2020高考物理總復(fù)習(xí) 易錯(cuò)題與高考綜合問題解讀 考點(diǎn) 6 機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械波 考點(diǎn)高分解題綜合訓(xùn)練(通用)

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1、 機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械波考點(diǎn)高分解題綜合訓(xùn)練 1 如圖6—27所示,物體A置于物體B上,一輕質(zhì)彈簧一端固定,另一端與B相連,在彈性限度范圍內(nèi),A和B一起在光滑水平面上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)(不計(jì)空氣阻力),并保持相對(duì)靜止.則下列說法正確的是( ) A.A和B均做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) B 作用在A上的靜摩擦力大小與彈簧的形變量成正比 C.B對(duì)A的靜摩擦力對(duì)A做功,而A對(duì)B的靜摩擦力對(duì)B不做功 D.B對(duì)A的靜摩擦力始終對(duì)A做正功,而A對(duì)B的靜摩擦力始終對(duì)B做負(fù)功 1.A解析:取A和B為整體,此為彈簧振子模型,A和B均做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確;提供A做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力是B對(duì)A的靜摩擦力,所以作用在A上的靜摩擦力

2、大小與彈簧的形變量成正比,選項(xiàng)B正確;由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)可知,在A遠(yuǎn)離平衡位置的過程中,B對(duì)A的靜摩擦力對(duì)A做負(fù)功,在 A靠近平衡位置的過程中,B對(duì)A的靜摩擦力對(duì)A做正功,選項(xiàng)CD錯(cuò). 2 一個(gè)彈簧振子的振動(dòng)周期是0.025 s,當(dāng)振子從平衡位置開始向右運(yùn)動(dòng),經(jīng)過0.17 s,振子的運(yùn)動(dòng)情況是 ( ) A向右做減速運(yùn)動(dòng) B向右做加速運(yùn)動(dòng) C.向左做減速運(yùn)動(dòng) D.向左做加速運(yùn)動(dòng) 2.解析:由于 ,即 ,即可等效為振子從平衡位置向右運(yùn)動(dòng)的第四個(gè)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況:向 右往平衡位置運(yùn)動(dòng),即向右加速,因此選項(xiàng)B正確. 3 如圖6—28所示,表示兩列同頻率相干水波在f—O時(shí)

3、刻的疊加情況,圖中實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷,已知兩列波的振幅均為2 cm(且在圖示范圍內(nèi)振幅不變),波速為2 m/s,波長(zhǎng)為0.4 m,E點(diǎn)是BD連線和AC連線的交點(diǎn),下列說法正確的是 ( ) A A、C兩點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn) B E點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn) C.B、D兩點(diǎn)在該時(shí)刻的豎直高度差4 m D t=0.05 s時(shí),E點(diǎn)離平衡位置的位移大小為2 cm 3.A解析:波的周期 ,由圖知A、C為波峰與波谷相遇處,振動(dòng)減弱,選項(xiàng)A正確;D、B為峰峰、谷一谷相遇點(diǎn),振動(dòng)加強(qiáng),即B此刻處于波符,D處于波峰,豎直高度差為h=4A=8 cm,C選項(xiàng)不對(duì);E點(diǎn)在 0.05 s時(shí)即為波峰

4、與波峰相遇,故為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),振幅A′=2A=4 cm,故選項(xiàng)B正確,D錯(cuò).正確選項(xiàng)為AB. 4 一列簡(jiǎn)諧波沿x軸負(fù)方向傳播,如圖6—29所示,圖甲是t=1s時(shí)的波形圖,圖乙是波中某振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間變化的振動(dòng)圖線(兩圖用同一時(shí)間起點(diǎn)),則圖乙可能是圖甲中哪個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖線 ( ) A x=O處的質(zhì)點(diǎn) B x=1 m處的質(zhì)點(diǎn) C.x=2m處的質(zhì)點(diǎn) D.x=3m處的質(zhì)點(diǎn) 4.A解析:南圖乙可知,該振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在t=1 s時(shí),其位置在平衡位置,振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向。圖甲是t=1 s時(shí)的波形圖,由圖可知,x=O、x=4 m處的質(zhì)點(diǎn)符合這一振動(dòng)特征,所以選項(xiàng)A正確. 5 一

5、列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,如圖6—30所示為波傳播到x=5 m的M點(diǎn)時(shí)的波形圖.若波中P點(diǎn)從開始振動(dòng)到第二次出現(xiàn)波峰經(jīng)歷的時(shí)間為0.7 s,下列說法正確的是 ( ) A這列波的傳播速度是10 m/s B這列波的波長(zhǎng)為5m C.質(zhì)點(diǎn)Q(z一9 m)從圖示時(shí)刻再經(jīng)過0.5 s才第一次到達(dá)波峰 D_M點(diǎn)右側(cè)各質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)的方向都是向下的 5.AD解析:南圖可知,這列波的波長(zhǎng)為λ=4 m,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由波形圖和波的傳播方向可判斷M點(diǎn)此時(shí)刻的振動(dòng)方向向下,而波最前質(zhì)點(diǎn)的起振方向與波源質(zhì)點(diǎn)的起振方向相同,所以M點(diǎn)右側(cè)各質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)時(shí)的方向都是向下的,所以選項(xiàng)D正確;P點(diǎn)從開始振

6、動(dòng)(方向向下)到第二次出現(xiàn)波峰經(jīng)歷 個(gè)周期,則 ,所以T=0.4 s,,故選項(xiàng)A正確;波形向右平移△x=7 m,質(zhì)點(diǎn)Q(x=9 m)第一次達(dá)到波峰,所以再經(jīng)歷的時(shí)間為△t=△x/v=0.7 s,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。 6 兩列橫波在空間疊加,其中橫波a(圖中虛線所示)沿+x方向傳播,橫波6(圖中實(shí)線所示)沿一x方向傳播,波速均為20 m/s.t=O時(shí),這兩列波的波動(dòng)圖象如圖6—31所示,那么位于x=45 m處的質(zhì)點(diǎn)P第一次到達(dá)波峰的時(shí)間和第一次處于平衡位置的時(shí)間分別是 ( ) A 1.50 s,0.25 s B 0.25 s,0.75 s C.0.50 s,0.75 s

7、 D.0.75 s,0.25 s 6.B 解析:由圖可知,a波x=40 m處波動(dòng)和b波x=50 m處波動(dòng)經(jīng)t1均傳至P點(diǎn),此時(shí)P第一次出現(xiàn)波峰,即 ;當(dāng)a波上x=30 m處、b波上x=60 m處波動(dòng)經(jīng)相同時(shí)間t2傳至P點(diǎn),P點(diǎn)第一次到達(dá)平衡位置,故即選項(xiàng)B正確. 7 如圖6—32所示為兩列沿繩傳播的(虛線表示甲波,實(shí)線表示乙波)簡(jiǎn)諧橫波在某時(shí)刻的波形圖,M為繩上x=0.2 m處的質(zhì)點(diǎn),則下列說法中正確的是 ( ) A這兩列波將發(fā)生干涉現(xiàn)象,質(zhì)點(diǎn)M的振動(dòng)始終加強(qiáng) B由圖示時(shí)刻開始,再經(jīng)甲波周期的1/4,M將位于波谷 C.甲波的傳播速度v1比乙波的傳播速度v2大 D.因波

8、的周期未知,故兩列波波速的大小無法比較 7.A解析:兩列波在同一介質(zhì)中的傳播速度相等,故選項(xiàng)CD錯(cuò)誤;由圖象可知,兩列波的波長(zhǎng)相等,所以兩列波的頻率相等,M點(diǎn)在平衡位置且兩列波在M點(diǎn)激起的振動(dòng)方向均向下,所以這兩列波將發(fā)生干涉現(xiàn)象,質(zhì)點(diǎn)M的振動(dòng)始終加強(qiáng),再經(jīng)甲波周期的,M將位于波谷,故選項(xiàng)AB正確. 8如圖6—33所示,s為振源,其振動(dòng)頻率f=100 Hz,所產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧橫波向右傳播,波速v=80m/s,P、Q為波的傳播途徑中兩點(diǎn),已知sP=4.2 m,SQ=5.4 m,當(dāng)s點(diǎn)通過平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí)則 ( ) A P在波峰,Q在波谷 B P在波谷,Q在波峰 C P

9、通過平衡位置向上運(yùn)動(dòng),Q通過平衡位置向下運(yùn)動(dòng) D.P、Q都在波峰 8.解析:波長(zhǎng) ,則 作一波形圖,當(dāng)S處于平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí),則P在平衡位置向上運(yùn)動(dòng),Q在波峰,即A、C、D均不對(duì),選項(xiàng)B正確. 9 一列沿x軸傳播的簡(jiǎn)諧橫波,在x1=10 cm和x2=220 cm處的兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖6—34所示,兩質(zhì)點(diǎn)的計(jì)時(shí)時(shí)刻相同,則這列簡(jiǎn)諧波的傳播速度可能是 ( ) A.2.1 m/s B 1.4 m/s C 0.7 m/s D.0.3 m/s 9.ACD解析:由振動(dòng)圖象可知周期T=4 s,(1)若波沿x軸正方向傳播,t=O時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)x1在平衡位置

10、且振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向,質(zhì)點(diǎn)x2在正的最大位移處,所以x1與x2間的最簡(jiǎn)波形如圖甲所示,則(x2一x1)與波長(zhǎng)λ之間所滿足的關(guān)系為: 該波波速為 2,…),N=0時(shí),v=2.1m/s;n=1時(shí),v=0.42 m/′s;所以選項(xiàng)A正確。 (2)若波沿x軸負(fù)方向傳播,t=O時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)x1在平衡位置且振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向,質(zhì)點(diǎn)x2在正的最大位移處,所以x1與x2間的最簡(jiǎn)波形如圖乙所示,則(x2一x1)與波長(zhǎng)λ之間所滿足的關(guān)系為: 該波的波速為 2,…), N=0時(shí),v=0.7 m/s;n=1時(shí),v=0.3 m/s;所以選項(xiàng)CD正確. 10 如圖6—35所示為演

11、示砂擺振動(dòng)圖象的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果.砂擺的擺動(dòng)可看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).若手拉紙的速率為0.2 m/s,由刻度尺上讀出圖線的尺寸,算出這個(gè)砂擺的擺長(zhǎng)為 m(g=9.8 m/s2) 10.0.56解析:砂擺振動(dòng)一個(gè)周期T,板拉過長(zhǎng)度l=vT,即(50—20)cm=0.2 m/s×T,故 而T ,則擺長(zhǎng) 11某同學(xué)在進(jìn)行“研究彈簧振子的周期和小球質(zhì)量的關(guān)系”課題實(shí)驗(yàn)時(shí),利用如圖6—36甲所示裝置進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn):讓彈簧振子穿過一光滑的水平橫桿,在彈簧振子的小球上安裝一支筆,下面放一條紙帶,當(dāng)小球振動(dòng)時(shí),垂直于振動(dòng)方向以恒定的加速度拉動(dòng)紙帶,加速度大小為a,這時(shí)筆在紙帶上畫出

12、如圖6—36乙所示的一條曲線,請(qǐng)根據(jù)圖乙中所測(cè)得的長(zhǎng)度s1、s2寫出計(jì)算彈簧振子振動(dòng)周期的表達(dá)式T= . 換用不同質(zhì)量的小球?qū)嶒?yàn),分別得到彈簧振子小球的質(zhì)量m與振動(dòng)周期T及對(duì)應(yīng)的T。數(shù)據(jù),如下表: 次數(shù) 1 2 3 4 5 小球質(zhì)量m(kg) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 振動(dòng)周期T(s) 0.50 0.70 0.86 1.01 1.11 T2(s2) 0.25 0.49 0.74 1.02 1.23 根據(jù)上表數(shù)據(jù),為直觀反映T與m間的關(guān)系,請(qǐng)?jiān)谙旅娣礁褡鴺?biāo)紙中選擇恰當(dāng)?shù)奈锢砹拷⒆鴺?biāo)系,并作出圖

13、線. 從圖線可以得到該實(shí)驗(yàn)中彈簧振子振動(dòng)的周期與小球質(zhì)量之間的關(guān)系式是 . 11. ;圖略(以m為橫坐標(biāo),T2為縱坐標(biāo));T2=km(式中k=5 s2/kg)解析:南勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律有s2-s1=aT2,則振子振動(dòng)周期 由表給數(shù)據(jù)可歸納出,若以m為橫坐標(biāo),r為縱坐標(biāo),則圖線為一過坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線,且斜率k=5 s2/k,即T2=km. 12 如圖6—37所示,為一單擺的共振曲線,擺球的質(zhì)量為0.2 kg. (1)該單擺的擺長(zhǎng)約為多少? (2)共振時(shí)單擺的振幅多大? (3)共振時(shí)擺球的最大速度和最大回復(fù)力的大小各為多少?(g=10 m/s2)

14、 12.(1)1 m(2)8 cm(3)0.25 m/s 0.16 N 解析:(1)由圖知 ,即 所以 (2)由圖知共振時(shí)(振幅最大)振幅A=8 cm. (3)單擺回復(fù)力 由機(jī)械能守恒有 即 最大回復(fù)力大?。? 13 如圖6—38中的實(shí)線是一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的波形曲線,經(jīng)0.5 s后,其波形如圖中虛線所示,設(shè)該波的周期T小于0.5 s.求: (1)如果波向右傳播,該波的可能波速v? (2)如果波向左傳播,該波最小波速vmin? 13.(1)v=(0.48 n+0.36)m/s(n=1,2,3,…) (2) vmin=0.60 m/s

15、m/s 解析:(1)若波向右傳播,則 (n=1,2,3,…), 則周期 故波速 2.3,…)(2)若波向左傳播時(shí),同理可得 …) 則 (n=1,2,3,…),故vmin=0.60 m/s. 14 某臺(tái)心電圖儀的出紙速度(紙帶移動(dòng)的速度)為2.5 cm/s,醫(yī)院進(jìn)行體檢時(shí)記錄下某人的心電圖如圖6—39所示,已知圖紙上每小格邊長(zhǎng)為5 mm設(shè)在每分鐘時(shí)間內(nèi)人的心臟搏動(dòng)次數(shù)為人的心率. 求:(1)此人的心率約為多少?(保留兩位有效數(shù)字) (2)如果此人的心臟每跳一次大約輸送8×10-5 m3的血液,他的血壓(可看作他的心臟跳動(dòng)時(shí)壓送血液的壓強(qiáng))的平均值是1.5×

16、104 Pa,據(jù)此估算此人的心臟跳動(dòng)時(shí)做功的平均功率? 14.(1)72次/min(2)1.5W 解析:(1)由圖知,6次心臟搏動(dòng),出紙25格長(zhǎng)度,即有l(wèi)=25×5 mm=12.5 cm,t=6T,而 ,即周期 則 (2)心臟跳動(dòng)一次需做功:W=P△V設(shè)心臟跳動(dòng)時(shí)做功的平均功率為R0,則R0=W/t聯(lián)立解得:P0=1.5W. 15如圖6—40所示,A、B兩物體的質(zhì)量都為m,拉A物體的細(xì)線與水平方向的夾角為30o時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài),不考慮摩擦力,設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為忌.若懸線突然斷開后,A在水平面上做周期為T的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),當(dāng)B落地時(shí),A恰好將彈簧壓縮到最短,求: (1)

17、A振動(dòng)時(shí)的振幅; (2)B落地時(shí)的速度大小. 15.(1) 解析:(1)設(shè)A物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),彈簧的伸長(zhǎng)量即振幅為A,繩的拉力大小為F,由平衡條件得: 對(duì)A: Fcos 30o=kA, 對(duì)B: F=mg, 兩式聯(lián)立解得 (2)設(shè)經(jīng)時(shí)間£物體B落地,同時(shí)A恰好將彈簧壓縮到最短,則t與T必滿足關(guān)系: B落地時(shí)的速度大小為v1=gt,聯(lián)立解得 16 蝙蝠如果每秒鐘發(fā)射50次超聲波,每次發(fā)出100個(gè)頻率為105Hz的波,那么在空氣中形成一系列斷續(xù)的波列.已知空氣中聲速為340 m/s.求: (1)每個(gè)波列的長(zhǎng)度及兩波列間隔的長(zhǎng)度; (2)如果此聲波進(jìn)

18、入水中傳播,聲波在水中的傳播速度為1 450 m/s,那么波列的長(zhǎng)度及兩波列間隔的長(zhǎng)度又是多少? 16.(1)0.34 m 6.46 m (2)1.45 m 27.55 m、 解析:(1)波長(zhǎng) 一個(gè)波列長(zhǎng)l=100λ=0.34 m,兩波列間隔 (2)頻率不變,波長(zhǎng) 一個(gè)波列長(zhǎng)λ′=100λ′=1.45 m,兩波列向隔長(zhǎng)度 考點(diǎn)小資料 波的多解性 波在傳播過程中時(shí)間上的周期性、空間上的周期性以及傳播方向上的雙向性是導(dǎo)致波動(dòng)問題多解性的主要原因.若題目加設(shè)一定的條件,可使無限系列解轉(zhuǎn)化為有限或惟一解.但在解答這類題目時(shí),常常出現(xiàn)對(duì)隱含條件或波動(dòng)的實(shí)際情況分析不透徹

19、,造成解答不完整,出現(xiàn)漏解.為了避免此類錯(cuò)誤的發(fā)生,特對(duì)這類問題進(jìn)行簡(jiǎn)明剖析如下: 一、波的傳播方向的雙向性形成的多解 在中學(xué)階段,一般只限于討論簡(jiǎn)諧波沿一直線傳播的簡(jiǎn)單情形,在這情況下,波的傳播方向有兩種可能,這就是波傳播的雙向性. 例1.一列簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖如圖中實(shí)線所示,經(jīng)時(shí)間△t=0.5 s后,波形為圖中虛線所示. 解析:因△t

20、.②若波沿x軸負(fù)方向傳播,由波形圖可知 由波速公式得 以上兩式聯(lián)立解得 由u—A′廠′得 二、波的時(shí)間的周期性形式的多解 簡(jiǎn)諧波在介質(zhì)中傳播的過程中,由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)做周期性振動(dòng),使得波形圖也具有周期性,即經(jīng)時(shí)間△t=t2-t1= nT(n=O,l,2,3,…),各振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)將回到原來狀態(tài),從而產(chǎn)生多解. 例2.一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,某時(shí)刻的波形如圖中實(shí)線所示,經(jīng)過時(shí)間△t=0.5 s時(shí),其波形圖如圖中虛線所示.則這列波的周期T和波速v可能是( ) A T=2 s,v=2m/s B T=2/3 s,v=6 m/s C T=0.4 s,v=10 m/s D.T=

21、0.8 s,v=20 m/s 解析:因已知波沿x軸正方向傳播,故只需考慮其波形圖的周期性. 由波的時(shí)間的周期性可知,△t必須滿足條件 n=O時(shí),T=2 s;n=1時(shí),T=0.4 s;n=2時(shí),T=2/9 s;由波形圖可知波長(zhǎng)A=4 m,所以波速 N=O時(shí),v=2 m/s;n=1時(shí),v=10 m/s;n=2時(shí),v=18 m/s;所以選項(xiàng)AC正確. 三、波的空間的周期性形成的多解 一個(gè)波形沿傳播方向平移一個(gè)波長(zhǎng)或一個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍的距離,平移后的波形與原波形重合,這就是波的空間的周期性. 例3.一列簡(jiǎn)諧橫波在t=O時(shí),波形如圖所示.已知波沿x軸正方向傳播,P為離平衡位置在x=7

22、 m的質(zhì)點(diǎn).t=1 s時(shí),P點(diǎn)恰好通過平衡位置,則波速可能為 ( ) A 3 m/s B 7 m/s C 9 m/s D 12 m/s 解析:因已知波沿x軸正方向傳播,故只考慮波的空間的周期性即可. 由波形圖可知波長(zhǎng)λ=10 m,要使t=1 s時(shí),P點(diǎn)恰好通過平衡位置,則波形向右平移的距離必滿足條件: 由題意知△t=1 s,所以波速為 n=O時(shí),v=2 m/s;n=1時(shí),v=7 m/s;n=2時(shí),v=12 m/s;n=3時(shí),v=17 m/s; 所以選項(xiàng)BD正確. 四、題設(shè)條件的不明確形成的多解 在波動(dòng)問題中,如講某質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻在最大位移處就包含有處于

23、正最大位移或負(fù)最大位移兩種可能,如講某質(zhì)點(diǎn)從平衡位置開始起振就包含有向y軸正方向或向y軸負(fù)方向振動(dòng)兩種可能,等等.這就是波動(dòng)問題中的題設(shè)條件不明確性. 例4.一列簡(jiǎn)諧橫波沿一水平直線向右傳播.位于此直線上的P、Q兩質(zhì)點(diǎn)相距L=12 m,P在左,Q在右.t1= O時(shí),質(zhì)點(diǎn)P在正的最大位移處,質(zhì)點(diǎn)Q恰好到達(dá)平衡位置;t1=0.05 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P恰好到達(dá)平衡位置,質(zhì)點(diǎn)Q恰好在負(fù)的最大位移處.已知周期T>0.05 s,波長(zhǎng)λ>12 m,求這列波波速的大?。? 解析:(1)若在t1=0時(shí),質(zhì)點(diǎn)Q的起振方向如圖甲所示,則經(jīng)出:△t =t2-tl=3T1/4,質(zhì)點(diǎn)Q恰好在負(fù)的最大位移處,質(zhì)點(diǎn)P恰好到達(dá)平衡位置.由甲圖可知 λ1/4=L,所以 (2)若在t1=O時(shí),質(zhì)點(diǎn)Q的起振方向如圖乙所示,則經(jīng)△t =t2-tl=T2/4,質(zhì)點(diǎn)Q恰好在負(fù)的最大位移處,質(zhì)點(diǎn)P恰好到達(dá)平衡位置.由圖乙可知 ,所以 總之.在對(duì)簡(jiǎn)諧橫波的具體分析中.還將遇到在同一題中,既要考慮其“雙向性”。又要考慮其時(shí)間和空間的周期性。這類問題雖然較復(fù)雜。但其解答的基本思路和方法是一樣的.

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