考点十七 机械振动与机械波-2020年高考物理分类题库

考点十七机械振动与机械波1.(2020·全国Ⅰ卷)在下列现象中,可以用多普勒效应解释的有。

A.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声B.超声波被血管中的血流反射后,探测器接收到的超声波频率发生变化C.观察者听到远去的列车发出的汽笛声,音调会变低D.同一声源发出的声波,在空气和水中传播的速度不同E.天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化【解析】选B、C、E。雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声,是因为声音的传播速度比光的传播速度慢,不属于多普勒效应,故选项A错误;超声波遇到血液中的血小板等细胞发生反射时,由于血小板的运动会使得反射声波的频率发生变化,属于多普勒效应,故选项B正确;列车和人的位置相对变化了,所以听到的声音频率发生了变化,属于多普勒效应,故选项C正确;同一声源发出的声波,在空气和水这两个不同介质中传播时,频率不变,传播速度发生变化,不属于多普勒效应,故选项D错误;双星在周期性运动时,到地球的距离发生周期性变化,故接收到的光频率会发生变化,属于多普勒效应,故选项E正确。2.(2020·浙江7月选考)如图所示,x轴上-2m、12m处有两个振动周期均为4s、振幅均为1cm的相同的波源S1、S2,t=0时刻同时开始竖直向下振动,产生波长均为4m沿x轴传播的简谐横波。P、M、Q分别是x轴上2m、5m和8.5m的三个点,下列说法正确的是 ()A.6.0s时P、M、Q三点均已振动B.8.0s后M点的位移始终是2cmC.10.0s后P点的位移始终是0D.10.5s时Q点的振动方向竖直向下【解析】选C、D。波速为,在6s内两列波传播了6m,则此时P、Q两质点已振动,但是M点还未振动,A错误;因M点到两个振源的距离相等,则M是振动加强点,振幅为2cm,但不是位移始终为2cm,B错误;P点到两振源的距离之差为6cm,为半波长的3倍,则该点为振动减弱点,振幅为零,即10.0s后P点的位移始终为零,C正确;S1波源的振动传到Q点的时间为,则10.5s时Q点由S1引起的振动方向竖直向下;S2波源的振动传到Q点的时间为,则10.5s时Q点由S2引起的振动已经振动了7s,此时在最高点,速度为零,则10.5s时刻Q点的振动方向竖直向下,D正确。3.(2020·天津等级考)一列简谐橫波沿x轴正方向传播,周期为T,t=0时的波形如图所示。t=时()A.质点a速度方向沿y轴负方向B.质点b沿x轴正方向迁移了1mC.质点c的加速度为零D.质点d的位移为-5cm【解析】选C。由图像可知在t=时,a、c两质点在平衡位置,质点d向上运动到波峰的位置,a速度方向沿y轴正方向,c的加速度为零,质点d的位移应该是5cm,故C正确,A、D错误;在波传播过程中,质点只在平衡位置上下振动,不随波迁移,故B错误。【直击题眼】题干明确说明了t=0时的波形图,要想明确t=时的各点振动情况,只需将图像向右平移四分之一个波长,但是点的x轴坐标不会动。4.(2020·山东等级考)一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播,已知x=λ处质点的振动方程为y=Acos(t),则t=T时刻的波形图正确的是 ()【解析】选D。根据题意可知,时,在处的质点处,即此时该质点位于平衡位置,A、B均错误;下一时刻,y>0,即该质点处于平衡位置且向上振动,由题意知横波沿x轴负方向传播,根据同侧法原理判断波形可知C错误、D正确。故选D。5.(2020·全国Ⅱ卷)用一个摆长为80.0cm的单摆做实验,要求摆动的最大角度小于5°,则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过cm(保留1位小数)。(提示:单摆被拉开小角度的情况下,所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。)

某同学想设计一个新单摆,要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为cm。

【解析】摆球沿圆弧移动的路程x=,根据单摆周期公式,知10T2=11T1,解得l2=96.8cm答案:6.996.86.(2020·全国Ⅲ卷)如图,一列简谐横波平行于x轴传播,图中的实线和虚线分别为t=0和t=0.1s时的波形图。已知平衡位置在x=6m处的质点,在0到0.1s时间内运动方向不变。这列简谐波的周期为s,波速为m/s,传播方向沿x轴(选填“正方向”或“负方向”)。

【解析】因为x=6m处的质点在0~0.1s内运动方向不变,所以该处质点从正向位移最大处经过四分之一个周期向下运动至平衡位置处,即,解得周期为T=0.4s,所以波速为,在虚线上,x=6m处的质点向下运动,根据同侧法可知波沿x轴负方向传播。答案:0.410负方向7.(2020·全国I卷)一振动片以频率f做简谐振动时,固定在振动片上的两根细杆同步周期性地触动水面上a、b两点,两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样。c是水面上的一点,a、b、c间的距离均为l,如图所示。已知除c点外,在ac连线上还有其他振幅极大的点,其中距c最近的点到c的距离为。求:①波的波长;②波的传播速度。【解析】①如图,设距c点最近的振幅极大的点为d