2020高考物理單元卷 機械波

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1、第六模塊 第12章 第2單元 一、選擇題 圖22 1．(2020年北京卷)一簡諧機械波沿x軸正方向傳播，周期為T，波長為λ.若在x＝0處質(zhì)點的振動圖象如圖22所示，則該波在t＝T/2時刻的波形曲線為下圖中的 (　　) 解析：根據(jù)振動圖象，可知x＝0處的質(zhì)點，在t＝T/2時刻在平衡位置，向下振動，只有選項A中波的圖象在x＝0處的質(zhì)點滿足條件，故選A. 答案：A 圖23 2．(2020年江蘇卷)如圖23所示，沿x軸正方向傳播的一列橫波在某時刻的波形圖為一正弦曲線，其波速為200 m/s，則有 (　　) A．圖中質(zhì)點b的加速度在增大 B．從圖示時刻

2、開始，經(jīng)0.01 s質(zhì)點a通過的路程為4 cm，相對平衡位置的位移為零 C．若此波遇到另一列波，并產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，則另一列波的頻率為50 Hz D．若產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，該波所遇到障礙物的尺寸一般不小于200 m 解析：判斷A項可先由“上下坡法”得出質(zhì)點b此時的運動方向向下，即正在遠離平衡位置，回復力增大，加速度增大，A正確；由圖得波長為4 m，只要障礙物的尺寸不大于4 m或相差不大，就能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，所以D錯誤；根據(jù)波長、波速和頻率的關系是f＝＝50 Hz，所以，若該波遇到另一列波發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，則另一列波的頻率必定與這列波頻率相同，為50 Hz，C正確；另外由頻率得這列

3、波的周期為0.02 s，經(jīng)過0.01 s后，質(zhì)點a應運動到負方向最大位移處，通過的路程為4 cm，相對平衡位置的位移為－2 cm，B錯誤，選AC. 答案：AC 圖24 3．(2020年浙江卷)一列波長大于1 m的橫波沿著x軸正方向傳播．處在x1＝1 m和x2＝2 m的兩質(zhì)點A、B的振動圖象如圖24所示．由此可知 (　　) A．波長為m B．波速為1 m/s C．3 s末A、B兩質(zhì)點的位移相同 D．1 s末A點的振動速度大于B點的振動速度 圖25 解析：由A、B兩質(zhì)點的振動圖象及傳播可畫出t＝0時刻的波動圖象如右圖25，由此可得λ＝ m，A選項正確；由振動圖象得周期T

4、＝4 s，故v＝＝ m/s＝m/s，B選項錯誤；由振動圖象3 s末A點位移為－2 cm，B點位移為0，故C選項錯誤；由振動圖象知1 s末A點處于波峰，振動速度為零，1 s末B點處于平衡位置，振動速度最大，故D選項錯誤． 答案：A 二、計算題 圖26 4．(2020年上海卷)彈性繩沿x軸放置，左端位于坐標原點，用手握住繩的左端，當t＝0時使其開始沿y軸做振幅8 cm的簡諧振動，在t＝0.25 s時，繩上形成如圖26所示的波形，則該波的波速為________cm/s；在t＝__________s時，位于x2＝45 cm處的質(zhì)點N恰好第一次沿y軸正向通過平衡位置． 解析：由圖象可知

5、，A＝8 cm，T＝4t＝1 s，λ＝20 cm，所以波速v＝＝cm/s＝20 cm/s，繩上的每個質(zhì)點剛開始振動的方向是沿y軸負方向，故波傳到N點所用的時間為：t1＝＝ s＝2.25 s，所以質(zhì)點N第一次沿y軸正向通過平衡位置時，t＝t1＋＝2.75 s. 圖27 答案：20　2.75 5．(2020年營口模擬)如圖27所示，A處放一頻率為40 Hz的音叉，經(jīng)過橡皮管ACB和ADB連通到B處，在B處完全聽不到音叉振動的聲音，已知管ACB的長度為0.4 m，聲音在空氣中傳播速度為320 m/s，那么管ADB的長度至少為多少米？ 解析：聲波的波長為：λ＝＝ m＝8 m. 由波的

6、干涉原理知：lADB－lACB＝ 所以lADB＝＋lACB＝4 m＋0.4 m＝4.4 m. 答案：4.4 m 圖28 6．一列沿x軸正方向傳播的橫波在某一時刻的波形圖象如圖28所示，已知波的傳播速度是16 m/s. (1)指出這列波中質(zhì)點振動的振幅是多少？ (2)畫出再經(jīng)過0.125 s時的波形圖象． 解析：(1)由圖象可以看出，質(zhì)點振動的最大位移是10 cm，因此振幅是10 cm. 圖29 (2)經(jīng)0.125 s波形沿x軸正方向移動的距離為Δx＝vΔt＝16×0.125 m＝2 m，所以經(jīng)過0.125 s后的波形圖象如圖29中的虛線所示． 答案：(1)1

7、0 cm　(2)如圖29虛線所示． 圖30 7．如圖30所示，一列向右傳播的簡諧橫波，波速大小為0.6 m/s，P質(zhì)點的橫坐標為x＝0.96 m．從圖示時刻開始計時，求： (1)P質(zhì)點剛開始振動時振動方向如何？ (2)P質(zhì)點開始振動后，其振動周期為多少？ (3)經(jīng)過多長時間P質(zhì)點第二次到達波峰？ 解析：(1)波上每一點開始振動的方向都與此刻波上最前端質(zhì)點的振動方向相同，即向下振動． (2)P質(zhì)點開始振動后，其振動周期等于振源的振動周期，由v＝λ/T，可得：T＝λ/v＝0.4 s. (3)P質(zhì)點第二次到達波峰也就是第二個波峰傳到P點，第二個波峰到P點的距離為s＝x＋λ＝1

8、.14 m，所以t＝＝ s＝1.9 s. 答案：(1)向下振動　(2)0.4 s　(3)1.9 s 圖31 8．如圖31所示為一列簡諧波在t1＝0時刻的圖象．此時波中質(zhì)點M的運動方向沿y軸負方向，且t2＝0.55 s時質(zhì)點M恰好第3次到達y軸正方向最大位移處．試求： (1)此波沿什么方向傳播？ (2)波速是多大？ (3)從t1＝0至t3＝1.2 s，質(zhì)點N運動的路程和相對于平衡位置的位移分別是多少？ 解析：(1)此波沿x軸負方向傳播． (2)在t1＝0到t2＝0.55 s這段時間時，質(zhì)點M恰好第3次到達沿y軸正方向的最大位移處，則有：(2＋)T＝0.55 s，得T＝0.

9、2 s. 由圖象得簡諧波的波長為λ＝0.4 m，則波速v＝＝2 m/s. (3)在t1＝0至t3＝1.2 s這段時間，波中質(zhì)點N經(jīng)過了6個周期，即質(zhì)點N回到始點，所以走過的路程為s＝6×5×4 cm＝120 cm. 相對于平衡位置的位移為2.5 cm. 答案：(1)沿x軸負方向 (2)2 m/s　(3)120 cm　2.5 cm 圖32 9．如圖32所示中實線是一列簡諧橫波在t1＝0時刻的波形，虛線是這列波在t2＝0.5 s時刻的波形，這列波的周期T符合：3T＜t2－t1＜4T，問： (1)若波速向右，波速多大？ (2)若波速向左，波速多大？ (3)若波速大小為74

10、 m/s，波速方向如何？ 解析：由圖象知：λ＝8 m，又因為3T＜t2－t1＜4T， (1)當波向右傳播時，t2－t1＝3T＋T， 所以T＝＝ s＝ s， 由v＝得v＝m/s＝54 m/s. (2)當波向左傳播時t2－t1＝3T＋T， 所以T＝＝ s＝ s， 由v＝得v＝m/s＝58 m/s. (3)當波速為74 m/s時，在0.5 s內(nèi)波傳播的距離為s＝74×0.5 m＝37 m＝4λ，故此波向左傳播． 答案：(1)若波向右傳播時其波速為54 m/s (2)當波向左傳播時其波速為58 m/s (3)當波速為74 m/s時波向左傳播 10．甲、乙兩列完全相同的橫波分別從

11、波源A、B兩點沿直線Ox相向傳播，t＝0時的波形圖象如圖33所示，如果兩列波的波速都是10 m/s，求： 圖33 (1)甲、乙兩列波的頻率各是多少？ (2)第幾秒末兩列波相遇，相遇時C、D兩點間有哪些點位移最大？ 解析：(1)由圖知：λ＝4 m，又因v＝10 m/s，所以由f＝得f＝ Hz＝2.5 Hz，故甲、乙兩列波的頻率均為2.5 Hz. 圖34 (2)設經(jīng)t時間兩波相遇，則2vt＝4 m，所以t＝ s＝0.2 s，又因T＝＝ s＝0.4 s，故波分別向前傳播相遇，此時兩列波的波形如圖34中的虛線所示． 故CD間有x＝5m和x＝7m處的點位移最大． 答案：(

12、1)2.5 Hz　2.5 Hz　 (2)x＝5 m和x＝7 m 11．質(zhì)量為m的均勻方形木塊在平靜的水面上處于平衡狀態(tài)，用力F向下壓木塊使之向下移動距離d，然后松開手，不計水的粘滯作用，木塊做簡諧振動． (1)當木塊正好經(jīng)過平衡位置向下運動時，某同學開始觀察木塊的振動過程，該同學發(fā)現(xiàn)經(jīng)過0.5 s后木塊第一次回到平衡位置．已知d＝2 cm，取豎直向上為正方向，請將該同學觀察到的木塊的振動過程用振動圖象描述出來(在圖35甲中畫出)．另一位同學在該同學觀察3.5 s后開始計時．請在圖乙中畫出后一位同學觀察的振動圖象． 圖35 (2)如果由于該木塊的振動，在水面形成機械波，3.5

13、s內(nèi)傳播了3.5 m，則該波的波長是多少？ (3)畫出該同學在3.5 s時觀察到的某一方向的波形圖．(至少畫出一個周期) 解析：(1)圖象如圖36所示． (2)因為水波3.5 s內(nèi)傳播了3.5 m，所以波速為v＝＝1 m/s，又由圖象得T＝1 s，根據(jù)v＝，所以λ＝1 m. (3)如圖37所示． 答案：(1)圖象如下圖36 圖36 (2)1 m (3)如圖37所示 圖37 12．一列簡諧波沿x軸方向傳播，已知x軸上x1＝0和x2＝1 m兩處質(zhì)點的振動圖線分別如圖38(a)(b)所示，求此波的傳播速度． 圖38 解析：(a)由所給出的振動的題圖

14、知周期T＝4×10－3s. (b)由題圖可知，t＝0時刻，x＝0的質(zhì)點P[其振動圖象即為(a)]在正最大位移處，x＝1的質(zhì)點Q[其振動圖象即為(b)]在平衡位置向y軸負方向運動，所以當簡諧波沿x軸正向傳播時PQ間距離為(nλ1＋λ1)，當波沿x軸負方向傳播時PQ間距離為(nλ2＋λ2)． 因為(n＋)λ1＝1，所以λ1＝m 因為(n＋)λ2＝1，所以λ2＝m 波沿x軸正向傳播時的波速v1＝＝ m/s(n＝0,1,2…) 波沿x軸負向傳播時的波速v2＝＝ m/s(n＝0,1,2…) 答案：沿x軸正向傳播時，v1＝ m/s(n＝0,1,2…) 沿x軸負向傳播時：v2＝ m/s(n＝0,1,2…)