高考物理新力学知识点之机械振动与机械波专项训练(2)

高考物理新力学知识点之机械振动与机械波专项训练(2)
一、选择题
1．一弹簧振子做简谐运动，其位移x与时间t的关系曲线如图所示，由图可知：（）
A．质点的振动频率是4Hz
B．t=2s时，质点的加速度最大
C．质点的振幅为5cm
D．t=3s时，质点所受合力为正向最大
2．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
3．如图所示，弹簧振子以O点为平衡位置，在M、N两点之间做简谐运动．下列判断正确的是（）
A．振子从O向N运动的过程中位移不断减小
B．振子从O向N运动的过程中回复力不断减小
C．振子经过O时动能最大
D．振子经过O时加速度最大
4．如图是一弹簧振子做简谐运动的图像，下列说法中正确的是（）
A．质点振动的振幅为2cm
B．质点振动的频率为4Hz
C．在2s末，质点的加速度最大
D．在2s末，质点的速度最大
5．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
6．两个弹簧振子，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
7．一质点做简谐运动的图象如图所示，该质点在t=3.5s时刻( )
A．速度为正、加速度为正
B．速度为负、加速度为负
C．速度为负、加速度为正
D．速度为正、加速度为负
8．若单摆的摆长不变，摆球的质量由20g增加为40g，摆球离开平衡位置的最大角度由4°减为2°，则单摆振动的( )
A．频率不变，振幅不变
B．频率不变，振幅改变
C．频率改变，振幅不变
D．频率改变，振幅改变
9．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
10．如图所示，MN为半径较大的光滑圆弧轨道的一部分，把小球A放在MN的圆心处，再把另一小球B放在MN上离最低点C很近的B处，今使两球同时自由释放，则在不计空
气阻力时有（）
A．A球先到达C点
B．B球先到达C点
C．两球同时到达C点
D．无法确定哪一个球先到达C点
11．如图所示，弹簧振子在A、B之间做简谐运动．以平衡位置O为原点，建立Ox轴．向右为x轴的正方向．若振子位于B点时开始计时，则其振动图像为（）
A．B．
C．D．
12．已知在单摆a完成10次全振动的时间内，单摆b完成6次全振动，两摆长之差为1.6 m．则两单摆摆长l a与l b分别为( )
A．l a＝2.5 m，l b＝0.9 m B．l a＝0.9 m，l b＝2.5 m
C．l a＝2.4 m，l b＝4.0 m D．l a＝4.0 m，l b＝2.4 m
13．如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，则下列说法不正确的是（）
A．若两次受迫振动分别在月球和地球上进行，且摆长相同，则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线
B．若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则两次摆长之比
C．图线Ⅱ若是在地球上完成的，则该摆摆长约为
D．若摆长均为，则图线Ⅰ是在地球上完成的
14．某弹簧振子沿x 轴的简谐运动图象如图所示，下列描述正确的是（ ）
A ．t =1 s 时，振子的速度为零，加速度为负的最大值
B ．t =2 s 时，振子的速度为负，加速度为正的最大值
C ．t =3 s 时，振子的速度为负的最大值，加速度为零
D ．t =4 s 时，振子的速度为正，加速度为负的最大值
15．一简谐横波沿水平绳向右传播，波速为v ，传播周期为T ，介质中质点的振幅为A 。

绳
上两质点M 、N 的平衡位置相距
3
4
波长，N 位于M 右方。

设向上为正，在t =0时刻M 位移为2A +，且向上运动；经时间t （t ＜T ），M 位移仍为2A
+，但向下运动，则（ ）
A ．在t 时刻，N 位移为负，速度向下
B ．在t 时刻，N 位移为负，速度向上
C ．在t 时刻，N 恰好在波谷位置
D ．在t 时刻，N 恰好在波峰位置
16．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
17．一列简谐横波沿x 轴正方向传播，在t 秒与(t +0.2)秒两个时刻，在x 轴上(–3m ，3m)区间的波形完全相同，如图所示。

并且图中M ，N 两质点在t 秒时位移均为2
a
，下列说法中正确的是（ ）
A ．该波的最大波速为20m/s
B ．(t +0.1)秒时刻，x =－2m 处的质点位移一定是a
C ．从t 秒时刻起，x =2m 处的质点比x =2.5m 的质点先回到平衡位置
D ．从t 秒时刻起，在质点M 第一次到达平衡位置时，质点N 恰好到达波峰
18．如图所示，1S 和2S 为两相干波源，它们的振动方向均垂直于纸面，产生的两列简谐横波波长为0.4m 。

P 点是两列波相遇区域中的一点，已知P 点到两波源的距离分别为
1 1.1m S P =，
2 1.2m S P =，两列波在P 点干涉相消。

波源1S 的振动方程为
1sin 2y A t π=，则2S 的振动方程可能为（ ）
A ．2sin 2y A t π=
B ．21sin 24y A t ππ⎛⎫=-
⎪⎝
⎭
C ．21sin 22y A t ππ⎛⎫=-
⎪⎝
⎭
D ．2sin(2)y A t ππ=-
19．在上海走时准确的摆钟，随考察队带到北极黄河站，则这个摆钟（ ）
A ．变慢了，重新校准应减小摆长
B ．变慢了，重新校准应增大摆长
C ．变快了，重新校准应减小摆长
D ．变快了，重新校准应增大摆长
20．一质点做简谐运动的图象如图所示，下列说法正确的是( )
A ．质点振动频率是4 Hz
B ．在10 s 内质点经过的路程是20 cm
C ．第4 s 末质点的速度为零
D ．t ＝1 s 和t ＝3 s 两时刻，质点位移大小相等，方向相同
21．做简谐运动的单摆摆长不变，若摆球质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置时速度减小为原来的
1
2
，则单摆振动的（ ） A ．频率、振幅都不变 B ．频率、振幅都改变 C ．频率不变，振幅改变 D ．频率改变，振幅不变
22．两木块A、B质量分别为m、M，用劲度系数为k的轻弹簧连在一起，放在水平地面上，如图所示，用外力将木块A压下一段距离静止，释放后A上下做简谐振动。

在振动过程中，木块B刚好始终不离开地面(即它对地面最小压力为零)。

以下说法正确的是(
)
A．在振动过程中木块A的机械能守恒B．A做简谐振动的振幅为mg k
C．A做简谐振动的振幅为Mg
k
D．木块B对地面的最大压力是2Mg2mg
23．如图所示，位于介质Ⅰ和Ⅱ分界面上的波源S，产生两列分别沿x轴负方向与正方向传播的机械波．若在两种介质中波的频率及传播速度分别为f1、f2和v1、v2，则
A．f1＝2f2，v1＝v2
B．f1＝f2，v1＝2v2
C．f1＝f2，v1＝0.5v2
D．f1＝0.5f2，v1＝v2
24．一列沿x轴正方向传播的间谐机械横波，波速为4m/s．某时刻波形如图所示，下列说法正确的是
A．这列波的振幅为4cm
B．这列波的周期为1s
C．此时x=4m处质点沿y轴负方向运动
D．此时x=4m处质点的加速度为0
25．两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
【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除
一、选择题
1．C
解析：C
【解析】
【详解】
A、由图读出质点的振动周期T=4s，则振动频率；故A错误.
B、t=2s时，质点的位移为零，由知质点的加速度最小；故B错误.
C、振子的振幅等于振子位移的最大值，由图读出振幅为5cm；C正确.
D、t=3s时，质点的位移为正向最大，由F=-kx，知质点所受合力为负向最大；故D错误.故选C.
【点睛】
本题简谐运动的图象能直接读出振幅和周期．对于质点的速度方向，也可以根据斜率读出．简谐运动的特征，是分析加速度常用的方法．
2．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；3．C
解析：C
【解析】
【详解】
A.简谐振动的位移起点为O点，则从O到N运动位移大小不断增大，方向向右；故A项不合题意.
=-可知，从O到N的位移x增大，回复力不断增大；故B B.根据简谐振动的回复力F kx
项不合题意.
CD.简谐振动经过平衡位置O时，位移为零，可知恢复力为零，由牛顿第二定律可得加速度为零；而经过平衡位置时是振动从加速变为减速的转折点，速度最大，动能最大；故C 项符合题意，D项不合题意.
4．D
解析：D
【解析】
【详解】
A.振幅是振子离开平衡位置的最大距离，由图知振幅A=1cm；故A项不合题意.
B.由图知，振子完成一个周期性的运动为正弦图象，读出周期为T=4s；则频率
；故B项不合题意.
C.在第2s末，振子的位移为0，其加速度为0；故C项不合题意.
D.在第2s末，振子的位移为0，说明振子经过平衡位置，速度最大；故D项符合题意. 5．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；
6．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。

7．D
解析：D 【解析】
根据图中信息可得，该质点在3.5s 时位于x 轴正方向并向正向最大振幅处运动，所以该质点的速度方向为正，加速度为负，选D
8．B
解析：B 【解析】 【详解】
单摆的周期公式为2T =，与摆球的质量和摆角的大小无关，所以周期不变频率也不变，摆角减小则振幅也减小，故B 正确，ACD 错误．
9．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．
10．A
解析：A 【解析】 【详解】
小球A 做自由落体运动，由
21
2
A R gt =
解得
A t =
小球B 做简谐运动，简谐运动的周期为
2T =到达C 点的时间为
14B t T ==
故A B t t <，A 球先到达C 点，A 正确，BCD 错误。

11．A
解析：A 【解析】 【详解】
由题意：设向右为x 正方向，振子运动到N 点时，振子具有正方向最大位移，所以振子运动到N 点时开始计时振动图象应是余弦曲线，故A 正确．
12．B
解析：B 【解析】
试题分析：设甲完成10次全振动所经历的时间为t ，则10a t
T ，6
b t T 得到T a ：T b =3：5； 又因为2a a L T g π
=； 1.6
22b a b L L T g g
ππ+==，
可解得：L a =0.9m L b =2.5m 故选B
考点：单摆的周期.
13．D
解析：D 【解析】 【详解】
A.若两次受迫振动分别在月球和地球上进行，因为图线Ⅰ单摆的固有频率较小，则固有周期较大，根据
知，摆长相同时，周期大的重力加速度小，月球表面的重力加速度
小于地球表面的重力加速度，则图线Ⅰ是月球上单摆的共振曲线，故选项A 不合题意； B.若两次受迫振动均在地球上同一地点进行的，则重力加速度相等，因为固有频率比为25，则固有周期之比为52，根据知，摆长之比为254，故选项B 不合题
意；
C.图线Ⅱ若是在地球表面上完成的，则固有频率为f =0.5Hz ，固有周期T =2s ，由可知，摆长l ≈1m ，故选项C 不合题意；
D.若摆长均为
，图线Ⅰ的固有频率为f =0.2Hz ，则固有周期T =5s ，由
可知，
重力加速度g =1.58m/s 2，图线Ⅰ不应该是在地球上完成的，故选项D 符合题意。

14．A
解析：A 【解析】 【分析】
根据振动图象判断质点振动方向的方法：沿着时间轴看去，“上坡”段质点向上振动，“下坡”段质点向下振动．
【详解】
AC ．在t =1 s 和t =3 s 时，振子偏离平衡位置最远，速度为零，回复力最大，加速度最大，方向指向平衡位置，A 正确，C 错误；
BD ．在t =2 s 和t =4 s 时，振子位于平衡位置，速度最大，回复力和加速度均为零，BD 错误．
15．A
解析：A
【解析】
【详解】
由题，在t =0时M 位移为2
A +，且向上运动，则M 点的振动方程为： ()0sin M y A t ωϕ=+
将在t =0时M 位移为2
A +方程得： 02sin 2A A t T πϕ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭
解得：06ϕπ
=
经时间t （t ＜T ），M 位移仍为2A +，但向下运动，代入公式得：3T t =， 两质点M 、N 的平衡位置相距34
波长，N 位于M 右方，所以N 点的振动方程： 034sin N y A t v λωϕ⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪⎢⎥ ⎪⎢⎥ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦
=-+
代入数据得：2N y A =，随t 的增大，位移的绝对值增大，所以N 向下运动，即在t
时刻，N 位移为负，速度向下，A 正确，BCD 错误。

故选A 。

16．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 。

17．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由题意知波长λ=4m ，由于两个时刻的波形相同，经过了整数倍周期的时间，则得
0.2s=nT (n =0，1，2……)
传播速度
20(m/s)n v n T T
λλ==
=(n =0，1，2……) 所以该波的最小波速为20m/s ，故A 错误； B ．由于周期不确定，时间0.1s 不一定等于半个周期，则(t +0.1)秒时刻，x =-2m 处的质点不一定到达波峰，位移就不一定是a ，故B 错误；
C ．由t 时刻波形图知，x =2m 处的质点在波谷向上振动，x =2.5m 的质点向下运动，所以x =2m 处的质点先回到平衡位置，故C 正确；
D ．根据数学知识得知质点M 和N 之间的距离等于
6
λ，由波形得知，质点M 第一次到达平衡位置时，质点N 不在波峰，故D 错误。

故选C 。

18．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
由于
131.1m=24
S P λ= 波源1S 引起P 点的相位为π2π2
t -
由于 2 1.2m=3S P λ=
波源2S 引起P 点的相位为2πt ϕ+
引起两列波在P 点干涉相消的条件
π2π(2π+)=(2n+1)π2t t ϕ-
- 当n =-1时解得π2
ϕ=-
故选C 。

19．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
摆钟从上海到北极，纬度升高，重力加速度g 变大，由单摆的周期公式2T =可知，摆钟的周期变小，即摆动变快，要将周期T 调大从而重新校准应增大摆长L ，故D 正确，ABC 错误。

故选D 。

20．B
解析：B
【解析】
试题分析：由图读出质点振动的周期T=4s ，则频率110.254
f Hz T ===．故A 错误．质点做简谐运动，在一个周期内通过的路程是4A ，t=10s=2.5T ，所以在10s 内质点经过的路程是 2.5410220S A cm cm =⨯=⨯=．故B 正确．在第4s 末，质点的位移为0，经过平衡位置，速度最大．故C 错误．由图知在t=1s 和t=3s 两时刻，质点位移大小相等、方向相反，故D 错误．
考点：简谐运动的振动图象；简谐运动的振幅、周期和频率．
21．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
由单摆的周期公式
2T = 可知单摆摆长不变，则周期不变，频率不变；振幅A 是反映单摆运动过程中的机械能大小的物理量，由
2k 12
E mv =
可知摆球经过平衡位置时的动能不变，但摆球质量改变，摆球运动时重力势能变化，因此摆球的机械能改变，从而导致振幅改变，故C 正确，ABD 错误。

故选C 。

22．D
解析：D
【解析】
【详解】
A 、振动过程中木块A 与弹簧组成的系统机械能守恒，木块A 机械能不守恒，故A 错误； BCD 、：当弹簧处于伸长至最长状态时，M 刚好对地面压力为零，故弹簧中弹力F Mg =，此时m 有最大加速度，由F mg ma +=，得：F mg a m
+=，由对称性，当m 运动至最低点时，弹簧中弹力大小为F ，但此时弹簧是处于压缩状态，根据牛顿第二定律得：F mg ma -=，即()2F m g a mg Mg =+=+，所以木块B 对地面的最大压力是2()F F Mg m M g 压=+=+； 振幅为最大位移与平衡位置的距离：
mg Mg k k
+，故D 正确，B 、C 错误；
故选D 。

【点睛】 关键是要注意撤去外力后，A 以未加压力时的位置为平衡位置做简谐振动，当B 刚好要离开地面时，A 处于最高点时，A 的加速度最大，A 处于最低点时，弹簧对B 的压力最大。

23．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
同一波源的频率相等，所以有12f f =，从图中可得122λλ=，故根据公式v f λ=可得122v v =，故B 正确，ACD 错误
24．D
解析：D
【解析】
试题分析：振幅等于y 的最大值，故这列波的振幅为A=2cm ．故A 错误．由图知，波长λ=8m ，由波速公式v T λ
=，得周期824
T s s v λ
===．故B 错误．简谐机械横波沿x 轴正方向传播，由波形平移法得知，此时x=4m 处质点沿y 轴正方向运动．故C 错误．此时x=4m 处质点沿处于平衡位置，加速度为零．故D 正确．故选D ．
考点：波的图像
25．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；。