专题15 振动和波—备战2023年高考物理母题题源解密(全国通用)a485149b0d

专题15 振动和波（2022·全国甲卷·T34（1））1. 一平面简谐横波以速度v = 2m/s 沿x 轴正方向传播，t = 0时刻的波形图如图所示，介质中平衡位置在坐标原点的质点A 在t = 0时刻的位移y =，该波的波长为______m ，频率为______Hz ，t = 2s 时刻，质点A ______（填“向上运动”“速度为零”或“向下运动”）。

【答案】 ①. 4 ①. 0.5 ①. 向下运动【解析】【详解】[1]设波的表达式为2sin()y A x πϕλ=+由题知A = 2cm ，波图像过点（0）和（1.5，0），代入表达式有2sin()(cm)24y x ππ=+ 即 λ = 4m[2]由于该波的波速v = 2m/s ，则2Hz 0.5Hz 4v f λ=== [3]由于该波的波速v = 2m/s ，则 2s T v λ==由于题图为t = 0时刻的波形图，则t = 2s 时刻振动形式和零时刻相同，根据“上坡、下坡”法可知质点A 向下运动。

（2022·全国乙卷·T34（1））2. 介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源1S 和2S ，二者做简谐运动的振幅相等，周期均为0.8s 。

当1S 过平衡位置向上运动时，2S 也过平衡位置向上运动。

若波速为5m/s ，则由1S 和2S 发出的简谐横波的波长均为______m 。

P 为波源平衡位置所在水平面上的一点，与1S 、2S 平衡位置的距离均为10m ，则两波在P 点引起的振动总是相互______（填“加强”或“削弱”）的；当1S 恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P 处的质点______（填“向上”或“向下”）运动。

【答案】 ①. 4 ①. 加强 ①. 向下【解析】【详解】[1]因周期T =0.8s ，波速为v =5m/s ，则波长为=4m vT λ=[2]因两波源到P 点的距离之差为零，且两振源振动方向相同，则P 点的振动是加强的；[3]因S 1P =10m=2.5λ，则当S 1恰好的平衡位置向上运动时，平衡位置在P 点的质点向下振动。

12022·湖南卷·T16（1））3. 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1Hz 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F 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ρ，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（ ）A. x 从0.05m 到0.15m 的过程中，木棒的动能先增大后减小B. x 从0.21m 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. 0.35m x =和0.45m x =时，木棒的速度大小相等，方向相反D. 木棒在竖直方向做简谱运动的振幅为122F F Sgρ- 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【答案】ABD【解析】【详解】A ．由简谐运动的对称性可知，0.1m 、0.3m 、0.5m 时木棒处于平衡位置；则x 从0.05m 到0.15m 的过程中，木棒从平衡位置下方向上移动，经平衡位置后到达平衡位置上方，速度先增大后减小，所以动能先增大后减小，A 正确； B ．x 从0.21m 到0.25m 的过程中，木棒从平衡位置上方靠近最大位移处向下运动（未到平衡位置），加速度竖直向下，大小减小，B①①；C ．0.35m x =和0.45m x =时，由图像的对称性知浮力大小相等，说明木棒在同一位置，竖直方向速度大小相等，速度方向相反，而两时刻木棒水平方向速度相同，所以合速度大小相等，方向不是相反，C①①；D ．木棒在竖直方向的简谐运动可类比于竖直方向的弹簧振子，设木棒长度为L ，回复力系数为k ，平衡位置时木棒重心在水面下方0x ∆，则有02L gS x Mg ρ⎛⎫+∆= ⎪⎝⎭木棒重心在平衡位置上方最大位移A 处时202L Mg F Mg gS x kA A ρ⎛⎫-=-+= ⎪⎝⎭-∆ 木棒重心在平衡位置下方最大位移A 处时102L F Mg gS x Mg k A A ρ+⎛⎫-=+∆-= ⎪⎝⎭可解得k gS ρ=，122F F A Sgρ-=D 正确；E ．木棒上各质点相对静止随木棒一起运动，不能看成向x 轴正方向传播的机械横波，E 错误。

故选ABD 。

（2022·山东卷·T9）4. 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7s t =时，简谐波的波动图像可能正确的是（ ）A. B.C. D.【答案】AC【解析】【详解】由O 点的振动图像可知，周期为T =12s ，设原点处的质点的振动方程为2sin()y A t Tπϕ=+ 则 10=20sin ϕ解得=6πϕ在t =7s 时刻7220sin(7)=17.3cm 126y ππ=⨯+-≈- 因 117s 212T T =+ 则在t =7s 时刻质点在y 轴负向向下振动，根据“同侧法”可判断若波向右传播，则波形为C 所示；若波向左传播，则波形如A 所示。

故选AC 。

（2022·浙江6月卷·T16）5. 位于0.25m x =的波源p 从0=t 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 t =时波源停止振动， 2.1s t =时的部分波形如图所示，其中质点a 的平衡位置 1.75m a x =，质点b 的平衡位置0.5m b x =-。

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. 0.42s t =时，波源的位移为正C. 2.25s t =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2.55m【答案】BD【解析】【详解】A ．波从波源发出后，向x 轴正负方向传播，向相反方向传播的波不会相遇，不会发生干涉，故A 错误；B ．由图可知，波的波长1m λ=由题意可知0.1s 内波传播四分之一波长，可得0.1s 4T =解得0.4s T =根据同侧法可知，波源的振动方向向上，0.42s t =即54T T t <<时，波源向上振动，位移为正，故B 正确；C ．波的波速 2.5m/s v T λ==波源停止振动，到质点a 停止振动的时间1 1.750.25s 0.6s 0.25s 2.5t -==> 即质点a 还在继续振动， 2.1s t =到 2.25s t =经过时间20.15s t =即242T T t <<，结合图象可知质点a 位移为正且向y 轴正方向运动，故C 错误；D ．波传到b 点所需的时间30.75s 0.3s 2.5t == 在0到2s 内，质点b 振动的时间为 4172s 0.3s 1.7s 4t T =-==质点b 运动总路程 17170.15m 2.25m s A ==⨯=故D 正确。

故选BD 。

（2022·浙江6月卷·T11）6. 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x 。

套在杆上的小球从中点以初速度v 向右运动，小球将做周期为T 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2T C. 两根弹簧的总弹性势能的变化周期为TD. 小球的初速度为2v 时，其运动周期为2T 【答案】B【解析】【详解】A ．物体做简谐运动的条件是它在运动中所受回复力与位移成正比，且方向总是指向平衡位置，可知小球在杆中点到接触弹簧过程，所受合力为零，此过程做匀速直线运动，故小球不是做简谐运动，A 错误；BC ．假设杆中点为O ，小球向右压缩弹簧至最大压缩量时的位置为A ，小球向左压缩弹簧至最大压缩量时的位置为B ，可知小球做周期为T 的往复运动过程为 O A O B O →→→→根据对称性可知小球从O A O →→与O B O →→，这两个过程的动能变化完全一致，两根弹簧的总弹性势能的变化完全一致，故小球动能的变化周期为2T ，两根弹簧的总弹性势能的变化周期为2T ，B 正确，C 错误； D ．小球的初速度为2v 时，可知小球在匀速阶段的时间变为原来的2倍，接触弹簧过程，根据弹簧振子周期公式02T =可知接触弹簧过程所用时间与速度无关，即接触弹簧过程时间保持不变，故小球的初速度为2v 时，其运动周期应小于2T ，D 错误； 故选B 。

（2022·广东卷·T16（1））7. 如图所示，某同学握住软绳的一端周期性上下抖动，在绳上激发了一列简谐波。

从图示时刻开始计时，经过半个周期，绳上M 处的质点将运动至__________（选填“N ”“P ”或“Q ”）处。

加快抖动，波的频率增大，波速__________（选填“增大”“减小”或“不变”）。

【答案】①. P①. 不变【解析】【详解】[1]经过半个周期，波向右传播半个波长，而M点只在平衡位置附近上下振动，恰好运动到最低点P点。

[2]波速是由介质决定的，与频率无关，波的频率增大，而波速度仍保持不变。

【2022·河北·T16(1)】8. 一列简谐横波沿x轴正方向传播。

波速为10m/s。

在传播方向上有P、Q两质点，坐标分别为x P= 1m，x Q= 6m。

波传播到P点开始计时，该点的振动图像如图所示，则简谐波的波长为______m，经过______s，Q点第一次到达正向最大位移处。

【答案】①. 2 ①. 0.55【解析】【详解】[1]由P点的振动图像可得出该波的周期T= 0.2s由于该波的波速为10m/s，则该波的波长λ=vT= 2m[2]由题知P、Q两质点相距x PQ = 5m则波从P 点传播到Q 点需经过5s 0.5s 10PQPQ x t v === 由P 点的振动图像可得出该波的起振方向向上，则Q 点从起振到第一次到达正向最大位移处还需经过14T ，则经过t = 0.55s ，Q 点第一次到达正向最大位移处。

【命题意图】通过两种不同的图象呈现题设信息，考查了考生的读图、识图能力，对简谐运动与波动图象的基本知识的理解能力和综合分析能力【考试方向】高考对机械振动和机械波的考查重点在于波的传播规律、波动图象、振动图象的转换等方面，主要题型为选择题、填空题为主。

物理图象是一种非常形象的信息呈现方式，能够很好地反映各物理量之间的关系，将振动图象与波动图象结合命题，可以全面考查波动理论，是高考考查热点。

【得分要点】应加强对基本概念和规律的理解，抓住波的传播和图象这条主线，强化训练、提高对典型问题的分析能力。