2020高考物理一輪復習 限時規(guī)范專題練（五）振動與波動問題綜合應用（含解析）.doc
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振動與波動問題綜合應用 時間：45分鐘 滿分：100分 一、選擇題(本題共10小題，每小題7分，共70分，均為多選) 1．關于機械振動和機械波，下列說法正確的是( ) A．機械振動在介質中的傳播形成機械波 B．做機械振動的物體，其振動周期與振幅無關 C．當波從一種介質傳播到另一種介質中時，頻率改變 D．當兩列波產生干涉現象時，這兩列波的頻率一定相同 E．當觀察者遠離波源時，觀察者感覺到波的頻率變大 答案 ABD 解析 機械波的實質就是機械振動在介質中的傳播，A正確；做機械振動的物體，周期與頻率相關，與振幅無關，B正確；只有頻率相同的兩列波相遇時才會發(fā)生干涉現象，D正確；波的頻率等于波源的頻率，在傳播過程中波的頻率保持不變，C錯誤；由多普勒效應可知，觀察者遠離波源時，觀察者會感覺波的頻率減小，E錯誤。 2．(2016全國卷Ⅰ)某同學漂浮在海面上，雖然水面波正平穩(wěn)地以1.8 m/s的速率向著海灘傳播，但他并不向海灘靠近。該同學發(fā)現從第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間間隔為15 s。下列說法正確的是( ) A．水面波是一種機械波 B．該水面波的頻率為6 Hz C．該水面波的波長為3 m D．水面波沒有將該同學推向岸邊，是因為波傳播時能量不會傳遞出去 E．水面波沒有將該同學推向岸邊，是因為波傳播時振動的質點并不隨波遷移 答案 ACE 解析 水面波是一種機械波，傳播過程中各質點只在平衡位置上下往復運動，不隨波的傳播而遷移，因此水面波不會將該同學推向岸邊，故D錯誤，A、E正確。由題意可知該波的周期T＝ s＝ s，頻率f＝＝0.6 Hz，波長λ＝vT＝1.8 m＝3 m，故B錯誤，C正確。 3．(2016天津高考)在均勻介質中坐標原點O處有一波源做簡諧運動，其表達式為y＝5sin，它在介質中形成的簡諧橫波沿x軸正方向傳播，某時刻波剛好傳播到x＝12 m處，波形圖象如圖所示，則( ) A．此后再經6 s該波傳播到x＝24 m處 B．M點在此后第3 s末的振動方向沿y軸正方向 C．波源開始振動時的運動方向沿y軸負方向 D．此后M點第一次到達y＝－3 m處所需時間是2 s 答案 AB 解析 由波源振動表達式可知ω＝，而ω＝，所以T＝4 s，由波形圖知λ＝8 m，波速v＝＝2 m/s，Δx＝vΔt＝12 m，故A項正確；經過Δt′＝3 s＝T，M點振動方向沿y軸正方向，B項正確；在波的傳播過程中，各質點的起振方向都與波源的起振方向相同，x＝12 m處質點的起振方向沿y軸正方向，可得波源起振方向沿y軸正方向，C項錯誤；此時M點在y＝3 m處且沿y軸負方向振動，由于<＝sin，所以第一次到達y＝－3 m處所用時間小于，故D項錯誤。 4．(2018廣州調研)甲、乙兩彈簧振子，振動圖象如圖所示，則下列判斷錯誤的是( ) A．甲速度為零時，乙加速度最大 B．甲加速度為零時，乙速度最小 C．任一時刻兩個振子受到的回復力都不相同 D．兩個振子的振動頻率之比f甲∶f乙＝1∶2 E．兩個振子的振幅之比A甲∶A乙＝2∶1 答案 ABC 解析 由題圖可知，甲運動到最大位移處速度為零時，乙剛好運動到平衡位置，加速度為零，速度最大，A錯誤；甲運動到平衡位置加速度為零時，乙也運動到平衡位置，速度最大，B錯誤；由題圖易知，兩彈簧振子在2.0 s時同時到達平衡位置，此時兩振子的回復力都為零，C錯誤；根據甲、乙兩彈簧振子的振動圖象可知，甲的簡諧運動周期為T甲＝2.0 s，乙簡諧運動的周期T乙＝1.0 s，兩個振子的振動周期之比T甲∶T乙＝2∶1，根據周期與頻率成反比關系，可知兩個振子的振動頻率之比f甲∶f乙＝1∶2，D正確；甲的振幅A甲＝10 cm，乙的振幅A乙＝5 cm，兩個振子的振幅之比A甲∶A乙＝2∶1，E正確。 5．(2018河北石家莊質檢一)甲、乙兩列簡諧橫波在同種均勻介質中傳播，如圖所示為t＝0時刻兩列波恰好在坐標原點相遇時的波形圖，甲波的頻率為2 Hz，沿x軸正方向傳播，乙波沿x軸負方向傳播，則( ) A．甲、乙兩波的頻率之比為2∶1 B．乙波的傳播速度為4 m/s C．兩列波疊加后，x＝0處的質點振幅為20 cm D．t＝0.25 s時，x＝0處的質點處于平衡位置，且向下運動 E．兩列波疊加后，x＝2 m處為振動加強點 答案 BDE 解析 兩列機械波在同種均勻介質中傳播的速度相同，且v＝λf，由圖可得λ甲＝2 m，λ乙＝2 m，得f甲∶f乙＝λ乙∶λ甲＝1∶1，則A項錯誤。v乙＝λ乙f乙＝22 m/s＝4 m/s，B項正確。由圖可知x＝0處是振動加強點，振幅A＝A甲＋A乙＝10 cm＋20 cm＝30 cm，C項錯誤。周期T＝＝0.5 s，當t＝0.25 s＝時x＝0處的質點處于平衡位置，且向下運動，D項正確。由圖可知，兩列波疊加后，x＝2 m處為振動加強點，E項正確。 6．(2018武漢調研)關于機械振動和機械波，下列說法正確的是( ) A．一個振動，如果回復力與偏離平衡位置的位移的平方成正比而且方向與位移相反，就能判定它是簡諧運動 B．如果測出單擺的擺長L、周期T，作出L－T2圖象，圖象的斜率就等于重力加速度g的大小 C．當系統(tǒng)做受迫振動時，如果驅動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率，受迫振動的振幅最大 D．游泳時耳朵在水中聽到的音樂與在岸上聽到的是一樣的，說明機械波從一種介質進入另一種介質，頻率并不改變 E．多普勒效應在科學技術中有廣泛的應用，例如交警向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，根據反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度 答案 CDE 解析 一個振動，如果回復力與偏離平衡位置的位移成正比而且方向與位移相反，就能判定它是簡諧運動，A錯誤；根據T＝2π 可得L＝T2，則如果測出單擺的擺長L、周期T，作出L－T2圖象，圖象的斜率為，B錯誤；當系統(tǒng)做受迫振動時，如果驅動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率，產生共振，此時受迫振動的振幅最大，C正確；游泳時耳朵在水中聽到的音樂與在岸上聽到的是一樣的，說明機械波從一種介質進入另一種介質，頻率不變，D正確；易知E中應用的就是多普勒效應，E正確。 7．(2018湖南六校聯(lián)考)下列說法中正確的是( ) A．產生多普勒效應的原因是波源頻率發(fā)生了變化 B．發(fā)生干涉現象時，介質中振動加強的點，振動能量最大，減弱點振動能量可能為零 C．振動圖象和波的圖象中，橫坐標所反映的物理意義是不同的 D．超聲波比次聲波更容易發(fā)生衍射 E．在地球表面上走得很準的擺鐘搬到月球表面上，其擺動周期變大 答案 BCE 解析 當波源與觀察者互相靠近或互相遠離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化，這種現象叫做多普勒效應，波源的頻率并沒有發(fā)生變化，A錯誤；介質中振動加強的點振動能量最大，振動減弱的點，能量可能為零，B正確；波的圖象表示介質中的“各個質點”在“某一時刻”的位移，橫坐標表示各質點的平衡位置，振動圖象則表示介質中“某個質點”在“各個時刻”的位移，橫坐標表示時間，C正確；由v＝λf可知，當波速相同時，頻率越小，波長越長，越容易發(fā)生衍射現象，所以次聲波更容易發(fā)生衍射，D錯誤；由T＝2π ，由于g月小于g地，所以擺鐘由地球搬到月球上時，擺動周期變大，E正確。 8．(2018南昌一模)如圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖，圖乙為介質中x＝2 m處的質點P以此時刻為計時起點的振動圖象。下列說法正確的是( ) A．這列波的傳播方向是沿x軸正方向 B．這列波的傳播速度是20 m/s C．經過0.15 s，質點P沿x軸的正方向傳播了3 m D．經過0.1 s時，質點Q的運動方向沿y軸正方向 E．經過0.35 s時，質點Q距平衡位置的距離小于質點P距平衡位置的距離 答案 ABE 解析 根據題圖甲的波動圖象和題圖乙介質中x＝2 m處的質點在此時刻開始計時的振動圖象可知，這列波的傳播方向是沿x軸正方向，A正確；由題圖甲所示的波動圖象可知，波長λ＝4 m，由題圖乙所示的振動圖象可知，周期為0.2 s，這列波的傳播速度v＝＝20 m/s，B正確；根據波的傳播規(guī)律，介質中的質點只在平衡位置附近振動，不隨波遷移，C錯誤；經過0.1 s()時，質點Q的運動方向沿y軸負方向，D錯誤；經過0.35 s(1T)時，質點P振動到波峰，所以質點Q距平衡位置的距離小于P點距平衡位置的距離，E正確。 9．如圖所示為一列簡諧橫波在t＝0.2 s時的波形圖，A、B、C、D是介質中的四個質點，且質點B的振動方程為yB＝10sin5πt(cm)，下列關于這列簡諧波的說法正確的是( ) A．該列波沿x軸正方向傳播 B．該列波沿x軸負方向傳播 C．質點A的振動速度一定為5 m/s D．質點D比質點C先回到平衡位置 E．再經過0.2 s，質點B的路程為20 cm 答案 BDE 解析 由質點B的振動方程可知，下一時刻質點B位移為負，即質點B此時正沿y軸負方向運動，即可得波沿著x軸負方向傳播，A錯誤，B正確；該波的周期T＝＝0.4 s，則該波的傳播速度v＝＝5 m/s，波的傳播速度并不等于質點的振動速度，C錯誤；因為質點D朝著平衡位置振動，質點C遠離平衡位置振動，故質點D先回到平衡位置，D正確；在0.2 s時間內，質點B的路程s＝2A＝210 cm＝20 cm，E正確。 10．(2019唐山摸底考)波源在坐標原點上下振動，形成沿x軸正、負方向傳播的兩列簡諧橫波，t1＝0時刻的波形如圖中實線所示，t2＝0.5 s時刻的波形如圖中虛線所示，P、Q是此時位于平衡位置的兩個質點。下列說法正確的是( ) A．t1＝0時刻波源的振動方向向下 B．t2＝0.5 s時刻P、Q質點的振動方向相反 C．波從波源分別向x軸正、負方向的傳播速度之比為4∶3 D．t3＝5.5 s時x＝10 m處的質點處于波峰位置 E．從t2時刻起到x＝10 m處的質點第一次到波峰，質點P走過的路程為40 cm 答案 ACE 解析 根據題述和波形圖可知，t1＝0時刻，波源的振動方向向下，A正確；t2＝0.5 s時刻，P、Q質點的振動方向都向下，B錯誤；由波形圖可知，沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波長為4 m，沿x軸負方向傳播的簡諧橫波，波長為3 m，周期相等，由λ＝vT可知，波從波源分別沿x軸正、負方向傳播的速度之比為4∶3，C正確；由Δt＝0.5 s＝，可得周期T＝2 s，則沿x軸正方向傳播的波的波速為2 m/s，波從0時刻傳播到x＝10 m處需要3 s，t3＝5.5 s時刻，x＝10 m處的質點已經振動了T，即x＝10 m處的質點處在波谷位置，D錯誤；t2＝0.5 s時刻，波峰在x＝2 m處，再經過2個周期波峰傳播到x＝10 m處的質點，即x＝10 m處質點第一次到達波峰，則質點P走過的路程為8個振幅，即為85 cm＝40 cm，E正確。 二、非選擇題(本題共2小題，共30分) 11．(15分)如圖所示，原點O處波源沿y軸振動，形成的橫波沿x軸正方向傳播。某時刻振動恰好傳到Q點，且O點波源恰好處于平衡位置，P、Q間只有一個完整波形，O、P之間波形未畫出，波長未知，M質點平衡位置的橫坐標為11 m，P質點平衡位置的橫坐標為10 m。從圖示時刻起再經過0.2 s，M質點第一次到達平衡位置，求： (1)這列波的波速； (2)這列波的波長。 答案 (1)5 m/s (2)見解析 解析 (1)處于平衡位置的質點的振動狀態(tài)從x＝10 m傳到x＝11 m，位移為Δx＝1 m， 經歷時間Δt＝0.2 s，則 波速v＝ 解得v＝5 m/s。 (2)波沿x軸正方向傳播，題圖中所示時刻P質點位于平衡位置，沿y軸負方向振動 若O點波源處于平衡位置也沿y軸負方向振動時，則有 OP＝nλ(n＝1,2,3，…) Δx<，即λ>4 m OP＝10 m 則當n＝1時，λ1＝10 m n＝2時，λ2＝5 m 同理，若O點波源處于平衡位置沿y軸正方向振動時，則有 OP＝(n－)λ(n＝1,2,3，…) 則當n＝1時，λ1＝20 m n＝2時，λ2＝ m。 12．(2018太原二模)(15分)如圖所示，a、b兩列簡諧橫波分別沿x軸正、負方向傳播，t＝0時，兩列波恰好分別傳到4 m、6 m處。t1＝0.5 s時，波a驅動x＝0的質點運動到波谷。已知兩列波的周期相同，且介于0.3 s與0.5 s之間，求： (1)波a的傳播速度； (2)波a與b相遇后，x＝5 m處質點的振幅和0～2.0 s內的位移。 答案 (1)10 m/s (2)2 cm?。? cm 解析 (1)波a使得x＝0的質點運動到波谷，運動時間： t1＝(n＋)T(n＝0,1,2，…) 由于0.3 s
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