专题21 机械振动和机械波-五年（2020-2024）高考物理真题分类汇编（原卷版）

2020-2024年五年高考真题分类汇编PAGEPAGE1专题21机械振动和机械波考点五年考情（2020-2024）命题趋势考点1能量量子化光电效应波粒二象性2020年全国卷；2021年江苏卷、广东卷、河北卷；2022年海南卷、浙江卷；2023年山东卷；2024年河北卷、广西卷、浙江卷、福建卷、甘肃卷等机械波是高考物理中的一个重要考点，考查内容通常包括波的形成、传播、图象、干涉、衍射等。以下是对机械波高考考点的概述：简谐运动的特征：受力特征：回复力F=-kx，F(或a)的大小与x的大小成正比，方向相反。运动特征：靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小。能量特征：振幅越大，能量越大。在运动过程中，系统的动能和势能相互转化，机械能守恒。周期性特征：质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为T/2。对称性特征：关于平衡位置O对称的两点，速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等；由对称点到平衡位置O用时相等。波的形成、传播与图象：波的形成：机械振动在介质中的传播形成机械波。波的传播：波在介质中以一定的速度传播，传播过程中波的频率和周期保持不变。波的图象：波的图象反映了介质中各质点在某一时刻的位移情况，通过图象可以读出波长、振幅等信息。振动与波两种图象综合问题：振动图象和波的图象结合，可以提供更全面的波的特性信息。通过图象分析，可以确定波的传播方向、速度、周期等。电磁波：电磁波的产生、传播、特性及应用也是高考中的考点之一。波的干涉与衍射：波的干涉和衍射现象是波的特性，也是高考中的重要考点。干涉和衍射图样的形成及特点需要考生理解和掌握。在高考中，机械波的考查形式多样，可以是选择题、填空题或计算题。考生需要掌握波的基本概念和规律，能够分析和解决实际问题。同时，考生还需具备一定的实验操作能力，如用单摆测重力加速度等。考点2机械波每年每省必考考点01机械振动1.（2024·河北·高考真题）如图，一电动机带动轻杆在竖直框架平面内匀速转动，轻杆一端固定在电动机的转轴上，另一端悬挂一紫外光笔，转动时紫外光始终竖直投射至水平铺开的感光纸上，沿垂直于框架的方向匀速拖动感光纸，感光纸上就画出了描述光点振动的图像．已知轻杆在竖直面内长,电动机转速为．该振动的圆频率和光点在内通过的路程分别为（）A. B. C. D.2.（2024·浙江1月·高考真题）如图1所示，质量相等的小球和点光源，分别用相同的弹簧竖直悬挂于同一水平杆上，间距为，竖直悬挂的观测屏与小球水平间距为，小球和光源做小振幅运动时，在观测屏上可观测小球影子的运动。以竖直向上为正方向，小球和光源的振动图像如图2所示，则（）A.时刻小球向上运动 B.时刻光源的加速度向上C.时刻小球与影子相位差为 D.时刻影子的位移为3.（2024·北京·高考真题）图甲为用手机和轻弹簧制作的一个振动装置。手机加速度传感器记录了手机在竖直方向的振动情况，以向上为正方向，得到手机振动过程中加速度a随时间t变化的曲线为正弦曲线，如图乙所示。下列说法正确的是（）A．时，弹簧弹力为0B．时，手机位于平衡位置上方C．从至，手机的动能增大D．a随t变化的关系式为4.（2024·广西·高考真题）单摆可作为研究简谐运动的理想模型。(1)制作单摆时，在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中，选择图甲方式的目的是要保持摆动中不变；(2)用游标卡尺测量摆球直径，测得读数如图丙，则摆球直径为；(3)若将一个周期为T的单摆，从平衡位置拉开的角度释放，忽略空气阻力，摆球的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为g，以释放时刻作为计时起点，则摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为。5.（2024·福建·高考真题）某简谐振动的图像如图所示，则以下说法正确的是（）A．振幅 B．频率C．时速度为0 D．时加速度方向竖直向下6.（2024·甘肃·高考真题）如图为某单摆的振动图像，重力加速度g取，下列说法正确的是（）A.摆长为1.6m，起始时刻速度最大 B.摆长为2.5m，起始时刻速度为零C.摆长为1.6m，A、C点的速度相同 D.摆长为2.5m，A、B点的速度相同7．（2022·海南·高考真题）在同一地方，甲、乙两个单摆做振幅不同的简谐运动，其振动图像如图所示，可知甲、乙两个单摆的摆长之比为（

）A．2：3 B．3：2 C．4：9 D．9：48．（2022·浙江·统考高考真题）如图所示，一根固定在墙上的水平光滑杆，两端分别固定着相同的轻弹簧，两弹簧自由端相距。套在杆上的小球从中点以初速度向右运动，小球将做周期为的往复运动，则（）A．小球做简谐运动B．小球动能的变化周期为C．两根弹簧的总弹性势能的变化周期为D．小球的初速度为时，其运动周期为9．（2022·浙江·统考高考真题）图甲中的装置水平放置，将小球从平衡位置O拉到A后释放，小球在O点附近来回振动；图乙中被细绳拴着的小球由静止释放后可绕固定点来回摆动。若将上述装置安装在太空中的我国空间站内进行同样操作，下列说法正确的是（）A．甲图中的小球将保持静止B．甲图中的小球仍将来回振动C．乙图中的小球仍将来回摆动D．乙图中的小球将做匀速圆周运动10．（2021·江苏·高考真题）如图所示，半径为R的圆盘边缘有一钉子B，在水平光线下，圆盘的转轴A和钉子B在右侧墙壁上形成影子O和P，以O为原点在竖直方向上建立x坐标系。时从图示位置沿逆时针方向匀速转动圆盘，角速度为，则P做简谐运动的表达式为（）A．B．C．D．11．（2023·山东·统考高考真题）如图所示，沿水平方向做简谐振动的质点，依次通过相距L的A、B两点。已知质点在A点的位移大小为振幅的一半，B点位移大小是A点的倍，质点经过A点时开始计时，t时刻第二次经过B点，该振动的振幅和周期可能是（

）

A． B． C． D．12．（2021·广东·高考真题）如图所示，一个轻质弹簧下端挂一小球，小球静止。现将小球向下拉动距离A后由静止释放，并开始计时，小球在竖直方向做简谐运动，周期为T。经时间，小球从最低点向上运动的距离_____（选填“大于”、“小于”或“等于”）；在时刻，小球的动能______（选填“最大”或“最小”）。13．（2021·河北·高考真题）如图，一弹簧振子沿x轴做简谐运动，振子零时刻向右经过A点，后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，内经过的路程为0.4m。该弹簧振子的周期为________s，振幅为______m。14．（2020·全国·统考高考真题）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。考点02机械波1.（多选）（2024·新课标·高考真题）位于坐标原点O的波源在时开始振动，振动图像如图所示，所形成的简谐横波沿x轴正方向传播。平衡位置在处的质点P开始振动时，波源恰好第2次处于波谷位置，则（）A.波的周期是0.1sB.波的振幅是0.2mC.波的传播速度是10m/sD.平衡位置在处的质点Q开始振动时，质点P处于波峰位置2.（2024·江苏·高考真题）如图所示，水面上有O、A、B三点共线，OA=2AB，时刻在O点的水面给一个扰动，t1时刻A开始振动，则B振动的时刻为（）A.t1 B. C.2t1 D.3.（2024·江西·高考真题）如图（a）所示，利用超声波可以检测飞机机翼内部缺陷。在某次检测实验中，入射波为连续的正弦信号，探头先后探测到机翼表面和缺陷表面的反射信号，分别如图（b）、（c）所示。已知超声波在机翼材料中的波速为。关于这两个反射信号在探头处的叠加效果和缺陷深度d,下列选项正确的是（）A.振动减弱； B.振动加强；C.振动减弱； D.振动加强；4.（2024·安徽·统考高考真题）某仪器发射甲、乙两列横波，在同一均匀介质中相向传播，波速v大小相等。某时刻的波形图如图所示，则这两列横波（）A.在处开始相遇 B.在处开始相遇C.波峰在处相遇 D.波峰在处相遇5.（2024·广东·统考高考真题）一列简谐横波沿x轴正方向传播。波速为，时的波形如图所示。时，处的质点相对平衡位置的位移为（）A0 B. C. D.6.（2024·湖南·统考高考真题）如图，健身者在公园以每分钟60次的频率上下抖动长绳的一端，长绳自右向左呈现波浪状起伏，可近似为单向传播的简谐横波。长绳上A、B两点平衡位置相距，时刻A点位于波谷，B点位于波峰，两者之间还有一个波谷。下列说法正确的是（

）A．波长为 B．波速为C．时刻，B点速度为0 D．时刻，A点速度为07.（多选）（2024·浙江1月·统考高考真题）在如图所示的直角坐标系中，平面为介质Ⅰ和Ⅱ的分界面（z轴垂直纸面向外）。在介质I中的（0，）处有一点波源，产生波长为、速度为v的波。波传到介质Ⅱ中，其速度为，图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x轴和y轴分别交于R和S点，此时波源也恰好位于波峰。M为O、R连线的中点，入射波与反射波在O点相干加强，则（）A.介质Ⅱ中波的频率为 B.S点的坐标为（0，）C.入射波与反射波在M点相干减弱 D.折射角的正弦值8.（多选）（2024·全国甲卷·统考高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，周期为，时刻的波形曲线如图所示，此时介质中质点b向y轴负方向运动，下列说法正确的是（）A.该波的波速为B.该波沿x轴正方向传播C.时质点a和质点c运动方向相反D.时介质中质点a向y轴负方向运动E.时介质中质点b的速率达到最大值9.（多选）（2024·山东·高考真题）甲、乙两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播，波速均为2m/s。t=0时刻二者在x=2m处相遇，波形图如图所示。关于平衡位置在x=2m处的质点P，下列说法正确的是（）A.t=0.5s时，P偏离平衡位置位移为0B.t=0.5s时，P偏离平衡位置的位移为C.t=1.0s时，P向y轴正方向运动D.t=1.0s时，P向y轴负方向运动10．（2023·湖南·统考高考真题）如图（a），在均匀介质中有和四点，其中三点位于同一直线上，垂直．时，位于处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图（b）所示，振动方向与平面垂直，已知波长为．下列说法正确的是（

）

A．这三列波的波速均为B．时，处的质点开始振动C．时，处的质点向轴负方向运动D．时，处的质点与平衡位置的距离是11．（2023·浙江·高考真题）主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波，某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图所示，取得最好降噪效果的抵消声波（声音在空气中的传播速度为）（）A．振幅为B．频率为C．波长应为的奇数倍D．在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相12．（2023·湖北·统考高考真题）一列简谐横波沿x轴正向传播，波长为，振幅为。介质中有a和b两个质点，其平衡位置分别位于和处。某时刻b质点的位移为，且向y轴正方向运动。从该时刻开始计时，a质点的振动图像为（

）A．

B．

C．

D．13．（2023·山西·统考高考真题）船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声。声波在空气中和在水中传播时的（）A．波速和波长均不同 B．频率和波速均不同C．波长和周期均不同 D．周期和频率均不同14．（2023·海南·统考高考真题）下面上下两图分别是一列机械波在传播方向上相距6m的两个质点P、Q的振动图像，下列说法正确的是（

）

A．该波的周期是5s B．该波的波速是3m/sC．4s时P质点向上振动 D．4s时Q质点向上振动15．（2023·北京·统考高考真题）位于坐标原点处的波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波。t=0时波源开始振动，其位移y随时间t变化的关系式为，则t=T时的波形图为（

）A．

B．

C．

D．

16．（2023·浙江·统考高考真题）如图所示，置于管口T前的声源发出一列单一频率声波，分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O。先调节A、B两管等长，O处探测到声波强度为400个单位，然后将A管拉长，在O处第一次探测到声波强度最小，其强度为100个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比，不计声波在管道中传播的能量损失，则（

）

A．声波的波长 B．声波的波长C．两声波的振幅之比为 D．两声波的振幅之比为17．（2022·天津·高考真题）在同一均匀介质中，分别位于坐标原点和处的两个波源O和P，沿y轴振动，形成了两列相向传播的简谐横波a和b，某时刻a和b分别传播到和处，波形如图所示。下列说法正确的是（

）A．a与b的频率之比为 B．O与P开始振动的时刻相同C．a与b相遇后会出现干涉现象 D．O开始振动时沿y轴正方向运动18．（2022·重庆·高考真题）某同学为了研究水波的传播特点，在水面上放置波源和浮标，两者的间距为L。时刻，波源开始从平衡位置沿y轴在竖直方向做简谐运动，产生的水波沿水平方向传播（视为简谐波），时刻传到浮标处使浮标开始振动，此时波源刚好位于正向最大位移处，波源和浮标的振动图像分别如图中的实线和虚线所示，则（）A．浮标的振动周期为 B．水波的传播速度大小为C．时刻浮标沿y轴负方向运动 D．水波的波长为19．（2022·北京·高考真题）在如图所示的坐标系中，一条弹性绳沿x轴放置，图中小黑点代表绳上的质点，相邻质点的间距为a。时，处的质点开始沿y轴做周期为T、振幅为A的简谐运动。时的波形如图所示。下列说法正确的是（）A．时，质点沿y轴负方向运动 B．时，质点的速度最大C．时，质点和相位相同 D．该列绳波的波速为20．（2022·辽宁·高考真题）一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，关于质点P的说法正确的是（）A．该时刻速度沿y轴正方向 B．该时刻加速度沿y轴正方向C．此后周期内通过的路程为A D．此后周期内沿x轴正方向迁移为21．（2021·重庆·高考真题）简谐横波沿x轴正方向传播，题图为某时刻波形图。波源位于处，其位移随时间变化的关系为，则（）A．此波的波长为 B．此波的频率为C．此波的波速为 D．此时波源沿y轴正方向运动22．（2021·辽宁·统考高考真题）一列沿x轴负方向传播的简谐横波，t=2s时的波形如图（a）所示，x=2m处质点的振动图像如图（b）所示，则波速可能是（）A．m/s B．m/s C．m/s D．m/s23．（2021·天津·高考真题）一列沿x轴正方向传播的简谐横波，传播速度，时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动，下列图形中哪个是时的波形（）A．B． C．D．24．（2021·北京·高考真题）一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后K质点比L质点先回到平衡位置。下列判断正确的是（

）A．该简谐横波沿x轴负方向传播 B．此时K质点沿y轴正方向运动C．此时K质点的速度比L质点的小 D．此时K质点的加速度比L质点的小25．（2021·浙江·高考真题）将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳，它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端，同时用相同频率和振幅上下持续振动，产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同，分别得到了如图甲和乙所示的波形。下列说法正确的是（）A．甲图中两手开始振动时的方向并不相同B．甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置C．乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形D．乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形26．（2021·浙江·统考高考真题）两列频率、振幅均相同的简谐波Ⅰ和Ⅱ分别从绳子的两端持续相向传播，在相遇区域发生了干涉，在相距0.48m的A、B间用频闪相机连续拍摄，依次获得1、2、3、4、5五个波形，如图所示，且1和5是同一振动周期内绳上各点位移都达到最大值时拍摄的波形。已知频闪时间间隔为0.12s，下列说法正确的是（）A．简谐波Ⅰ和Ⅱ的波长均为0.24m B．简谐波Ⅰ和Ⅱ的周期均为0.48sC．绳上各点均做振幅相同的简谐运动 D．两波源到A点和C点的路程差之差的绝对值是0.48m27．（2020·北京·统考高考真题）一列简谐横波某时刻波形如图甲所示。由该时刻开始计时，质点L的振动情况如图乙所示。下列说法正确的是（）A．该横波沿轴负方向传播B．质点N该时刻向y轴负方向运动C．质点L经半个周期将沿轴正方向移动D．该时刻质点K与M的速度、加速度都相同28．（2020·天津·统考高考真题）一列简谐横波沿x轴正方向传播，周期为T，时的波形如图所示。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-5cm29．（2020·山东·统考高考真题）一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播，已知处质点的振动方程为，则时刻的波形图正确的是（）A． B．C． D．30．（多选）（2023·全国·统考高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，图（a）是时刻的波形图；P是介质中位于处的质点，其振动图像如图（b）所示。下列说法正确的是（）

A．波速为B．波向左传播C．波的振幅是D．处的质点在时位于平衡位置E．质点P在0~7s时间内运动的路程为31．（多选）（2023·辽宁·统考高考真题）“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是（）

A．插入水中的筷子、看起来折断了B．阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹C．驶近站台的火车，汽笛音调变高D．振动音叉的周围，声音忽高忽低32．（多选）（2022·浙江·统考高考真题）位于的波源p从时刻开始振动，形成的简谐横波沿x轴正负方向传播，在时波源停止振动，时的部分波形如图所示，其中质点a的平衡位置，质点b的平衡位置。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．时，波源的位移为正C．时，质点a沿y轴负方向振动D．在0到2s内，质点b运动总路程是2.55m33．（多选）（2022·山东·统考高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如图所示。当时，简谐波的波动图像可能正确的是（）A． B．C． D．34．（多选）（2022·浙江·统考高考真题）两列振幅相等、波长均为、周期均为T的简谐横波沿同一绳子相向传播，若两列波均由一次全振动产生，t=0时刻的波形如图1所示，此时两列波相距，则（）A．时，波形如图2甲所示B．时，波形如图2乙所示C．时，波形如图2丙所示D．时，波形如图2丁所示35．（多选）（2021·湖北·统考高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，在t=0时刻和t=1s时刻的波形分别如图中实线和虚线所示。已知x=0处的质点在0~1s内运动的路程为4.5cm。下列说法正确的是（）A．波沿x轴正方向传播B．波源振动周期为1.1sC．波的传播速度大小为13m/sD．t=1s时，x=6m处的质点沿y轴负方向运动36．（多选）（2021·山东·高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，如图所示，实线为时的波形图，虚线为时的波形图。以下关于平衡位置在O处质点的振动图像，可能正确的是（）A． B．C． D．37．（多选）（2021·湖南·高考真题）均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播，波面为圆。t=0时刻，波面分布如图（a）所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷。A处质点的振动图像如图（b）所示，z轴正方向竖直向上。下列说法正确的是（）

A．该波从A点传播到B点，所需时间为B．时，处质点位于波峰C．时，处质点振动速度方向竖直向上D．时，处质点所受回复力方向竖直向上E．处质点起振后，内经过的路程为38．（多选）（2020·海南·统考高考真题）一列简谐横波沿x轴正方向传播，波的周期为，某时刻的波形如图所示．则（）A．该波的波长为B．该波的波速为C．该时刻质点P向y轴负方向运动D．该时刻质点Q向y轴负方向运动39．（多选）（2020·浙江·统考高考真题）如图所示，x轴上、处有两个振动周期均为、振幅均为的相同的波源、，时刻同时开始竖直向下振动，产生波长均为沿x轴传播的简谐横波。P、M、Q分别是x轴上、和的三个点，下列说法正确的是（）A．时P、M、Q三点均已振动B．后M点的位移始终是C．后P点的位移始终是0D．时Q点的振动方向竖直向下40．（2023·全国·统考高考真题）分别沿x轴正向和负向传播的两列简谐横波P、Q的振动方向相同,振幅均为5cm，波长均为8m，波速均为4m/s。时刻，P波刚好传播到坐标原点,该处的质点将自平衡位置向下振动；Q波刚好传到处，该处的质点将自平衡位置向上振动。经过一段时间后，两列波相遇。（1）在答题卡给出的坐标图上分别画出P、Q两列波在时刻的波形图（P波用虚线，Q波用实线）；（2）求出图示范围内的介质中，因两列波干涉而振动振幅最大和振幅最小的平衡位置。

41．（2021·海南·高考真题）一列沿x轴正方向传播的简谐横波，其波源的平衡位置在坐标原点，波源在0~4s内的振动图像如图（a）所示，已知波的传播速度为0.5m/s。（1）求这列横波的波长；（2）求波源在4s内通过的路程；（3）在图（b）中画出t=4s时刻的波形图。42．（2021·全国·高考真题）均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB=16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v=20cm/s，波长大于20cm，振幅为A=1cm，且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔△t=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。求（1）从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；（2）t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。43．（2020·全国·统考高考真题）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：（i）波的波长；（ii）波的传播速度。44．（2022·福建·高考真题）艺术体操运动员站在场地中以一定频率上下抖动长绸带的一端，绸带自左向右呈现波浪状起伏。某时刻绸带形状如图所示