2020高考物理二轮复习专题十三机械振动机械波光学对对练含解析

机械振动机械波光学
考点一机械振动机械波
命题角度1机械振动机械波
高考真题体验·对方向
1.〔2019全国Ⅰ·34(1)〕一简谐横波沿x轴正方向传播,在t=时刻,该波的波形图如图(a)
所示,P、Q是介质中的两个质点.图(b)表示介质中某质点的振动图象.下列说法正确的
是.(填正确答案标号)
A.质点Q的振动图象与图(b)相同
B.在t=0时刻,质点P的速率比质点Q的大
C.在t=0时刻,质点P的加速度的大小比质点Q的大
D.平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图(b)所示
E.在t=0时刻,质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大
答案CDE
解析在时刻质点Q向上振动,而图(b)中质点在该时刻是向下振动,A错误.图(a)是在时刻的
波形,t=0时刻质点P在波谷,速率为0,质点Q在平衡位置,速率最大,B错误.t=0时刻质点P 在波谷,加速度最大,质点Q在平衡位置,加速度为0,C正确.在时刻平衡位置在坐标原点的质
点向下振动,图(b)中质点在该时刻是向下振动,D正确;t=0时刻质点P在波谷,与平衡位置距离等于振幅,质点Q在平衡位置,与平衡位置距离是0,E正确.
2.
〔2019全国Ⅱ·34(1)〕如图,长为l的细绳下方悬挂一小球a,绳的另一端固定在天花板上O 点处,在O点正下方3
4
l的O'处有一固定细铁钉.将小球向右拉开,使细绳与竖直方向成一小角度(约为2°)后由静止释放,并从释放时开始计时,当小球a摆至最低位置时,细绳会受到铁钉的阻挡.设小球相对于其平衡位置的水平位移为x,向右为正.下列图象中,能描述小球在开始一个周期内的x-t关系的是.
答案A
解析根据T=2π可知,当细绳碰到钉子时l变短,周期变小,恰为原来的二分之一,观察x-t图
可知,B、D错误;又由于a球摆到最高位置时,x1=l sin θ1,x2=
4
sin θ2,1 4 1.设摆动过程中
小球a最高点与其平衡位置的高度差为h,根据能量守恒知,sin θ1=-(-)-
,sin
θ2= 1 -
4
-
4
4-
11
4
-
-
.所以1-
-
>1,得x1>x2,由此可知A正确,C错误.
3.〔2019全国Ⅲ·34(1)〕水槽中,与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上.振动片做简谐振动时,两根细杆周期性触动水面形成两个波源.两波源发出的波在水面上相遇,在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样.关于两列波重叠区域内水面上振动的质点,下列说法正确的是.(填正确答案标号)
A.不同质点的振幅都相同
B.不同质点振动的频率都相同
C.不同质点振动的相位都相同
D.不同质点振动的周期都与振动片的周期相同
E.同一质点处,两列波的相位差不随时间变化
答案BDE
解析两列波发生干涉,形成稳定的干涉图样,加强区与减弱区相互间隔,加强区振幅大,减弱区振幅小,A错误;振动频率取决于波源,所有点的振动周期与频率都相同,等于波源振动的周期
与频率,B 、D 正确;相位不同造成了加强区与减弱区,C 错误;同一质点处,两列波的相位差恒定,E 正确.
4.〔2018全国Ⅰ·34( )〕一列简谐横波在t=1
3 s 时的波形图如图(a)所示,P 、Q 是介质中的两个质点.图(b)是质点Q 的振动图象.求 (ⅰ)波速及波的传播方向;
(ⅱ)质点Q 的平衡位置的x 坐标.
答案(ⅰ)0.18 m/s x 轴负方向 (ⅱ)(9 cm,0)
解析(ⅰ)由图(a)可知,波长λ=2×18 cm =0.36 m,由图(b)可知,周期T=2 s,所以v=
=0.18 m/s,由图(b)在t=1
3 s 的下一刻向上运动;结合图(a)由同侧法可知,传播方向沿x 轴负方向;
(ⅱ)由图(a)可知O 处纵坐标为-
,OP 时间间隔为
3 °3 °T=11
T ,又PQ 时间间隔为13 s =1
T ,所以
OQ 的时间间隔为1
4T ,OQ 的水平间距d=v ·1
4T=9 cm,所以Q 的平衡位置的坐标为x=9 cm .
5.〔2018全国Ⅲ·34(1)〕
一列简谐横波沿x 轴正方向传播,在t=0和t=0.20 s 时的波形分别如图中实线和虚线所示.已知该波的周期T>0.20 s .下列说法正确的是 (填正确答案标号). A.波速为0.40 m/s B.波长为0.08 m
C.x=0.08 m 的质点在t=0.70 s 时位于波谷
D.x=0.08 m 的质点在t=0.12 s 时位于波谷
E.若此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s,则它在该介质中的波长为0.32 m 答案ACE
解析根据题意,从图中可以看出该波波长等于0.16 m,由于周期T>0.20 s,因此在0.20 s 时间内波向x 轴正方向传播只能是0.5λ,所以周期为0.40 s,波速为v=
=0.40 m/s,A 对、B 错;0.7 s =1.75T ,0.12 s =0.3T ,t=0时刻位于0.08 m 处的质点向上振动,0.70 s 后处于波谷位置,0.12 s 后介于平衡位置和波峰之间,C 对、D 错;波传播到另一介质中后周期不变,波长变为λ'=v'T=0.32 m,E 选项正确.
6.〔2017全国Ⅲ·34(1)〕如图,一列简谐横波沿x 轴正方向传播,实线为t=0时的波形图,虚
线为t=0.5 s 时的波形图.已知该简谐波的周期大于0.5 s .关于该简谐波,下列说法正确的是 (填正确答案标号).
A.波长为2 m
B.波速为6 m/s
C.频率为1.5 Hz
D.t=1 s 时,x=1 m 处的质点处于波峰
E.t=2 s 时,x=2 m 处的质点经过平衡位置 答案BCE
解析由波的图象可以看出,波长为λ=4 m,A 错,由题意知n+3
4
T=0.5 s,且T>0.5 s,故式中n=0,
即34T=0.5 s,T= 3 s,频率为1.5 Hz,波速为v=
=6 m/s,B 、C 正确;根据波传播方向与振动方向的关系知,t=1 s =3
T ,x=1 m 处的质点振动到波谷位置,D 错;同理t=2 s =3T ,x=2 m 处的质点从平衡
位置向上运动,故E 正确.
判断波的传播方向与质点的振动方向的三种常见方法
(1)上下坡法:沿波的传播方向,上坡时质点向下振动,下坡时质点向上振动,如图甲所示. (2)同侧法:波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧,如图乙所示. (3)微平移法:将波形图沿传播方向平移Δx Δx ≤
4,再由x 轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定,如图丙所示.
典题演练提能·刷高分
1.(2019江西南昌三模)如图甲所示,为一列沿x 轴传播的简谐横波在t=0时刻的波形图.图乙表示该波传播的介质中x=2 m 处的质点a 从t=0时起的振动图象.则下列说法正确的是 .(填正确答案标号)
A.波传播的速度为20 m/s
B.波沿x 轴负方向传播
C.t=0.25 s 时,质点a 的位移沿y 轴负方向
D.t=0.25 s 时,x=4 m 处的质点b 的加速度沿y 轴负方向
E.从t=0开始,经0.3 s,质点b 通过的路程是6 m
答案ACD
解析由乙图知,质点的振动周期为T=0.2 s,由甲图知,波长λ=4 m,则波速为:v==20 m/s.故A
正确;由乙图知,t=0时刻,质点a向下运动.根据甲图可知,该波沿x轴正方向传播,故B错误;由乙图知,质点的振动周期为T=0.2 s,所以质点A在t=0.25 s的时刻的振动情况与t=0.05 s 时刻的振动情况相同,即处于负的最大位移处,所以a的位移沿y轴负方向.故C正确;由图甲可知,a质点和b质点的平衡位置相距半个波长,振动情况总是相反,所以在振动过程中任意时刻的位移都相反,所以0.25 s时,质点b处于正的最大位移处.加速度沿y轴负方向.故D正确;因为0.3 s=1.5T,则s=n·4A=1.5×4×0.2 m=1.2 m,故E错误.故选ACD.
2.
(2019安徽安庆二模)如图所示,一列简谐横波沿x轴负方向传播,在t1=0时刻波形如图中的实线所示,t2=0.5 s时刻的波形如图中虚线所示,若该列波的周期T>0.5 s,试求:
(1)该列波的波长λ、周期T和波速v;
(2)在x轴上质点P在t=0时刻的运动方向和t=3.0 s内通过的路程.
答案(1)8 m 2 s 4 m/s(2)质点P向y轴负方向运动0.3 m
解析(1)由图可知,波长λ=8 m,由于该波沿x轴负方向传播,从t1=0到t2=0.5 s时间内, T=0.5 s(k= ,1, ,3…),又知T>0.5 s,联立上式解得:k=0,则波的周期
有:Δt=t2-t1=k+1
4
T=4Δt=2 s
由v=可得v= m/s=4 m/s.
(2)由于波沿x轴负向转播,故t=0时刻质点P向y轴负方向运动,又知t=3.0 s=3T,则质点P在t=3.0 s时间内通过的路程为s=3×4A=6×5×10-2 m=0.3 m.
3.一列简谐横波某时刻的波形图如图甲所示,从该时刻开始计时,质点A的振动图象如图乙所示.下列说法正确的是(填正确答案标号).
A.t=0.6 s时,质点P的位移为2 m
B.0~0.6 s内,质点P运动的路程为6 m
C.t=0.6 s时,波传播的距离为6 m
D.若t=0时,振动刚刚传到A点,则t=1.6 s时,x=50 m的质点第二次位于波峰
E.若t=0时,振动刚刚传到A点,则t=2.4 s时,x=50 m的质点第二次位于波峰
答案ABE
解析由振动图象可知t=0时刻质点A向下振动,则波向x轴正向传播,质点P此时向下振
T到达最高点,则位移为2 m,质点P的路程为3A=6 cm,动;T=0.8 s,则t=0.6 s时,质点P振动3
4
选项A、B正确;波速v= m/s=25 m/s,则t=0.6 s时,波传播的距离为x=vt=15 m,选项C 错误;若t=0时,振动刚刚传到A点,则x=50 m的质点第二次位于波峰时,波向前传播的距离为60 m,则用时间 s=2.4 s,故选项E正确,D错误.故选ABE.
4.如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图乙为介质中x=2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象.下列说法正确的是(填正确答案标号).
A.这列波的传播方向是沿x轴正方向
B.这列波的传播速度是20 m/s
C.经过0.15 s,质点P沿x轴的正方向传播了3 m
D.经过0.1 s时,质点Q的运动方向沿y轴正方向
E.经过0.35 s时,质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离
答案ABE
解析由图乙读出,t=0时刻质点的速度向下,则由波形的平移法可知,这列波沿x轴正方向传播,A正确;由图知λ=4 m,T=0.2 s,则波速v=4 m/s=20 m/s,B正确;简谐横波中质点在平衡位置附近振动,并不随着波迁移,C错误;图示时刻Q点沿y轴正方向运动,t=0.1 s=1T,质点Q
的运动方向沿y轴负方向,D错误;t=0.35 s=1.75T,经过0.35 s时,质点P到达波峰,而质点Q 位于平衡位置与波谷之间,故质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离,E正确.命题角度2干涉、衍射、电磁波等概念
高考真题体验·对方向
1.〔2016全国Ⅱ·34(1)〕关于电磁波,下列说法正确的是(填正确答案标号).
A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波
C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失
答案ABC
解析电磁波在真空中的传播速度为光速,A选项正确;电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互激发产生的,B选项正确;传播速度方向、电场方向、磁场方向三者两两垂直,C选项正确;电磁波可以通过光缆传播,D选项错误;当电磁振荡消失后,电磁波可继续传播,E选项错误.
2.〔2017全国Ⅰ·34(1)〕如图(a),在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0,-2).两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示.两列波的波速均为1.00 m/s.两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为 m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互(填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互(填“加强”或“减弱”).
图(a)
图(b)
图(c)
答案2减弱加强
解析。