高考物理二级结论题型详解：机械振动和波（学生版）

机被穆劭和波

一、简谐运动

⑴动力学特征:F=Tte,“一”表示回复力的方向与位移方向相反，入是比例系数，不一定是弹簧的劲度系

数.

二、单摆

（1）单摆的振动可视为简谐运动的条件是最知I剧立

（2）单摆做简谐运动的周期公式：T=2n蒲。单摆做简谐运动的周期（或频率）跟振幅及摆球质量无

关,摆长甘旨悬点到摆球重心的距离,g为单摆所在处的重力加速度。

（3）秒摆的周期为2s,根据单摆周期公式，可算得秒摆的摆长约为1m。

L将一台智能手机水平粘在秋千的座椅上,使手机边缘与座椅边缘平行（图甲），让秋千以小摆角（小于

5°）自由摆动，此时秋千可看作一个理想的单摆，摆长为心从手机传感器中得到了其垂直手机平面方

向的a—1关系图如图乙所示。则以下说法正确的是（）

A.忽略空气阻力，秋千的回复力由重力和拉力的合力提供

B.当秋千摆至最低点时，秋千对手机的支持力等于手机所受的重力

C.秋千摆动的周期为益—右

4兀2乙

D.该地的重力加速度g

2

(i2-ti)

2.如图甲所示，。点为单摆的固定悬点，在其正下方的P点有一个钉子，现将小球拉开一定的角度后开

始运动，小球在摆动过程中的偏角不超过5°o从某时刻开始计时,绳中的拉力大小R随时间t变化的

关系如图乙所示，重力加速度g取10m/s2,忽略一切阻力。下列说法正确的是（）

A.t=0.1兀s时小球位于口点B.t=0.4兀s时小球位于C点

C.OA之间的距离为L5mD.OP之间的距离为1.2m

3.如图所示，树梢的摆动可视为周期12s、振幅1.2m的简谐运动。某时刻开始计时，36s后树梢向右偏

离平衡位置0.6小。下列说法正确的是（）

1.2m

A.开始计时的时刻树梢恰位于平衡位置

B.树梢做简谐运动的“圆频率”约为0.08Hz

C.树梢在开始计时后的36s内通过的路程为4.8m

D.再经过4s,树梢可能处于向左偏离平衡位置1.2山处

4.将一个力传感器连接到计算机上就可以记录力随时间变化的情况。如图甲所示，单摆的固定悬点。

与力传感器（图中未画出）相连，现将小摆球（可视为质点）拉至人点，此时细线处于张紧状态,释放摆

球，则摆球将在竖直平面内的A、。之间来回摆动，其中B点为运动中的最低位置，AAOB=ACOB

=虱9小于5°且是未知量）,测得单摆的摆长L=0.39m,由计算机DIS软件绘制的细线对摆球的拉力

大小F随时间土变化的曲线如图乙所示。

（1）求单摆所处位置的重力加速度大小g°；

（2）测得摆球的质量为小,求摆球运动过程中的最大速度（用题中*、m、L、尺1ax表示）。

甲

5.秋千、钟摆等运动都是我们熟悉的摆动现象。它们形状各异，却遵循着相似的规律。如图1所示，一个

摆的摆长为"小球质量为小,拉起小球使摆线与竖直方向夹角为6时将小球由静止释放，忽略空气阻

力。

（1）求小球运动到最低点时的角速度大小。

（2）如果只把小球的质量改为2m，还是从相同的位置由静止释放,则小球从静止到最低点的时间与原

来相比是否会发生变化？简要说明理由。

（3）如果把摆线换成长仍为L的轻杆，如图2所示，一端可绕固定在O点的光滑轴承在竖直平面内转

动，在距O点为方和力处分别固定一个质量均为小、可看作质点的小球,忽略轻杆的质量和空气阻

力。

a.将杆与小球组成的系统仍拉到与竖直方向成。角的位置由静止释放，当系统向下运动到最低点

时,求此时系统的角速度大小。

b.当。角较大时，单摆的运动将不能看作简谐运动，周期公式也不能使用。如果通过实验测得上面

（2）中的运动周期为T,能否推算出此时轻杆系统的运动周期？如果不能,请说明理由；如果能，请写

出推导过程并算出结果。

图1图2

三、机械波的特点

(1)介质依存性:机械波离不开介质.

(2)能量信息性:机械波传播的是振动的形式、能量和信息.

(3)传播不移性:在传播方向上，各质点只在各自平衡位置附近振动，并不随波迁移.

(4)时空重复性:机械波传播时，介质中的质点不断地重复着振源的振动形式.

(5)周期、频率同源性:介质中各质点的振动周期均等于振源的振动周期且在传播中保持不变.

(6)起振同向性:各质点开始振动的方向与振源开始振动方向相同.

(7)波长、波速和频率的关系:“=至J由波源决定,v由介质决定.

四、振动图像和波的图像的比较

图像类型振动图像波的图像

沿波传播方向

研究对象一振动质点

上所有质点

研究内容一质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律

|%/m

图像

物理意义表示某质点各个时刻的位移表示某时刻各质点的位移

(1)质点振动周期(1)波长、振幅

(2)质点振幅(2)任意一质点在该时刻的位移

图像信息

(3)各时刻质点位移(3)任意一质点在该时刻加速度方向

(4)各时刻速度、加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判

记录着一个人一段时间内活动的录记录着许多人某时刻动作、表情的集体照

形象比喻

像带片

随时间推移，图像延续，但已有形状

图像变化随时间推移,图像沿传播方向平移

不变

一完整曲线占

表示一个周期表示一个波长

横坐标距离

6.如图所示,是一个人两次抖动同一细绳形成的机械波，第一次抖动形成图甲所示波形,第二次抖动形

成图乙所示的波形,下列说法中正确的是()

A.机械波向外传递的过程中频率会逐渐减小

B.在传播方向上相邻两个波峰间的距离是一个波长

C.甲、乙两列绳波的起振方向相同

D.机械波以传递振动，所以绳上的各点随波向外迁移

7.B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收

到的超声波信号输入计算机，形成B超图像。血管探头发送的简谐超声波图像如图所示，力=0时刻

波恰好传到质点朋•"=2.5x10-85时刻恰好传到质点下列说法正确的是（）

A.血管探头发出的超声波在血管中的传播速度为8xl02m/s

B.质点N开始振动的方向沿“轴负方向

C.质点V的振动方程为y=0.4sin（2兀X108f）mm

D.t=3.125x10飞时，质点M与质点N的位移大小相等、方向相反

8.两列简谐横波分别沿力轴正方向和负方向传播，波速均为v=0.2m/s,两个波源分别位于力=-0.2m

和刀=1.2m处，波源的振幅均为2cm。如图所示为t=0时刻两列波的图象，此刻平衡位置在刀=

0.2m和re=0.8m处的P、Q两质点刚开始振动。质点M'的平衡位置位于x=0.5nz处，下列说法正确

A.这两列波的频率均为2HzB.t=3.5s时，质点P的位移为2cm

C.0〜4s时间内，质点P经过的路程为20cmD.质点M始终在平衡位置附近振动

9.清晨，在平静的湖面上,老张和老李分别在甲、乙两只小船上静坐钓鱼，两船相距40小。突然湖边的水

受到扰动，引起一列水波在水面上从左向右传播。某时刻甲船和乙船的位置如图，甲位于波峰时，乙

恰位于波谷，且峰、谷间的高度差为0.4小。若水波的周期为4s,则（）

A.水波波速为5m/sB.甲、乙振动的振幅等于0.4m

C.水波波长为16mD.9s内乙运动的路程为367n

10.一列沿X轴正方向传播的简谐横波，t=0时刻波源质点O从平衡位置开始振动，图甲是简谐横波在t

=0.6s时的部分波形图，图乙是这列波上X=0.7山处的质点从t=0.7s时刻开始振动的图像，下列说

x/m

A.波源的起振方向向上B.1=0.6s时，7=0.1巾处的质点在波谷处

C.波的频率/=0.5HzD.波源的振动方程为夕=5sin（5兀t）cm

五、波的干涉

11.2022年12月安徽省某地发生3级地震，震源深度8千米。地震发生时监测站监测到一列沿c轴传播

的地震横波，t=0时刻波形如图（a）所示，质点P从t=0时刻开始的振动图像如图⑹所示。则下列

说法正确的是（

A.该波沿力轴正方向传播

B.该波沿①轴传播20km距离需要5s

C.该波在传播过程中遇到4km尺寸的障碍物时不会发生明显的衍射现象

D.该波与频率为2Hz的简谐横波相遇,一定能形成干涉图样

12.图甲描绘了在t=0时刻，由两波源Si、S2在均匀介质中形成的波阵面平面图（实线和虚线分别代表波

峰和波谷）。已知这两个波源的振动频率相等，振幅相同。P和Q是该平面上的两个固定点，S】、S2

间的距离是0.2小。图乙是P点的振动图像（位移一时间关系）。下列说法中正确的是（）

A.&S2的连线上共有4个干涉减弱点B.&S2连线的延长线上没有干涉增强点

C.t=0.2s时，Q点的位移是AD.波源Si发出的机械波波速为0.2m/s

13.图中Si、S?为两个相干波源，实线和虚线分别表示发出的波的波峰和波谷位置,下列关于图中a、b两

位置正确的说法是（）

A.a为振动加强的位置，b为振动减弱的位置B.a为振动减弱的位置，b为振动加强的位置

C.a、b都为振动加强的位置D.a、b都为振动减弱的位置

14.消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。内燃机、通风机等在排

放各种高速气流的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来削弱高速气流

产生的噪声。干涉型消声器的结构及气流运行如图所示，波长为人的声波沿

水平管道自左向右传播,当声波到达a处时,分成两束相干波，它们分别通

过八和q的路程，再在b处相遇，从而达到削弱噪声的目的。下列说法正确的是（）

A.若△「=『2-r1，则△「等于半波长的偶数倍•••

B.若b和c在同一条直线上"和c之间的距离为g九则c为声波的加强点

C.若声波的振动频率发生改变，则声波的传播速度也发生改变

D.若声波的振动频率发生改变，b点有可能是振动加强的点

15.手机上一般会有两个麦克风，一个比较大的位于手机下方,另一个位于手机顶部。小亮同学查阅手机

说明书后知道手机顶部的麦克风为降噪麦克风。该同学进一步查阅资料得知：降噪麦克风通过降噪

系统产生与外界噪音相位相反的声波,与噪音叠加从而实现降噪的效果。理想情况下的降噪过程如

图所示，实线对应环境噪声，虚线对应降噪系统产生的等幅反相声波。下列说法正确的是（）

上麦克风

Oo「

环境噪声

下麦克风降噪声波

A.降噪过程应用的是声波的干涉原理，P点振动减弱

B.降噪声波的频率与环境噪声的频率不相同

C.降噪声波与环境噪声声波的波长大小不相等

D.质点P经过一个周期向外迁移的距离为一个波长

六、光的折射、全反射

（1）折射率:”=啊n=C

sinrv

（2）全反射：sinC=^（发生全反射的两个条件:①光从光密介质射入光疏介质;②入射角大于或等于临界

角.）

七、平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体对光的偏折作用

类别

平行坡璃砖三棱镜圆柱体（球）

项目

结构坡璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆

政

A

对光线的作用Sr圆界面的法线是过圆

通过三棱镜的光线经两次折射

通过平行玻璃砖的光线不改心的直线，经过两次折

后，出射光线向棱镜底面偏折

变传播方向,但要发生侧移射后向圆心偏折

号）

应用测定坡璃的折射率改变光的传播方向

全反射棱镜，改变光的传播方向

【特别提醒】不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不

同.

16.如图所示,楔形玻璃的横截面尸OQ的顶角为30°,OP边上的点光源S到顶点。的距离为d,垂直于

OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为

A.-1-dB.与dC.dD.V2d

17.在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9山,水的折射率

"=去，细灯带到水面的距离％=余山，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（）

oJ.U

A.B.C.D.

18.如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边4B以角度。入射，依次经

AC和两次反射，从直角边AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了a角，则a（）

A.等于90°B.大于90°C小于90°D.与棱镜的折射率有关

19.（多选）等腰三角形△abc为一棱镜的横截面，ab=ac；一平行于be边的细光束从ab边射入棱镜，在

be边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不

考虑多次反射。下列说法正确的是（）

a

A.甲光的波长比乙光的长

B.甲光的频率比乙光的高

C.在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大

D.该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率

E.在棱镜内be边反射时的入射角，甲光比乙光的大

20.柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以。为圆心,半径为R的1圆，左侧是直角梯形，AP长

为R,/C与8夹角45°,47中点为B,a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，器件介质对a,b

光的折射率分别为L42、1.40,保持光的入射方向不变，入射点从4向B移动过程中，能在面全反

射后，从。河面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（）

A.仅有a光B.仅有b光C.a、b光都可以D.a、b光都不可以

八、光的波动性

杨氏双（形成明、喑相间的间距相等的条纹

f缝干涉条纹间距△彳=j-A

的

光

涉

干

图样特征

薄膜

应叫微「表面平整度

光干涉

的

波条件：障碍物或孔的尺寸与光的波长差

动

光的f不多或比光的波长小

性

衍射

L形成明、喑相间的间距不相等的条纹

光的一自然光

偏振

—偏振光

九、多普勒效应:当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大;当波源与观察者相互远离时,观察者

接收到的频率变小。

21.如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，。为待测柱形样品，。的上表面与上方标准

平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知。的

膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时，下列说法正确的是（）

A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动

C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动

22.（多选）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝Si、S2的宽度可调，狭缝到屏

的距离为乙。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正

A.图乙是光的双缝干涉图样,当光通过狭缝时,也发生了衍射

B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大

C.照射两条狭缝时，增加L,其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大

D.照射两条狭缝时，若光从狭缝Si、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条

纹

23.如图所示，由波长为4和心的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射

光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。