机械振动和机械波-2023年高考物理新情景猜题冲刺专练(解析版)

机械振动和机械波
一、单选题(本大题共10小题)
1(2023年山东省济宁市高考物理一模试卷)“战绳”是一种近年流行的健身器材，健身者把两根相同绳子的一端固定在一点，用双手分别握住绳子的另一端，上下抖动绳子使绳子振动起来，如图甲所示。

以手的平衡位置为坐标原点，如图乙所示为健身者左手在抖动绳子过程中某时刻的波形图，左手抖动的频率为1.25Hz ，下列说法正确的是()
A.该时刻质点Q 的振动方向沿y 轴负方向
B.该时刻质点P 的位移为102cm
C.波的传播速度为8.75m /s
D.再经过0.1s ，质点P 到达波峰位置
【答案】B
【知识点】波速、波长和频率、波的图象
【解析】本题考查波的图像，波的图像反映不同质点在相同时刻的位置，从图像中可以直接得到波长，根据v =λf 求波速，根据波的传播方向判断质点的振动情况，
掌握波传播与质点做简谐运动的关系即可顺利解题。

【解答】
A .波沿x 轴正方向传播，根据同侧法可知，该时刻Q 点的振动方向沿y 轴正方向，A 错误；
B .根据图乙可知，该波的波长λ=2×7-3 m =8m ，根据图乙可知，P 点的平衡位置距离Q 点的平衡位置的间
距为x 0=3m ，则P 点的位移y =20sin 2π8×λ2-x 0 =20sin 2π8×1cm =102cm ，B 正确；C .波传播的速度为v =λT =λf =8×1.25m/s =10m/s ，C 错误；D .将图乙中左侧的波形补充完整，根据上述可知，将波向右平移距离 Δx ，P 点出现波峰，则有Δx =nλ+34λ+12λ-x 0=8n +7m (n =0,1,2,3⋯)根据v =Δx Δt
，解得Δt =0.8n +0.7s (n =0,1,2,3⋯)，可知，P 点出现波峰的最短时间为0.7s ，则再经过0.1s ，P 点没有到达波峰位置，D 错误。

故选B 。

2(2023·湖北省黄冈市·月考试卷)轿车的“悬挂系统”是指由车身与轮胎间的弹簧及避震器组成的整个支持系统。

已知某型号轿车“悬挂系统”的固有频率是2Hz 。

如图所示，这辆汽车正匀速通过某路口的条状减速带，已知相邻两条减速带间的距离为1.0m ，该车经过该减速带过程中，下列说法正确的( )
A.当该轿车通过减速带时，车身上下振动的频率均为2Hz，与车速无关
B.该轿车通过减速带的速度越大，车身上下颠簸得越剧烈
C.当该轿车以7.2km/h的速度通过减速带时，车身上下颠簸得最剧烈
D.当该轿车以不同速度通过减速带时，车身上下颠簸的剧烈程度一定不同
【答案】C
【知识点】共振、受迫振动
【解析】根据匀速运动的位移-时间公式求出时间间隔；当汽车的固频率等于减速带产生的驱动力频率时，汽车会发生共振，振动最强烈。

本题考查共振条件的应用，在生产生活中有很多地方要应用共振和防止共振。

【解答】
A.当轿车以速度v通过减速带时，车身上下振动的周期为T=L v，则车身上下振动的频率为f=1T=v L，该值与车速有关，故A错误；
BC.车身上下振动的频率与车身系统的固有频率越接近，车身上下振动的幅度越大，即当车速满足f=v L=2Hz 时，即v=2m/s=7.2km/hv=2m/s时车身上下颠簸得最剧烈，故B错误，C正确；
D.当该轿车以不同速度通过减速带时，车身上下振动的频率可能分别大于或小于车身系统的固有频率，车身上下颠簸的剧烈程度可能相同，故D错误。

3(2023·广东省中山市·单元测试)如图所示，是博物馆珍藏的古代青铜“鱼洗”的复制品，注入适量水后，有节奏地摩擦鱼洗双耳，会发出嗡嗡声，盆内水花四溅。

传说，众多“鱼洗”声能汇集成千军万马之势，曾吓退数十里外的敌军。

“鱼洗”反映了我国古代高超的科学制器技术。

下列分析正确的是( )
A.“鱼洗”声在空气中传播是一种横波
B.盆内水花四溅的原因是水波的衍射
C.手掌摩擦得越快则溅起的水花越高
D.当用手以一定频率摩擦“洗”的盆耳时发出的嗡嗡声特别响，这是共振现象的一个体现
【答案】D
【知识点】共振、受迫振动
【解析】声波是一种纵波，声音是由物体的振动产生的；根据共振的条件，物体做受迫振动时的固有周期等于驱动力的周期时振幅最大。

本题通过古代器皿“鱼洗”主要考查了共振现象和条件，当物体做受迫振动时的固有周期等于驱动力的周期时振幅最大是解题的关键。

【解答】
A.“鱼洗”声在空气中传播是一种纵波，故A错误；
B.盆内“水花四溅”是发声的“鱼洗”正在振动引起的，故B错误；
CD.用双手摩擦盆耳，起初频率非常低，逐渐提高摩擦频率，当摩擦频率等于水的固有频率时，会发生共振现象，此时贱起的水花振幅最大，发出的嗡嗡声特别响，随着摩擦频率的继续增大，大于水的固有频率，水花的振幅又变弱，所以并不是手掌摩擦得越快则溅起的水花越高，故C错误，D正确。

4(2023·广东省广州市·单元测试)飞力士棒是一种健身、康复器材，它由一根PVC软杆、两端的负重头和中间的
握柄组成，使用时，用手驱动使其振动，如图所示。

若某棒的固有振动频率为4.5HZ，下列说法正确的是( )
A.用力越大，该棒振动的越快
B.增大手驱动的频率，该棒的振幅一定变大
C.增大手驱动的频率，该棒的振动频率可能减小
D.用同样大小的力驱动该棒，每分钟完成270次全振动时负重头的振幅最大
【答案】D
【知识点】共振、受迫振动
【解析】受迫振动的频率与驱动力的大小无关，与驱动力的频率相等；
当驱动力的频率与物体的固有频率相等时会发生共振现象，振幅最大。

明确受迫振动的频率与驱动力的大小无关，当外力振动的频率等于固有频率时物体发生共振，振幅最大。

【解答】AC.人用手振动该飞力士棒，让其做受迫振动，受迫振动的频率与驱动力的大小无关，其频率等于周期性外力的频率，故AC错误；
BD.当手振动的频率接近该飞力士棒的固有频率时，飞力士棒振动幅度才会变大，当振动频率等于该飞力士棒的固有频率时，即f=4.5Hz，每分钟振动270次，飞力士棒产生共振，棒的振幅最大，故B错误，D正确。

5(2023·河北省石家庄市·月考试卷)在水槽中，波源是固定在同一个震动片上的两根细杆，当震动片振动时，细杆周期性击打水面形成两列水面波，波长均为5cm，这两列波相遇后，在它们的重叠区域会形成如图1所示的稳定干涉图样。

图2中实线表示某时刻波峰，虚线表示该时刻波谷，A、B、C、D在同一条直线上，其中C点是BD的中点，则下列
说法中正确的是( )
A.图2中C点正向下运动
B.图2中A、B两点的竖直高度差为20cm
C.图2中A、D两点振动加强，B、E两点振动减弱
D.半个周期后，原来位于波峰的点位于波谷，原来位于波谷的点位于波峰
【答案】D
【知识点】波的叠加
【解析】两列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与两列波引起的振动，质点的位移等于两列波单独传播时引起的位移的矢量和。

波峰与波峰叠加，波谷与波谷叠加，为振动加强点；波谷与波峰叠加，为振动减弱点．
【解答】
A.D点是波峰和波峰相遇点，B点是波谷和波谷相遇点，C点是BD的中点，所以C点正过平衡位置向上运动，故A错误；
BC.由图像可知，A、B、D三点为振动加强点，E点为振动减弱点，A、B两点的振幅均为A'=2A，
两者分别处于叠加后的波峰和波谷，所以竖直高度差为2A'=4A，
由于不知道振幅的具体值，所以不能确定A、B两点的竖直高度差，故BC错误；
D.由波动过程可知，半个周期后，原来位于波峰的点位于波谷，原来位于波谷的点位于波峰，故D正确。

故选D。

6(2023·山东省青岛市·单元测试)由多家中国建筑公司承担建设的卡塔尔卢赛尔体育场，承办了2022年足球世
界杯包括决赛在内的多场赛事。

12月10日，阿根廷队和荷兰队在卢赛尔体育场争夺世界杯“八进四”的比赛中，八万观众自发的在观众席上进行“人浪”游戏，从看台A区到B区的观众依次做出下列动作：起立一举起双臂一坐下，呈现类似波浪的效果。

下列关于“人浪”说法正确的是()
A.当“人浪”从看台A区传到B区时，观众也要从看台A区跑到B区
B.“人浪”从看台A区传到B区的速度由观众从看台A区跑到看台B区的速度决定
C.观众“起立一举起双臂一坐下”的动作越频繁，“人浪”传播的速度一定越快
D.“人浪”的传播是观众所做动作“起立一举起双臂一坐下”形式的传播
【答案】D
【知识点】机械波传播的特点
【解析】人浪游戏类似于横波，观众只在自已的座位上做动作，并不向前移动．人浪的传播是观众动作形式的传播．本题主要考查波的传播，知道波的传播传播的振动形式是解题的关键，难度不大。

【解答】AB、当人浪从看台A区传到B区时，观众只各自的座位上起立-坐下，并不向前移动，所以并不是观众从看台A区跑到B区，故AB错误；
C、人浪传播的速度与观众“起立-举起双臂-坐下“的动作快慢没有关系，即在波的传播过程中，波的传播速度与
质点的振动速度无关，故C错误；
D、观众动作相当于振动，人浪相当于横波，人浪的传播是观众动作形式的传播，故D正确。

7(2023·江西省宜春市·同步练习)为了交通安全，常在公路上设置如图所示的减速带，减速带使路面稍微拱起以达到使车辆减速的目的。

一排等间距设置的减速带，可有效降低车速。

如果某路面上的减速带的间距为1.5 m，一辆固有频率为2 Hz的汽车匀速驶过这排减速带，下列说法正确的是( )
A.当汽车以5m/s的速度行驶时，其振动频率为2Hz
B.当汽车以3m/s的速度行驶时最不颠簸
C.当汽车以3m/s的速度行驶时颠簸最厉害
D.汽车速度越大，颠簸就越厉害
【答案】C
【知识点】受迫振动与共振
【解析】当汽车以5 m/s的速度行驶时，驱动力的周期为T=s
v=
1.5
5s=0.3s，所以频率等于f=
1
T=
10
3Hz；
当汽车以3 m/s的速度行驶时，汽车的频率为f=v
s=
3
1.5Hz=2Hz，此时和固有频率相同，固有频率和振动频率
相同时颠簸最厉害，故C正确，ABD错误。

故选C。

8(2023·浙江省台州市·单元测试)如图所示两个较大的相同容器中盛有相同体积的水和盐水。

将一根粗细均匀的木筷，下端绕几圈铁丝，分别竖直按入液体中相同深度后静止释放，木筷开始在液体中上下振动(不计液体粘滞阻力)，则筷子分别在两种液体中振动时()
A.周期相同
B.振幅相同
C.重力势能变化的最大值不相同
D.受到液体对它的最小浮力相同
【答案】C
【知识点】简谐运动的振幅、周期、频率、牛顿第二定律的理解及简单运用、简谐运动的概念和特点、重力势能的概念和表达式
【解析】本题难点在于求解木筷所受合力，根据合力的特点判断木筷的振动是否为简谐运动。

注意简谐运动的周期与回复力的比例系数ρsg有关，再根据平衡条件和牛顿第二定律建立方程求解木筷所受合力，由此判断其运动；根据重力势能的概念进行判断即可。

【解答】
BC.若木筷平衡时插入水中x0，则有mg=ρsx0g，设某时刻筷子位置较平衡位置低x，则其回复力F=ρs(x0+x)g -mg=ρsgx，与x成正比，方向相反，故做简谐运动，两种液体密度不同，木筷的平衡位置不同，因此木块做简谐振动得振幅A、最大势能变化不同，故B错误，C正确;
A.该简谐运动的周期与回复力的比例系数ρsg有关，因此周期T不同，故A错误;
=ma，盐水中a大，所以盐水的最小浮力小，故D错D.简谐运动最高点与最低点加速度大小相同，则有mg-F
浮
误。

9(2023·江苏省连云港市·单元测试)如图所示是用发波水槽演示多普勒效应原理的实验照片，波源以固定频率振动并以恒定速度移动，质点A、B位于水波对称轴x轴上，下列说法中正确的是
A.A处波速小于B处波速
B.A处波速大于B处波速
C.波源向x轴正方向运动
D.波源向x轴负方向运动
【答案】D
【知识点】多普勒效应
【解析】根据多普勒效应规律分析即可解答，基础题。

【解答】
AB、机械波在同种介质中的波速相等，即A处波速等于B处波速，故AB错误；
CD、波源和接受者互相靠近时接收的频率变大，波源和接受者互相远离时接收的频率变小，由图可知波源向x轴负方向运动，故C错误，D正确。

10(2023·河北省沧州市·月考试卷)某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s和9km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成(如图所示).在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差5s 开始振动，则( )
A.P先开始振动，震源距地震仪约36km
B.P先开始振动，震源距地震仪约25km
C.H先开始振动，震源距地震仪约36km
D.H先开始振动，震源距地震仪约25km
【答案】A
【知识点】横波和纵波
【解析】纵波的速度快，纵波先到，根据二者的传播时间差求出震源距地震仪的距离。

解决本题的关键运用运动学公式判断哪个波先到，属于容易题。

【解答】纵波的速度快，纵波先到，所以P先开始振动，根据x
v1-
x
v2=5s，v1=4km/s，v2=9km/s，联立即得：x=
36km，故A正确，BCD错误。

故选A。

二、多选题(本大题共5小题)
11(2023·广东省江门市·单元测试)摆钟是一种较有年代的计时钟表。

其基本原理是利用了单摆的周期性，结合巧妙的擒纵器设计，实现计时的功能。

图示为其内部的结构简图。

设原先摆钟走时准确，则( )
A.摆动过程中，金属圆盘所受合力为其回复力
B.摆钟在太空实验室内是无法正常使用的
C.该摆钟从北京带到汕头，为使走时准确，需旋转微调螺母使金属圆盘沿摆杆向上移动
D.该摆钟在冬季走时准确，到夏季为了准时，考虑热胀冷缩需旋转微调螺母使金属圆盘沿摆杆向上移动
【答案】BCD
【知识点】简谐运动的回复力和能量、单摆、航天器中的失重现象
【解析】本题主要考查单摆。

对金属圆盘受力分析，明确回复力的来源；原理与重力有关的仪器不能在太空实验室
中正常使用；结合单摆周期公式T=2πL
g分析即可正确求解。

【解答】
A.摆动过程中，金属圆盘的重力沿其轨迹切线方向的分力为其回复力，故A错误；
B.摆钟在太空实验室内是处于失重状态，所以无法正常使用的，故B正确；
C.该摆钟从北京带到汕头，重力加速度变小，由单摆周期公式T=2πL g，可知单摆的周期变大，摆钟变慢，为使走时准确，需要摆钟的摆长变短，即需旋转微调螺母使金属圆盘沿摆杆向上移动，故C正确；
D.该摆钟在冬季走时准确，到夏季由于温度升高，热胀冷缩，摆长变长，为了准时，需要摆长变短点，即需旋转微调螺母使金属圆盘沿摆杆向上移动，故D正确。

12(2023·江西省宜春市·同步练习)为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示。

则( )
A.针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同
B.随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大
C.打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同
D.稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
【答案】AD
【知识点】共振、受迫振动
【解析】根据共振产生的条件，可知当振动器的振动频率等于或接近树木的固有频率时产生共振，使松树上松果得振动幅度增大。

本题以提高松树上松果的采摘率和工作效率为情境载体，考查了产生共振的条件及其应用，考查了学生应用所学物理知识解决实际问题的能力，体现了科学探究的物理核心素养。

【解答】
A、根据共振产生的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振，此时落果效果最好，而不同的树木的固有频率不同，针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，故A正确；
B、当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，则随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，故B错误；
C、打击杆对不同粗细树干打击的振动频率不同，打击结束后，树干的振动频率为其固有频率，不同粗细的树干的固有频率是不同的，故C错误；
D、树干在振动器的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，故D 正确。

故选：AD。

13(2023·浙江省台州市·单元测试)如图甲所示，装有少量铁砂的细玻璃管竖直漂浮在水中，水面足够大，把玻璃管向下缓慢按压一小段距离后放手，忽略阻力，玻璃管的运动可以视为竖直方向的简谐运动。

以竖直向上为正方向，某时刻开始计时，其振动图像如图乙所示。

下列说法正确的是( )
A.振动周期与按压的深度有关
B.回复力等于重力和浮力的合力
C.振动过程中玻璃管(含铁砂)的机械能守恒
D.在t1∼t2时间内，玻璃管的位移减小，加速度减小，速度增大
【答案】BD
【知识点】机械能守恒的判断、振动图像
【解析】对装有一定量液体的玻璃管进行受力分析，然后结合简谐振动的条件与公式分析即可。

该题中的玻璃管做简谐振动，其受力的情况与运动的情况都可以与弹簧振子的受力与运动相似，可以应用比较法进行解答，容易理解。

【解答】
A.由于玻璃管做简谐运动，与弹簧振子的振动相似，结合简谐运动的特点可知，其振动周期与振幅无关，故A错误；
B.装有一定量液体的玻璃管只受到重力和浮力，所以它做简谐运动的回复力等于重力和浮力的合力，故B正确；
C.在玻璃管振动过程中，浮力对玻璃管做功，所以它的机械能不守恒，故C错误；
D.由题图乙可知，在t1~t2时间内，位移减小，加速度减小，玻璃管向着平衡位置加速运动，所以速度增大，故D正确。

14(2023·广东省东莞市·单元测试)如图甲所示，把小球安装在弹簧的一端，弹赞的另一端固定，小球和弹簧穿在光滑的水平杆上。

小球振动时，沿垂直于振动方向以速度v匀速拉动纸带，纸带上可留下痕迹，a、b是纸带上的两点，不计阻力，如图乙所示。

由此可判断( )
A.t时间内小球的运动路程为vt
B.小球和弹簧组成的系统机械能守恒
C.小球通过a点时的速度大于通过b点的速度
D.如果小球以较小的振幅振动，周期也会变小
【答案】BC
【知识点】弹簧振子、振动图像
【解析】本题考查弹簧振子及振动图像。

小球绕平衡位置上下振动，运动路程与纸带的运动路程不相等；小球和弹簧组成的系统机械能守恒；小球在a点时的速度大于零，在b点的速度为零；小球的振动周期与振幅无关。

【解答】
A.小球绕平衡位置上下振动，t时间内小球的运动路程不等于vt，故A错误；
B.小球和弹簧组成的系统只有弹力做功，故该系统机械能守恒，故B正确；
C.小球越接近平衡位置，速度越大，在平衡位置速度最大，所以小球通过a点时的速度大于通过b点的速度，故C 正确；
D.小球的振动周期与振幅无关，所以小球以较小的振幅振动，其周期不变，故D错误。

15(2023·福建省厦门市·期末考试)晋代陆机《文赋》中的“或因枝以振叶，或沿波而讨源”呈现了树叶振动和水波传播的情境，则()
A.树叶做受迫振动的频率等于其驱动力的频率
B.飘落到水面上的树叶会被水波推向岸边
C.若有两列水波在水面上相遇叠加时，必然能形成干涉图样
D.当水波遇到尺寸与其波长相差不大的障碍物时，能发生明显的衍射现象
【答案】AD
【知识点】机械波传播的特点、波发生明显衍射的条件、波发生稳定干涉的条件、受迫振动
【解析】掌握受迫振动的频率及达共振的条件；
波在传递振动的形式、能量的同时质点并不会随机械波的能量传递而移动；
稳定干涉现象的应条件是频率相同；
当障碍物或小孔尺寸远小于波的波长，或相差不大时，才能发生明显的衍射现象。

本题考查受迫振动、机械波的传播特点、波的干涉、波的衍射等内容，是基础题。

【解答】
A.根据做受迫振动的物体，其振动频率等于驱动力的频率，可知树叶做受迫振动的频率等于其驱动力的频率，故A正确；
B.飘落到水面上的树叶不会被水波推向岸边，而是在自身的平衡位置上下振动，故B错误；
C.若有两列水波在水面上相遇叠加时，不一定产生干涉图样，还与两列水波的频率有关，故C错误；
D.根据发生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸与波长相差不多，或比波长小时，衍射现象最明显。

所以当水波遇到尺寸与其波长相差不大的障碍物时，能够发生明显的衍射现象，故D正确。

故选AD。

三、计算题(本大题共2小题)
1(2023·江西省吉安市·单元测试)如图甲所示，孩子们经常会在平静的水中投郑一块石头激起水波。

现对该模型做适当简化，若小孩将小石头垂直于水面投入水中，以小石头人水点为坐标原点O，沿波传播的某个方向建立O-x坐标轴，在x轴上离O点不远处有一片小树叶，若水波为简谐横波，如图乙所示为t=0.2s时的波动图像，图丙为小树叶的
振动图像。

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(1)请判断小树叶位于P 、Q 两点中的哪一点并写出合理的解释；
(2)求从t =0.2s 开始，x =0.05m 处质点的振动形式第一次传到P 点所需要的时间；
(3)求质点Q 在振动1s 内经过的总路程。

【答案】解：(1)小树叶位于Q 点，因波沿着x 轴正方向传播，所以 t =0.2s 时，P 、Q 两点的振动方向分别为向下和
向上，而在振动图像中 t =0.2s 时树叶正在向上振动，所以树叶所处的位置为Q 点。

(2)根据题意，由图乙可知，波长为 0.08m ，由图丙可知，周期为 0.2s ，
则水波的波速为
从 t =0.2s 开始， x =0.05m 处质点的振动形式第一次传到P 点需要的时间为
Δt =Δx v =0.08-0.050.4s =0.075s (3)根据题意可知，质点Q 在1s 内全振动的次数为n =10.2
=5质点Q 在1s 内振动的总路程为s =5×4A =2m 【知识点】振动图像与波形图的关系
【解析】本题考查识别、理解振动图像和波动图像的能力，以及把握两种图像联系的能力。

振动图像反映同一质点在不同时刻的位置；波的图像反映不同质点在相同时刻的位置。

要分清波的传播和质点的
振动。

从波的图像中可以直接读取波长，从振动图像中可以直接读取周期，然后利用v =λT
可求得波速。

做简谐运动的质点在每半个周期内的路程一定为2A ，若起振位置在平衡位置或者最大位移处，则每四分之一周期的路程为A ，若起振点不在平衡位置或者最大位移处，则路程不是A 。

2(2023·安徽省·专项测试)正在修建的楼房顶上固定一根不可伸长的细线垂到图示窗沿下，某同学想应用单摆原理测量窗的上沿到房顶的高度，他先将线的下端系上一个小球，当小球静止时，细线恰好与窗子上沿接触且保持竖直，球在最低点B 时，球心到窗上沿的距离为l =1m 。

他打开窗户，让小球在垂直于墙的竖直平面内做小角度摆动，
如图所示，从小球第1次通过图中的B 点开始计时，到第21次通过B 点共用时40s 。

当地重力加速度g 值取π2m/s 2 ，根据以上数据，求：
(1)该单摆的周期；
(2)房顶到窗上沿的高度h 。

【答案】。