反比，而与振幅无关，即：T=2书。

试论证分析如下问题：

（1）如图甲，摆长为心、摆球质量为