高中物理专题-振动和波

高中物理专题-振动和波

【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅰ卷）

【母题原题】(2020·全国Ⅰ卷)在下列现象中,可以用多普勒效应解释的有.

A.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声

B.超声波被血管中的血流反射后,探测器接收到的超声波频率发生变化

C.观察者听到远去的列车发出的汽笛声,音调会变低

D.同一声源发出的声波,在空气和水中传播的速度不同

E.天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化

【答案】BCE

【解析】雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声,是因为声音的传播速度比光的传播速度慢,不属于多普勒效应,故选项A错误;超声波遇到血液中的血小板等细胞发生反射时,由于血小板的运动会使得反射声波的频率发生变化,属于多普勒效应,故选项B正确;列车和人的位置相对变化了,所以听到的声音频率发生了变化,属于多普勒效应,故选项C正确;同一声源发出的声波,在空气和水这两个不同介质中传播时,频率不变,传播速度发生变化, 不属于多普勒效应,故选项D错误;双星在周期性运动时,到地球的距离发生周期性变化,故接收到的光频率会发生变化,属于多普勒效应,故选项E正确.

【母题来源二】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（浙江卷）

【母题原题】(2020·浙江7月选考)如图所示,x轴上-2 m、12 m处有两个振动周期均为4 s、振幅均为1 cm的相同的波源S1、S2,t=0时刻同时开始竖直向下振动,产生波长均为4 m沿x轴传播的简谐横波.P、M、Q分别是x轴上 2 m、5 m和8.5 m的三个点,下列说法正确的是()

A.6.0 s时P、M、Q三点均已振动

B.8.0 s后M点的位移始终是2 cm

C.10.0 s后P点的位移始终是0

D.10.5 s时Q点的振动方向竖直向下

【答案】CD

【解析】波速为4m/s=1m/s 4v T λ

==,在6 s 内两列波传播了6 m,则此时P 、Q 两质点已振动,但

是M 点还未振动,A 错误;因M 点到两个振源的距离相等,则M 是振动加强点,振幅为2 cm,但不是位移始终为2 cm,B 错误;P 点到两振源的距离之差为6 cm,为半波长的3倍,则该点为振动减弱点,振幅为零,即10.0 s 后P 点的位移始终为零,C 正确;S 1波源的振动传到Q 点的时间为10.5=10.5s 1s ,则10.5 s 时Q 点由S 1引起的振动方向竖直向下;S 2波源的振动传到Q 点的时间为

3.5s=3.5s 1,则10.5 s 时Q 点由S 2引起的振动已经振动了7 s,此时在最高点,速度为零,则10.5 s 时刻Q 点的振动方向竖直向下,D 正确.

【母题来源三】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（天津卷）

【母题原题】(2020·天津等级考)一列简谐橫波沿x 轴正方向传播,周期为T,t=0时的波形如图所示.t=4

T 时( )

A.质点a 速度方向沿y 轴负方向

B.质点b 沿x 轴正方向迁移了1 m

C.质点c 的加速度为零

D.质点d 的位移为-5 cm

【答案】C

【解析】由图像可知在t =4

T 时,a 、c 两质点在平衡位置,质点d 向上运动到波峰的位置,a 速度方向沿y 轴正方向,c 的加速度为零,质点d 的位移应该是5 cm,故C 正确,A 、D 错误;在波传播过程中,质点只在平衡位置上下振动,不随波迁移,故B 错误.

【母题来源四】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（山东卷）

【母题原题】(2020·山东等级考)一列简谐横波在均匀介质中沿x 轴负方向传播,已知x=4

5λ处质点的振动方程为y=Acos(T π2t),则t=4

3T 时刻的波形图正确的是 ( )

【答案】D

【解析】根据题意可知,

34t T =时,在51+44λλλ=处的质点处03223cos cos cos 42y A t A A T T T πππ⎛⎫⎛⎫⎛⎫==⋅== ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,即此时该质点位于平衡位置,A 、B 均错误;下

一时刻,y>0,即该质点处于平衡位置且向上振动,由题意知横波沿x 轴负方向传播,根据同侧法原理判断波形可知C 错误、D 正确.故选D.

【母题来源五】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅱ卷）

【母题原题】(2020·全国Ⅱ卷)用一个摆长为80.0 cm 的单摆做实验,要求摆动的最大角度小于5°,则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过 cm(保留1位小数).(提示:单摆被拉开小角度的情况下,所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程.)

某同学想设计一个新单摆,要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等.新单摆的摆长应该取为 cm.

【答案】6.9 96.8

【解析】摆球沿圆弧移动的路程x=5280 6.9360l cm cm θπ⋅=⨯=,根据单摆周期公式

2l T g =,知10T 2=11T 1,解得l 2=96.8 cm

【母题来源六】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅲ卷）

【母题原题】(2020·全国Ⅲ卷)如图,一列简谐横波平行于x 轴传播,图中的实线和虚线分别为t=0和t=0.1 s 时的波形图.已知平衡位置在x=6 m 处的质点,在0到0.1 s 时间内运动方向不变.这列简谐波的周期为 s,波速为 m/s,传播方向沿x 轴 (选填“正方向”或“负

方向”).

【答案】0.4 10 负方向

【解析】因为x=6 m 处的质点在0~0.1 s 内运动方向不变,所以该处质点从正向位移最大处经过

四分之一个周期向下运动至平衡位置处,即10.1s 4T =,解得周期为T=0.4 s,所以波速为

4m 10m/s 0.4s v T λ

===,在虚线上,x=6 m 处的质点向下运动,根据同侧法可知波沿x 轴负方向传播.

【命题意图】通过两种不同的图象呈现题设信息,考查了考生的读图、识图能力,对简谐运动与波动图象的基本知识的理解能力和综合分析能力.

【考试方向】高考对机械振动和机械波的考查重点在于波的传播规律、波动图象、振动图象的转换等方面,主要题型为选择题、填空题为主.物理图象是一种非常形象的信息呈现方式,能够很好地反映各物理量之间的关系,将振动图象与波动图象结合命题,可以全面考查波动理论,是高考考查热点.

【得分要点】

应加强对基本概念和规律的理解,抓住波的传播和图象这条主线,强化训练、提高对典型问题的分析能力.

1．带动法判断质点振动的方向：波的形成和传播过程中,前一质点的振动带动后一相邻质点的振动,后一质点重复前一质点的振动形式.只要知道某点振动方向或波的传播方向,再通过比较某质点的位移与它相邻质点的位移,即可判断波的传播方向或确定该质点的振动方向.

2．振动图象与波动图象的区别与联系：

（1）振动图象描述的是某一质点在不同时刻的振动情况,图象上任意两点表示同一质点在不同时刻偏离平衡位置的位移；波的图象描述的是波在传播方向上无数质点在某一时刻的振动情况,图象上任意两点表示不同的两个质点在同一时刻偏离平衡位置的位移.

（2）振动图象随时间的延续将向着横坐标箭头方向延伸,原图象形状不变；波的图象随着