山東省2020版高考物理一輪復習 單元質(zhì)檢十一 機械振動和機械波 新人教版.docx

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單元質(zhì)檢十一　機械振動和機械波 (時間:45分鐘　滿分:100分) 一、選擇題(本題共8小題,每小題7分,共56分。選對1個得2分,選對2個得4分,全部選對的得7分,選錯1個扣4分,最低得0分) 1.下列說法正確的是(　　) A.在同一地點,單擺做簡諧振動的周期的平方與其擺長成正比 B.彈簧振子做簡諧振動時,振動系統(tǒng)的勢能與動能之和保持不變 C.在同一地點,當擺長不變時,擺球質(zhì)量越大,單擺做簡諧振動的周期越小 D.系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動時,系統(tǒng)振動的頻率等于周期性驅(qū)動力的頻率 E.已知彈簧振子初始時刻的位置及其振動周期,就可知振子在任意時刻運動速度的方向 答案ABD 解析在同一地點,重力加速度g為定值,根據(jù)單擺周期公式T=2πLg可知,周期的平方與擺長成正比,故選項A正確;彈簧振子做簡諧振動時,只有動能和勢能參與轉(zhuǎn)化,根據(jù)機械能守恒條件可知,振動系統(tǒng)的勢能與動能之和保持不變,故選項B正確;根據(jù)單擺周期公式T=2πLg可知,單擺的周期與質(zhì)量無關(guān),故選項C錯誤;當系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動時,系統(tǒng)振動的頻率等于周期性驅(qū)動力的頻率,故選項D正確;若彈簧振子初始時刻在波峰或波谷位置,知道周期后,可以確定任意時刻運動速度的方向,若彈簧振子初始時刻不在波峰或波谷位置,則無法確定,故選項E錯誤。 2.由波源S形成的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中向左、右傳播。波源振動的頻率為20 Hz,波速為16 m/s。已知介質(zhì)中P、Q兩質(zhì)點位于波源S的兩側(cè),且P、Q和S的平衡位置在一條直線上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8 m、14.6 m,P、Q開始振動后,下列判斷正確的是(　　) A.P、Q兩質(zhì)點運動的方向始終相同 B.P、Q兩質(zhì)點運動的方向始終相反 C.當S恰好通過平衡位置時,P、Q兩點也正好通過平衡位置 D.當S恰好通過平衡位置向上運動時,P在波峰 E.當S恰好通過平衡位置向下運動時,Q在波峰 答案BDE 解析根據(jù)題意信息可得T=120s=0.05s,v=16m/s,故波長為λ=vT=0.8m,找P點關(guān)于S點的對稱點P,根據(jù)對稱性可知P和P的振動情況完全相同,P、Q兩點相距Δx=15.80.8-14.60.8λ=32λ,為半波長的整數(shù)倍,所以兩點為反相點,故P、Q兩點振動方向始終相反,即P、Q兩點振動方向始終相反,A錯誤B正確;P點距離S點x=1934λ,當S恰好通過平衡位置向上振動時,P點在波峰,同理Q點相距S點x=1814λ,當S恰好通過平衡位置向下振動時,Q點在波峰,DE正確。 3.一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形如圖所示,質(zhì)點P的x坐標為3 m。已知任意振動質(zhì)點連續(xù)2次經(jīng)過平衡位置的時間間隔為0.4 s。下列說法正確的是(　　) A.波速為4 m/s B.波的頻率為1.25 Hz C.x坐標為15 m的質(zhì)點在t=0.6 s時恰好位于波谷 D.x坐標為22 m的質(zhì)點在t=0.2 s時恰好位于波峰 E.當質(zhì)點P位于波峰時,x坐標為17 m的質(zhì)點恰好位于波谷 答案BDE 解析任意振動質(zhì)點連續(xù)2次經(jīng)過平衡位置的時間間隔為0.4s,可知振動周期T=0.8s,頻率f=1T=1.25Hz,B正確。從題圖中可以看出波長λ=4m,根據(jù)v=λf,得v=5m/s,A錯誤。由于波在傳播過程中具有空間周期性,x坐標為15m處的質(zhì)點運動規(guī)律與x=3m處相同,從t=0時刻經(jīng)過0.6s,即經(jīng)歷34周期,質(zhì)點應(yīng)位于平衡位置,C錯誤。用同樣的方法可判斷出D、E正確。 4.一列簡諧橫波在t=0時刻的圖象如圖1所示,平衡位置位于x=15 m處的A質(zhì)點的振動圖象如圖2所示,下列說法中正確的是 (　　) 圖1 圖2 A.這列波沿x軸負方向傳播 B.這列波的波速是53 m/s C.從t=0開始,質(zhì)點P比質(zhì)點Q晚0.3 s回到平衡位置 D.從t=0到t=0.1 s時間內(nèi),質(zhì)點Q加速度越來越小 E.從t=0到t=0.6 s時間內(nèi),質(zhì)點A的位移為0 答案ADE 解析由題圖2可知,A質(zhì)點開始運動的方向向上,則這列波沿x軸負方向傳播,選項A正確;根據(jù)波速公式可得:v=λT=201.2m/s=503m/s,選項B錯誤;t=0時刻,質(zhì)點P向下運動,由題圖2可知,質(zhì)點運動的周期為1.2s,由于P點的運動是非勻速運動,且向下運動的速度越來越小,故質(zhì)點P運動到最低點的時間大于0.15s,運動到和Q點等位移的位置時,所用的時間大于0.3s,所以質(zhì)點P比質(zhì)點Q晚回到平衡位置的時間大于0.3s,選項C錯誤;從t=0到t=0.1s時間內(nèi),質(zhì)點Q向平衡位置運動,所以質(zhì)點Q的加速度越來越小,選項D正確;從t=0到t=0.6s時間內(nèi),經(jīng)歷了半個周期,質(zhì)點A剛好又回到平衡位置,因此質(zhì)點A的位移為0,選項E正確。 5.(2018黑龍江齊齊哈爾二模)如圖所示為某沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形圖,已知質(zhì)點a出現(xiàn)兩次波峰的最短時間間隔為0.4 s,則下列說法正確的是(　　) A.這列波的波速是10 m/s B.再經(jīng)過0.4 s,質(zhì)點b恰好移動到c點 C.c第一次到達波峰須從圖示位置再經(jīng)過0.7 s時間 D.質(zhì)點c振動到波峰位置,質(zhì)點a一定在平衡位置向下振動 E.從圖示時刻開始,到0.8 s時,質(zhì)點c通過的路程是8 cm 答案ACE 解析a點兩次出現(xiàn)波峰的最短時間為0.4s,所以這列波的周期T=0.4s,由波速公式v=λT=10m/s,A正確;質(zhì)點不隨波的傳播而移動,只在平衡位置附近上下振動,B錯誤;t=0時刻到c第一次出現(xiàn)波峰,波傳播的距離x=(9-2)m=7m,t=xv=0.7s,C正確;由于質(zhì)點a、c之間的距離為8m,等于2λ,故起振后a、c的運動情況是一樣的,D錯誤;從圖示位置開始,波傳播到c的時間為0.4s,所以c實際振動時間t1=0.8s-0.4s=0.4s,因此質(zhì)點c振動通過的路程為s=4A=42cm=8cm,E正確。故選ACE。 6.一簡諧機械橫波沿x軸負方向傳播,已知波的波長為8 m,周期為2 s,t=1 s時刻波形如圖a所示,a、b是波上的兩個質(zhì)點。圖b是波上某一點的振動圖象,則下列說法正確的是(　　) A.圖b可以表示d質(zhì)點的振動 B.圖b可以表示b質(zhì)點的振動 C.a、b兩質(zhì)點在t=1.5 s時速度大小相同 D.該波傳播速度為v=4 m/s E.t=0時b質(zhì)點速度沿y軸正向 答案ADE 解析a、b、d三質(zhì)點中在t=1s時位于平衡位置的是b和d質(zhì)點,其中d質(zhì)點向上振動、b質(zhì)點向下振動,則圖b可以表示d質(zhì)點的振動,A項正確,B項錯誤。t=1.5s時a質(zhì)點速度大于b質(zhì)點速度,C項錯誤。波速v=λT=4m/s,D項正確。t=0時b質(zhì)點速度沿y軸正方向,E項正確。 7.(2019成都高中畢業(yè)班摸底測試)如圖甲,介質(zhì)中兩個質(zhì)點A和B的平衡位置距波源O的距離分別為1 m和5 m。圖乙是波源做簡諧運動的振動圖象。波源振動形成的機械橫波可沿圖甲中x軸傳播。已知t=5 s時刻,A質(zhì)點第一次運動到y(tǒng)軸負方向最大位移處。下列判斷正確的是(　　) A.A質(zhì)點的起振方向向上 B.該列機械波的波速為0.2 m/s C.該列機械波的波長為2 m D.t=11.5 s時刻,B質(zhì)點的速度方向沿y軸正方向 E.若將波源移至x=3 m處,則A、B兩質(zhì)點同時開始振動,且振動情況完全相同 答案ACE 解析由波源的振動圖象可知,波源起振的方向為向上,則A質(zhì)點的起振方向向上,選項A正確;因T=4s,已知t=5s時刻,A質(zhì)點第一次運動到y(tǒng)軸負方向最大位移處,可知機械波從O點傳到A點用時間為2s,則該列機械波的波速為v=xt=12m/s=0.5m/s,選項B錯誤;該列機械波的波長為λ=vT=2m,選項C正確;振動傳到B點的時間為t1=50.5s=10s,則t=11.5s時刻,B質(zhì)點已經(jīng)振動1.5s,此時的速度方向沿y軸負方向,選項D錯誤;若將波源移至x=3m處,則A、B兩質(zhì)點距離振源的距離相等,則兩質(zhì)點同時開始振動,且振動情況完全相同,選項E正確;故選ACE。 8.(2019四川眉山中學月考)在光滑水平面上建立直角坐標系xOy,沿x軸放置一根彈性細繩,x軸為繩上各質(zhì)點的平衡位置。現(xiàn)讓x=0與x=12 m處的質(zhì)點在y軸方向做簡諧運動,形成沿x軸相向傳播的甲、乙兩列機械波。已知波速為1 m/s,振幅均為A,t=0時刻的波形圖如圖所示,則(　　) A.兩列波在疊加區(qū)發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 B.兩波源的起振方向一定相反 C.t=4 s時,x=8 m處的質(zhì)點正處于平衡位置且向上振動 D.t=6 s時,兩波源間(含波源)有7個質(zhì)點位移為零 E.在t=0之后的6 s時間內(nèi),x=6 m處的質(zhì)點通過的路程為16A 答案BCD 解析兩列波的波長不同,但是傳播速度相同,則兩列波的頻率不同,兩列波在疊加區(qū)不能發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象,選項A錯誤;根據(jù)兩列波的傳播方向以及波形圖可知,甲波起振方向向下,乙波起振方向向上,兩波源的起振方向一定相反,選項B正確;t=4s時,甲乙兩波都傳播4m,此時甲波還沒有傳到x=8m處,乙波引起的振動,使得x=8m處的質(zhì)點在正處于平衡位置且向上振動,選項C正確;t=6s時,兩列波分別相向傳播了6m,此時甲波傳到x=8m處,乙波傳到了x=0處,根據(jù)波形圖及疊加原理可知,當兩列波在某點的位移等大反向時該質(zhì)點的位移為零,由圖象可知兩波源間(含波源)有7個質(zhì)點位移為零,選項D正確;甲的周期T甲=λv=41s=4s,乙的周期T乙=λv=61s=6s,則在t=0之后的4s時間內(nèi),甲波還沒有傳到x=6m處,假設(shè)沒有甲波,在x=6m處的質(zhì)點在6s內(nèi)通過的路程為4A;如果沒有乙波,當甲波傳到x=6m位置時,由甲波在2s=0.5T甲內(nèi)引起的振動在2s內(nèi)通過的路程為2A,則甲乙兩波都存在時,在t=0之后的6s時間內(nèi),x=6m處的質(zhì)點通過的路程不可能為16A,選項E錯誤;故選BCD。 二、非選擇題(本題共4小題,共44分) 9.(8分)某同學利用單擺測量重力加速度 (1)為了使測量誤差盡量小,下列說法正確的是　　　。 A.組裝單擺須選用密度和直徑都較小的擺球 B.組裝單擺須選用輕且不易伸長的細線 C.實驗時須使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動 D.擺長一定的情況下,擺的振幅盡量大 (2) 如圖所示,在物理支架的豎直立柱上固定有擺長約為1 m的單擺,實驗時,由于僅有量程為20 cm、精度為1 mm的鋼板刻度尺,于是他先使擺球自然下垂,在豎直立柱上與擺球最下端處于同一水平面的位置做一標記點,測出單擺的周期T1;然后保持懸點位置不變,設(shè)法將擺長縮短一些,再次使擺球自然下垂,用同樣方法在豎直立柱上做另一標記點,并測出單擺周期T2;最后用鋼板刻度尺量出豎直立柱上兩標記點之間的距離ΔL,用上述測量結(jié)果,寫出重力加速度的表達式g=　　　　　。 答案(1)BC　(2)4π2ΔLT12-T22 解析(1)為了減小空氣阻力的誤差選用密度大,體積小的小球,A錯。如果振幅過大,大于10小球的運動不再是簡諧運動,所以誤差較大,D錯誤。要求小球在運動過程中擺長不變,且是單擺,而不能是圓錐擺,故選BC。 (2)T12=4π2L1g　同理得T22=4π2L2g　兩式相減可得g=4π2ΔLT12-T22。 10.(10分)如圖所示,a、b、c、d是均勻介質(zhì)中x軸上的四個質(zhì)點,相鄰兩點間的間距依次為2 m、4 m和6 m。一列簡諧橫波以2 m/s的波速沿x軸負向傳播,在t=0時刻到達質(zhì)點d,質(zhì)點d由平衡位置開始豎直向下運動,t=6 s時質(zhì)點c第一次到達最高點,質(zhì)點的振幅為6 mm,求: (1)在t=6 s時質(zhì)點b的位移; (2)當質(zhì)點a第一次振動到正向最大位移處時,質(zhì)點d經(jīng)過的路程。 答案(1)-6 mm　(2)54 mm 解析(1)已知在t=0時刻波到達質(zhì)點d,質(zhì)點d由平衡位置開始豎直向下運動,其波的前段波形如圖 t=6s時,波向左傳播的距離為12m,波的前端到達a質(zhì)點位置,此時質(zhì)點c第一次到達最高點,所以a、c間的距離恰好是四分之三個波長,則波長λ=8m,又b、c間距離為4m=12λ,所以質(zhì)點b的位移為-6mm。 (2)當質(zhì)點a開始振動時d已經(jīng)振動t1=6s 再經(jīng)歷四分之三周期,質(zhì)點a振動到正向最大位移處 t2=34T T=λv=4s 質(zhì)點a第一次振動到最高點時,質(zhì)點d已運動的時間為t=t1+t2=9s 由題意知A=6mm 質(zhì)點d的路程為s=tT4A=54mm。 11.(12分)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,如圖甲所示為波傳播到x=5 m的M點時的波形圖,圖乙是位于x=3 m的質(zhì)點N從此時刻開始計時的振動圖象,Q是位于x=10 m處的質(zhì)點,求: (1)波由M點傳到Q點所用的時間; (2)波由M點傳到Q點的過程中,x=3.5 m處的質(zhì)點通過的路程。 答案(1)5 s　(2)27.07 cm 解析(1)由題圖甲可以看出波長λ=4m,由題圖乙可以看出周期T=4s,所以波速v=λT=1m/s,波由M點傳到Q點所用的時間t=Δxv=5s。 (2)4s內(nèi)質(zhì)點通過的路程為4A=20cm,x=3.5m處的質(zhì)點1s內(nèi)通過的路程為25sin45=52cm,則質(zhì)點通過的路程為(20+52)cm≈27.07cm。 12.(14分)如圖所示為一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形圖,已知該波的傳播速度為6.4 m/s,求: (1)這列波的周期; (2)平衡位置在x=4 cm處的質(zhì)點在0~0.05 s時間內(nèi)運動的路程。 答案(1)3160 s　(2)20+350 m 解析(1)由題圖可知波長λ=12cm,則周期T=λv=3160s。 (2)質(zhì)點從平衡位置出發(fā)一個周期運動4A,半個周期運動2A,平衡位置在x=4cm處的質(zhì)點從平衡位置開始運動Δt=0.05s=223T=212T+16T 由題意知,x=4cm處的質(zhì)點的振動方程為y=Asinωt=Asin2πTt 故在最后16T時間內(nèi)質(zhì)點運動的路程是Asin2πT16T=32A 所以總的路程是2124A+32A=20+350m。