高考物理最新力学知识点之机械振动与机械波全集汇编附解析

高考物理最新力学知识点之机械振动与机械波全集汇编附解析
一、选择题
1．如右图甲所示，水平的光滑杆上有一弹簧振子，振子以O点为平衡位置，在a、b两点之间做简谐运动，其振动图象如图乙所示．由振动图象可以得知( )
A．振子的振动周期等于t1
B．在t＝0时刻，振子的位置在a点
C．在t＝t1时刻，振子的速度为零
D．从t1到t2，振子正从O点向b点运动
2．目前雷达发出的电磁波频率多在200MHz～1000 MHz的范围内，下列关于雷达和电磁波的说法正确的是（）
A．真空中，上述频率范围的电磁波的波长在30m～150m之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．波长越短的电磁波，越容易绕过障碍物，便于远距离传播
D．测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间，就可以确定障碍物的距离3．在简谐运动中，振子每次经过同一位置时，下列各组描述振动的物理量总是相同的是A．速度、加速度、动能
B．动能、冋复力、对平衡位置的位移
C．加速度、速度、势能
D．速度、动能、回复力
4．如图所示，一单摆在做简谐运动，下列说法正确的是
A．单摆的幅度越大，振动周期越大
B．摆球质量越大，振动周期越大
C．若将摆线变短，振动周期将变大
D．若将单摆拿到月球上去，振动周期将变大
5．一洗衣机在正常工作时非常平稳，当切断电源后，发现洗衣机先是振动越来越剧烈，然后振动再逐渐减弱，对这一现象，下列说法正确的是（）
①正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率大；
②正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率小；
③正常工作时，洗衣机波轮的运转频率等于洗衣机的固有频率；
④当洗衣机振动最剧烈时，波轮的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率．
A．①B．③C．①④D．②④
6．下列说法正确的是（）
A．物体做受迫振动时，驱动力频率越高，受迫振动的物体振幅越大
B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速应用了多普勒效应
C．两列波发生干涉，振动加强区质点的位移总比振动减弱区质点的位移大
D．遥控器发出的红外线波长比医院“CT”中的X射线波长短
7．如图所示是一弹簧振子在水平面做简谐运动的图像，那么振动系统在( )
A．t3 和t5具有相同的动能和动量
B．t3 和t4具有相同的动能和不同的动量
C．t2 和t5时刻振子所受的回复力大小之比为 2:1
D．t1 和t4时刻具有相同的加速度和速度
8．两个弹簧振子，甲的固有频率是100Hz，乙的固有频率是400Hz，若它们均在频率是300Hz的驱动力作用下做受迫振动，则（）
A．甲的振幅较大，振动频率是100Hz
B．乙的振幅较大，振动频率是300Hz
C．甲的振幅较大，振动频率是300Hz
D．乙的振幅较大，振动频率是400Hz
9．如图所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15 m。

当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是（）
A．0.60 m
B．0.20 m
C．0.15 m
D．0.10 m
10．一列简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如图所示，质点a、b均处于平衡位置，质点a正向上运动．则下列说法正确的是
A ．波沿x 轴负方向传播
B ．该时刻质点b 正向上运动
C ．该时刻质点a 、b 的速度相同
D ．质点a 、b 的振动周期相同
11．如图所示，为一列沿x 轴正方向传播的机械波在某一时刻的图像，由图可知，这列波的振幅A 、波长λ和x =l 米处质点的速度方向分别为：（ ）
A ．A =0.4 m λ=1m 向上
B ．A =1m λ=0.4m 向下
C ．A =0.4m λ=2m 向下
D ．A =2 m λ=3m 向上
12．一列波在传播过程中遇到一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是
A ．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率。

B ．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率。

C ．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率。

D ．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率。

13．一条绳子可以分成一个个小段，每小段都可以看做一个质点，这些质点之间存在着相互作用。

如图所示，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。

质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，会带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传向右端。

质点1的振动周期为T 。

t = 0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。

下列判断正确的是
A ．质点1与质点20间相距一个波长
B ．质点20开始振动时运动方向向下
C ．2T t =
时质点5的加速度方向向上 D ．34
T t =时质点12的运动方向向上 14．如图所示，是一列沿着x 轴正方向传播的横波在t=0时刻的波形图，已知这列波的周期T=2.0s ．下列说法正确的是
A．这列波的波速v="2.0" m/s
B．在t=0时，x=0.5m处的质点速度为零
C．经过2.0s，这列波沿x轴正方向传播0.8m
D．在t=0.3s时，x=0.5m处的质点的运动方向为y轴正方向
15．两根相同的绳子上某时刻存在A、B 两列绳波，两波形如图所示。

经过t 时间，在该区域内两波再次出现如图波形，设A和B 的周期分别是T A、T B，则t 可能等于（）
A．T A B．T B
C．2T A D．2T B
16．图1是一列简谐横波在t=1.25s时的波形图，已知c位置的质点比a位置的晚0.5s起振，则图2所示振动图像对应的质点可能位于（）
A．a<x<b B．b <x <c C．c<x<d D．d<x <e
17．如图（a）所示为一列简谐横波在t=6s时的波形图，图（b）是这列波中P点的振动图线，那么该波的传播速度和传播方向是（）
A．v=25cm/s，向左传播B．v=50cm/s，向左传播
C．v=25cm/s，向右传播D．v=50cm/s，向右传播
18．端午节期间，一位游客在南海新区岸边欲乘游船，由于风浪很大，游船上下浮动。

把游船的浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为30cm，周期为6.0s。

当游船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐。

当地面与甲板的高度差不超过15cm时，游客能舒适地登船。

在一个周期内，游客能舒适登船的时间是（）
A．1.0s B．1.5s C．2.0s D．3.0s
19．介质中坐标原点O处的波源在t=0时刻开始振动产生的简谐横波沿x轴正方向传播，t0时刻刚好传到P点，波形如图甲所示。

能正确描述x0处质点振动图像的是（）
A．B．
C．D．
20．图甲是利用沙摆演示简谐运动图象的装置。

当盛沙的漏斗下面的薄木板被水平匀速拉出时，做简谐运动的漏斗漏出的沙在板上形成的曲线显示出沙摆的振动位移随时间的变化关系。

已知木板被水平拉动的速度为0.20m/s，图乙所示的一段木板的长度为0.80m，则这次实验沙摆的摆长为( )（取g = 2）
A．0.56m
B．0.65m
C．1.00m
D．2.25m
21．把在北京调准的摆钟，由北京移到赤道上时，摆钟的振动()
A．变慢了，要使它恢复准确，应增加摆长
B．变慢了，要使它恢复准确，应缩短摆长
C．变快了，要使它恢复准确，应增加摆长
D．变快了，要使它恢复准确，应缩短摆长
22．如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。

设两列波的振幅均为5cm，波速和波长分别为1m/s和0.5m，C点是BE连线的中点，下列说法正确的是（）
A．从图示的时刻起经0.25s后，B处质点通过的路程为10cm
B．从图示的时刻起经0.25s后，A处质点的位移为0
C．图示时刻C处和D处的两个质点均处在平衡位置且正在向波峰运动
D．图示时刻A、B两处质点的数值高度差为20cm
23．在均匀介质中，各质点的平衡位置在同一直线上，相邻两质点的距离均为s，如图甲所示．振动从质点1开始向右传播，质点1开始运动时的速度方向竖直向上．经过时间t，前13个质点第一次形成如图乙所示的波形．关于这列波的周期和波速，如下说法正确的是（）
A．这列波的周期T=2t/3
B．这列波的周期T=3t/2
C．这列波的传播速度v=12s/t
D．这列波的传播速度v=16s/t
24．公路上匀速行驶的货车受一扰动，车上货物随车厢底板上下振动但不脱离底板．一段时间内货物在竖直方向的振动可视为简谐运动，周期为T．取竖直向上为正方向，以t＝0时刻作为计时起点，其振动图像如图所示，则
A．t＝1
4
T时，货物对车厢底板的压力最大
B．t＝1
2
T时，货物对车厢底板的压力最小
C．t＝3
4
T时，货物对车厢底板的压力最大
D．t＝3
4
T时，货物对车厢底板的压力最小
25．沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图如图所示，A， B、C三个质点的平衡位置分别为x A=1.5m、x B=2m、x C=3m，t=0.9s时质点A恰好第二次到达波峰，下列说法正确中的是
A ．波传播的速度为10m/s
B ．t =0.1s 时质点A 运动到质点B 的位置
C ．质点C 在t =0.9s 时沿y 轴负方向振动
D ．质点B 的振动表达式为y=5sin （2.5πt ）cm
【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除
一、选择题
1．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
A 中振子的振动周期等于2t 1，故A 不对；
B 中在t=0时刻，振子的位置在O 点，然后向左运动，故B 不对；
C 中在t=t 1时刻，振子经过平衡位置，此时它的速度最大，故C 不对；
D 中从t 1到t 2，振子正从O 点向b 点运动，故D 是正确的．
2．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】 试题分析：根据公式c f
λ=可得上述频率范围的电磁波的波长在0．3m~1．5m 之间，A 错误；均匀变化的电场产生稳定的磁场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，稳定的电磁场不会产生电磁波，B 错误；根据波的衍射规律可知波长越长，衍射现象越明显，越容易发
生，C 错误；根据2
vt x =
可得障碍物的位置，D 正确； 考点：考查了对电磁波的理解
【名师点睛】
本题易错点为：有些同学错误认为磁场产生电场，电场产生磁场，注意麦克斯韦的电磁场理论是电磁波产生的理论基础，要加强理解与应用．同时注意测障碍物的距离时，其值等于由来回时间求出距离的一半．
3．B
解析：B
【解析】
试题分析：简谐运动有对称性、往复性、周期性特点，在振动过程中振子和弹簧构成的系统机械能守恒．
当振子每次经过同一位置时，相对于平衡位置的位移必定相同；则振子的回复力：
F kx
=-，回复力必定相同；当振子每次经过同一位置时，回复力为定值，由牛顿第二定
律
F
a
m
=得，加速度必定相同．当振子每次经过同一位置时，速度大小相同，所以动能必
定相等，但速度的方向可能相反，动能相同，则势能一定相同，故B正确；
4．D
解析：D
【解析】
单摆的与幅度和质量无关，AB错误；摆线变短，则L减小，故周期减小，C错误；若将单摆拿到月球上去，重力加速度g减小，故T增大，D正确．
5．C
解析：C
【解析】
试题分析：洗衣机先是振动越来越剧烈，说明洗衣机波轮的运转频率越来越接近固有频率，当振动最剧烈时，形成共振，波轮的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率，④正确；然后振动再逐渐减弱，则洗衣机波轮的运转频率越来越大于固有频率，故正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率大，①正确；故C正确．
考点：共振
6．B
解析：B
【解析】
【详解】
A.物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率，当系统的固有频率等于驱动力的频率时，振幅达最大，这种现象称为共振。

故A错误；
B.医院检查身体的“B超”仪没有用到多普勒效应，而彩超则是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度，显然是运用了多普勒效应原理。

故B正确；
C.两列波发生干涉，振动加强区质点的振幅总比振动减弱区质点的振幅大，不能说振动加强区质点的位移总比振动减弱区质点的位移大。

故C错误；
D.遥控器发出的红外线波长比医院“CT”中的X射线波长长。

故D错误；
解析：C
【解析】
【详解】
A. t3 和t5振子位置关于平衡位置对称，速度大小相同，根据图像可知，运动方向不同，所以动能相同，但动量大小相同，方向不同，故A错误；
B.t3 和t4振子位置关于平衡位置对称，且速度方向相同，均为y轴负向，所以动能和动量均相同，故B错误；
C.根据回复力方程可知，回复力与位移大小成正比，t2 和t5时刻位移比2：1，所以回复力大小之比2：1，故C正确；
D.t1 和t4振子位置关于平衡位置对称，回复力始终指向平衡位置，所以两位置加速度方向相反，通过图像也可得出运动方向相反，所以加速度与速度均不同，故D错误。

8．B
解析：B
【解析】
【详解】
受迫振动的频率由驱动力的频率决定，与固有频率无关，所以甲乙的振动频率都是
300Hz，做受迫振动的物体固有频率与驱动力的频率相差较小时，振幅较大，所以乙的振幅较大。

A.A项与上述分析结论不相符，故 A不符合题意；
B.B项与上述分析结论相符，故 B符合题意；
C.C项与上述分析结论不相符，故 C不符合题意；
D.D项与上述分析结论不相符，故 D不符合题意。

9．D
解析：D
【解析】
【分析】
根据题中条件得到波长的一般表达式，然后根据n的取值求解波长的可能值。

【详解】
P、Q两质点平衡位置相距0.15m。

当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大
位移处，则有：（n+）λ=0.15，解得：（n=0、1、2、3…）；当n=0
时，λ=0.30m，当n=1时，λ=0.10m，故D正确、ABC错误。

故选D。

【点睛】
本题主要是考查波长的计算，解答本题要能够根据题中条件得到波长的一般表达式，然后进行分析。

10．D
解析：D
【分析】
【详解】
A ．由于a 点向上运动，因此波向x 轴正方向传播，A 错误；
B ．波向右传播，此时质点b 向下运动，B 错误；
C ．此时a 、b 两点速度大小相等，但方向相反，因此C 错误；
D ．质点a 、b 两点的振动周期都等于波向前传播的周期，因此振动周期相等，D 正确．
11．C
解析：C
【解析】
【详解】
由图像可知A =0.4m ，波长为2m ，该波沿x 轴正方向，由“前带后，后跟前”，可判断质点1m 正在向下振动；故C 正确，ABD 三项错误．
12．D
解析：D
【解析】
波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由v=λf 可知，当波速一定时，减小频率则波长增大，而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，所以缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率会使衍射现象更明显，D 选项正确．故选D.
13．D
解析：D
【解析】
【详解】
A ．由题意可知，第1到第5个质点之间为
14
λ，则质点1与质点17间相距一个波长，选项A 错误；
B ．因为质点1开始起振的方向向上，则质点20开始振动时运动方向也向上，选项B 错误；
C ．在4
T t =
时刻质点5开始向上振动，在2T t =时质点5到达最高点，其加速度方向向下，选项C 错误；
D ．34T t =时质点13刚开始起振，此时质点12已经振动了16
T ，则运动方向向上，选项D 正确；
故选D. 14．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由于波的波长为1m ，周期为2.0s ，故这列波的波速v =12.0m s =0.5m/s ，故A 错误；
B ．由于x =0.5m 处的质点处于平衡位置，故该质点的速度最大，B 错误；
C ．经过2.0s ，这列波沿x 轴正方向传播一个波长，即1m ，故C 错误；
D ．在t=0.3s 时，x =0.5m 处的质点正在沿y 轴正方向运动，还没到达最高点，故D 正确． 故选D.
考点：波的图像．
15．C
解析：C
【解析】
【详解】
由图知A 波的波长为L ，B 波的波长为
23
L ，同一介质，速度相同 A 波周期： A T L v
＝ B 波周期：
2 3B T L v
＝
周期关系： 2 3
B A T T ＝ 即
32B A T T ＝
根据题意，在该区域内两波再次出现如图波形，经历的时间可能是2T A (或3T B )、4 T A (或6T B )、6T A (或9T B )
A. T A ，与结论不相符，选项A 错误；
B. T B ，与结论不相符，选项B 错误；
C. 2T A ，与结论相符，选项C 正确；
D. 2T B ，与结论不相符，选项D 错误；
16．D
解析：D
【解析】
【详解】
因为C 位置的质点比a 位置的晚0.5s 起振，所以波向右传播，周期是1s ，在t=1.25s 的波形图也就是在，因此在的波形图就是图1左移1/4波长后的部
分，如图所示：
跟图2对照，可知，对应的质点可能位于Oa 之间或de 之间，因此选D ．
17．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
由甲读出波长为
λ=100cm
由乙图读出周期为T =2s ，则波速为
100cm /s 50cm /s 2
v T λ
=== 根据P 点的振动图线可知，t =6s 质点P 的速度方向向上，故根据波的图线可知，该波向左传播，故ACD 错误，B 正确。

故选B 。

18．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
根据题意，甲板的振动可表示为
230cos =30cos 63
y t t ππ= 当地面与甲板的高度差等于15cm 时，解得
=1s t
所以在一个周期内，游客能舒适登船的时间是
2=2s t
故选C 。

19．A
解析：A
【解析】
【分析】
【详解】
CD ．从波形图可以看出，2OP λ=，t 0时刻传到P 处，说明02t T =。

简谐波沿x 轴正向传播，根据波动和振动关系可知，在t 0时刻P 处质点的振动方向和波源在t =0时刻的振动方向相同是沿y 轴的正方向的，即每一个质点的起振方向都是沿y 轴的正方向的，选项CD 错误；
AB ．根据同侧法可知，在t 0时刻x 0处质点正在向上振动，选项A 正确、B 错误。

故选A 。

20．C
解析：C
【解析】由图乙可知， 0.4m λ=，由公式0.420.2
T s s v λ
===，根据单摆公式
2T =224gT L π=，代入数据解得： 1.00L m =，故C 正确。

点晴：根据砂摆的振动位移随时间变化的关系曲线求出砂摆的周期，再根据周期公式
2T = 21．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
把调准的摆钟，由北京移至赤道，重力加速度变小，根据周期公式
2T ＝则周期变长，钟变慢，要使它准确应该使T 减小，即减少摆长L 。

故ACD 错误，B 正确。

故选B 。

22．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
A ．波的周期
0.5s 0.5s 1
T v λ
=== 图示时刻，B 质点振动加强点且处于波谷位置，从图示的时刻起经0.25s 后，即经过二分之一个周期，到达波峰位置，路程
s ==2×10cm=20cm
故A 错误；
B ．图示时刻A 质点为波峰与波峰相遇即处于波峰位置，从图示的时刻起经0.25s 后，A 处
质点的位移为20cm，故B错误；
C．C点是BE连线的中点，处于平衡位置，向波峰运动，而D处是波峰与波谷的相遇点，处于静止状态，故C错误；
D．图示时刻A质点处于波峰位置，B质点处于波谷位置，叠加后两质点相对平衡位置的距离均为10cm，两质点的高度差20cm，故D正确。

故选D。

23．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
由波的传播特点可知，质点13开始振动的速度方向应和波源的振动方向相同为向上方向；波形图沿波的传播方向“上坡下振，下坡上振”可知质点13当前的振动方向为向下；说明
质点13已经振动了半个周期，因此波此时应传播到质点17的位置，由
16
x s
v
t t
==知C
错D对；
8
162
s t
T
s
v
t
λ
===
知A和B错误．
24．C
解析：C
【解析】
t=T/4时，货物加速度方向向下，失重，货物对车厢底板的压力最小，A错误；t=T/2时，货物加速度为零，货物对车厢底板的压力等于重力大小，B错误；t=3T/4时，货物加速度方向向上且最大，超重，此时货物对车厢底板的压力最大，C正确、D错误．
25．D
解析：D
【解析】
【详解】
A．由图可得：波长λ=4m，根据波向右传播可得：当波向右传播△x=4.5m时质点A恰好第
二次到达波峰，故波速
4.5
=5m/s
0.9
x
v
t
=
＝，周期0.8
T s
v
λ
==，故A错误；
B．波上质点不随波的传播而迁移，图示简谐横波只在y方向上振动，x方向的位移为零，故质点A不可能运动到质点B的位置，故B错误；
C．质点A、C水平位之间距离△x′＝1.5m，t=0.9s时质点A恰好到达波峰，故质点C位移为负，根据波形，由波向右传播可得：质点C沿y轴正方向运动，故C错误；
D．根据波向右传播可得：t=0时刻，质点B在平衡位置向上振动；由图可得：振幅
A=5cm，又有周期T=0.8s，故质点B的振动表达式为为y=5sin2.5πt（cm），故D正确；故选D。