高考物理专题 机械振动与机械波(含答案)

专题十六机械振动与机械波

考纲解读

分析解读在新课标省区的高考中,对该部分知识点的考查不会面面俱到,以中等难度的题目为主。对简谐运动的考查相对较少,主要考查振动图像和波动图像以及波的传播规律等,考查的题型在不同省、市略有差别,但大多以非选择题的形式出现。

本专题综合运用运动学、动力学和能的转化等方面的知识,讨论机械振动和机械波的特点和规律,以及它们之间的联系和区别。熟练掌握振动的周期、能量、波速、波长与频率的关系及机械波的干涉、衍射等知识对后面电磁振荡及电磁波的干涉、衍射等内容的复习具有较大的帮助。

命题探究

解法一图像法

由题意可知此波t=0时的图像如图所示

(1)A点第一次回到平衡位置时t=,即T=4s;

A点比O点晚到平衡位置Δt=s。即Δt=T,故O、A平衡位置间的距离x=λ

即5cm=λ,λ=30cm,v==7.5cm/s

(2)设质点O的位移随时间变化的关系式为y=Acos

代入数据4=Acosφ0

0=Acos

联立解得φ0=,A=8cm

故质点O的位移随时间变化的关系式为

y=0.08cos(国际单位制)

或y=0.08sin(国际单位制)

解法二解析法

(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=s时回到平衡位置,而A在t=1s时回到平衡位置,时间相差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=Acos④

将①式及题给条件代入上式得

⑤

解得

φ0=,A=8cm⑥

质点O的位移随时间变化的关系式为

y=0.08cos(国际单位制)⑦

或y=0.08sin(国际单位制)

五年高考

考点一机械振动

1.(2017北京理综,15,6分)某弹簧振子沿x轴的简谐运动图像如图所示,下列描述正确的是()

A.t=1s时,振子的速度为零,加速度为负的最大值

B.t=2s时,振子的速度为负,加速度为正的最大值

C.t=3s时,振子的速度为负的最大值,加速度为零

D.t=4s时,振子的速度为正,加速度为负的最大值

答案 A

2.(2017上海单科,10,4分)做简谐运动的单摆,其摆长不变,若摆球的质量增加为原来的倍,摆球经过平衡位置的速度减为原来的,则单摆振动的()

A.周期不变,振幅不变

B.周期不变,振幅变小

C.周期改变,振幅不变

D.周期改变,振幅变大

答案 B

3.(2016北京理综,15,6分)如图所示,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。若振子位于N点时开始计时,则其振动图像为()

答案 A

4.(2014浙江理综,17,6分)一位游客在千岛湖边欲乘坐游船,当日风浪较大,游船上下浮动。可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动,振幅为20cm,周期为3.0s。当船上升到最高点时,甲板刚好与码头地面平齐。地面与甲板的高度差不超过10cm时,游客能舒服地登船。在一个周期内,游客能舒服登船的时间是()

A.0.5s

B.0.75s

C.1.0s

D.1.5s

答案 C

5.(2014安徽理综,14,6分)在科学研究中,科学家常将未知现象同已知现象进行比较,找出其共同点,进一步推测未知现象的特性和规律。法国物理学家库仑在研究异种电荷的吸引力问题时,曾将扭秤的振动周期与电荷间距离的关系类比单摆的振动周期与摆球到地心距离的关系。已知单摆摆长为l,引力常量为G,地球质量为M,摆球到地心的距离为r,则单摆振动周期T与距离r的关系式为()

A.T=2πr

B.T=2πr

C.T=

D.T=2πl

答案 B

6.[2015天津理综,9(2)]某同学利用单摆测量重力加速度。

①为了使测量误差尽量小,下列说法正确的是。

A.组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球

B.组装单摆须选用轻且不易伸长的细线

C.实验时须使摆球在同一竖直面内摆动

D.摆长一定的情况下,摆的振幅尽量大

②如图所示,在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约1m的单摆。实验时,由于仅有量程为20cm、精度为

1mm的钢板刻度尺,于是他先使摆球自然下垂,在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点,测出单摆的周期T1;然后保持悬点位置不变,设法将摆长缩短一些,再次使摆球自然下垂,用同样方法在竖直立柱上做另一标记点,并测出单摆的周期T2;最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离ΔL。用上述测量结果,写出重力加速度的表达式g=。

答案①BC②

-

7.[2013课标Ⅱ,34(1),5分]如图,一轻弹簧一端固定,另一端连接一物块构成弹簧振子,该物块是由a、b两个小物块粘在一起组成的。物块在光滑水平面上左右振动,振幅为A0,周期为T0。当物块向右通过平衡位置时,a、b之间的粘胶脱开;以后小物块a振动的振幅和周期分别为A和T,则A A0(填“>”、“<”或“=”),T T0(填“>”、“<”或“=”)。

答案<(3分)<(2分)

教师用书专用(8—11)

8.[2013江苏单科,12B(1)]如图所示的装置,弹簧振子的固有频率是4Hz。现匀速转动把手,给弹簧振子以周期性的驱动力,测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz,则把手转动的频率为。

A.1Hz

B.3Hz

C.4Hz

D.5Hz

答案 A