专题8 机械振动与机械波— 2022届新高考物理2年真题与1年全真模拟训练卷（word版含答案）

2022年高考2年真题与1年全真模拟训练卷（新高考地区专用）
专题8
机械振动与机械波
2021年高考真题
1．（2020·天津高考真题）一列简谐横波沿x轴正方向传播，周期为T，时的波形如图所示。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1m
C．质点c的加速度为零
D．质点d的位移为-5cm
2．（2020·山东高考真题）一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播，已知处质点的振动方程为，则时刻的波形图正确的是（　　）
A．B．C．D．
3．（2021·浙江高考真题）将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳，它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端，同时用相同频率和振幅上下持续振动，产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同，分别得到了如图甲和乙所示的波形。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中两手开始振动时的方向并不相同
B．甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置
C．乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形
D．乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形
4．（2021·广东高考真题）由于高度限制，车库出入口采用图所示的曲杆道闸，道闸由转动杆与横杆链接而成，P、Q为横杆的两个端点。在道闸抬起过程中，杆始终保持水平。杆绕O点从与水平方向成30°匀速转动到60°的过程中，下列说法正确的是（
）
A．P点的线速度大小不变
B．P点的加速度方向不变
C．Q点在竖直方向做匀速运动
D．Q点在水平方向做匀速运动
5．（2020·全国高考真题）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
6．（2020·海南高考真题）一列简谐横波沿x轴正方向传播，波的周期为，某时刻的波形如图所示．则（
）
A．该波的波长为
B．该波的波速为
C．该时刻质点P向y轴负方向运动
D．该时刻质点Q向y轴负方向运动
7．（2020·浙江高考真题）如图所示，x轴上、处有两个振动周期均为、振幅均为的相同的波源、，时刻同时开始竖直向下振动，产生波长均为沿x轴传播的简谐横波。P、M、Q分别是x轴上、和的三个点，下列说法正确的是（　　）
A．时P、M、Q三点均已振动
B．后M点的位移始终是
C．后P点的位移始终是0
D．时Q点的振动方向竖直向下
8．（2021·湖南高考真题）均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播，波面为圆。t
=
0时刻，波面分布如图（a）所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷。A处质点的振动图像如图（b）所示，z轴正方向竖直向上。下列说法正确的是（
）
A．该波从A点传播到B点，所需时间为
B．时，处质点位于波峰
C．时，处质点振动速度方向竖直向上
D．时，处质点所受回复力方向竖直向上
E.处质点起振后，内经过的路程为
9．（2021·山东高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，如图所示，实线为时的波形图，虚线为时的波形图。以下关于平衡位置在O处质点的振动图像，可能正确的是（　　）
A．B．C．D．
10．（2020·全国高考真题）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0.1s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_____（填“正方向”或“负方向”）。
11．（2021·全国高考真题）图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线，经过后，其波形曲线如图中虚线所示。已知该波的周期T大于，若波是沿x轴正方向传播的，则该波的速度大小为___________，周期为___________s，若波是沿x轴负方向传播的，该波的周期为___________s。
12．（2021·河北高考真题）如图，一弹簧振子沿x轴做简谐运动，振子零时刻向右经过A点，后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，内经过的路程为0.4m。该弹簧振子的周期为________s，振幅为______m。
13．（2021·广东高考真题）如图所示，一个轻质弹簧下端挂一小球，小球静止。现将小球向下拉动距离A后由静止释放，并开始计时，小球在竖直方向做简谐运动，周期为T。经时间，小球从最低点向上运动的距离_____（选填“大于”、“小于”或“等于”）；在时刻，小球的动能______（选填“最大”或“最小”）。
14．（2021·全国高考真题）均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB=16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v=20cm/s，波长大于20cm，振幅为y=1cm，且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔△t=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。求
（i）从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；
（ii）t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。
2022年模拟训练
一、单选题
15．（2021·辽宁高三模拟）如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，时，波传播到x轴上的的质点，此时质点A在负的最大位移处；在时，质点A第二次出现在正的最大位移处，下列判断中正确的是（　　）
A．该波的波速为
B．时，处的质点刚开始振动，且振动方向向下
C．时，处的质点在平衡位置，且振动方向向下
D．处的质点在正的最大位移处时，质点A也正好在正的最大位移处
16．（2021·湖北汉阳一中高三模拟）如图所示，图（a）是一波源的振动图象，图（b）是某同学画出的某一时刻波形图象的一部分，该波沿x轴的正方向传播，P、Q是介质中的两个质点，下列说法正确的是（　
　）
A．该时刻这列波至少传播到x=10
m处的质点
B．此刻之后，Q比P先回到平衡位置
C．x=2
m与x=6
m的质点在任何时候都保持相同的距离
D．从波源开始振动，在10
s内传播方向上的质点振动经过的最长路程是40
cm
17．（2021·北京丰台二中高三三模）如图甲为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图，P是平衡位置为x=4m处的质点，图乙为质点P的振动图像，则（　　）
A．该波向方向传播，速度是40m/s
B．质点P的振动方程为y=20sin（50πt）（cm）
C．从t=0.10s到t=0.25s，质点P通过的路程为30cm
D．t=0.10s时，质点P的速度达到正向最大
18．（2021·重庆市育才中学高三模拟）一列简谐横波在t＝0时刻的波形图如图实线所示，从此刻起，经0.2
s波形图如图中虚线所示，若波传播的速度为10
m/s，则下列说法错误的是（　　）
A．这列波的周期为0.8
s
B．x＝4
m处质点的位移表达式为y＝4sin（5π）（cm）
C．t＝0
s时刻质点P沿y轴负方向运动
D．从t＝0时刻开始质点P经0.4
s通过的路程为8cm
19．（2021·天津市蓟州区第一中学高三二模）如图甲，让一根足够长均匀软绳的绳端M点在垂直于软绳的方向以t=0开始做持续的简谐运动，软绳上会形成横波波形。已知软绳端点M的振动图像如图乙。在t=1.1s时刻，M、N平衡位置之间总有一个波峰，且N点处在平衡位置且向下运动，M、N两点平衡位置之间距离d=0.6m。下列说法中正确的是（　　）
A．该波的波速为2m/s
B．该波的波长为0.6m
C．波上各质点的起振方向向上
D．t=0.55s时，N点位于波峰
二、多选题
20．某时刻一列简谐横波在某弹性介质中的波形图如图所示，介质中的三个质点此时刻对应的位置如图，已知质点b在介质中振动的频率为，质点c的动能正在逐渐增大，且此时刻质点c对应的y轴坐标为，则下列说法正确的是（　　）
A．此时刻质点a的加速度最大
B．质点做受迫振动，而且振动频率与质点c相同
C．质点b振动2s的时间内，质点b沿x轴负方向平移了
D．从此时刻开始经过，质点b和质点c的振动速度相同
E.从此时刻开始计时，质点c的振动方程为
21．（2021·陕西高三三模）一根拉紧的水平弹性绳上的a、b两质点的平衡位置间的距离为1.2m，b质点在a质点的右侧，一列简谐横波沿此弹性绳向右传播。t=0时a质点的位移达到正向最大，b质点的位移恰好为零，且向下运动；t=1s时a质点第一次回到平衡位置。若该波的波长大于1.2m，则下列说法正确的是（　　）
A．这列简谐横波的波长为1.6m
B．这列简谐横波的周期为2s
C．这列简谐横波的波速为0.4m/s
D．t=1s时，b质点在平衡位置
E.t=5s时，a质点在平衡位置
22．（2021·河北高三模拟）如图所示，x轴上有间距为1
m的13个质点a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m，它们均静止在各自的平衡位置，一列横波以的速度水平向右传播，在时刻到达质点a，且a开始由平衡位置向上振动，在时刻，质点a第一次达到波峰，则（　　）
A．波源的周期是4s
B．a点在10s时将运动到k点所在位置
C．这列波的波长为4m
D．时刻，d点位于波谷
E.时刻，h点位于波谷
参考答案
1．C
【解析】经过周期，波向右传播了，波形如图所示
A．由图可知，质点a点恰好运动到平衡位置且沿着y轴正方向运动，A错误；
B．质点b点只在竖直方向上运动不会随波迁移，B错误；
C．质点c恰好运动到平衡，速度最大，加速度为零，C正确；
D．质点d的位移为5cm，D错误。
故选C。
2．D
【解析】根据题意可知，时，在处的质点处于
则此时该质点位于平衡位置，下一时刻，该质点向上运动，故AB错误；
根据题意，横波沿轴负方向传播，根据同侧法判断可知，C错误，D正确。
故选D。
3．C
【解析】AB．甲图中两手开始振动时的方向相同，则甲图中分叉点是振动加强的位置，所以AB错误；
CD．乙图中两手开始振动时的方向恰好相反，则乙图中分叉点是振动减弱的位置，则在分叉点的右侧终见不到明显的波形，所以C正确；D错误；
故选C。
4．A
【解析】A．由题知杆OP绕O点从与水平方向成30°匀速转动到60°，则P点绕O点做匀速圆周运动，则P点的线速度大小不变，A正确；
B．由题知杆OP绕O点从与水平方向成30°匀速转动到60°，则P点绕O点做匀速圆周运动，P点的加速度方向时刻指向O点，B错误；
C．Q点在竖直方向的运动与P点相同，相对于O点在竖直方向的位置y关于时间t的关系为
y
=
lOPsin(
+
ωt)
则可看出Q点在竖直方向不是匀速运动，C错误；
D．Q点相对于O点在水平方向的位置x关于时间t的关系为
x
=
lOPcos(
+
ωt)
+
lPQ
则可看出Q点在水平方向也不是匀速运动，D错误。
故选A。
5．BCE
【解析】A．之所以不能同时观察到是因为声音的传播速度比光的传播速度慢，所以A错误；
B．超声波与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，B正确；
C．列车和人的位置相对变化了，所以听得的声音频率发生了变化，所以C正确；
D．波动传播速度不一样是由介质决定的，
D错误；
E．双星在周期性运动时，会使得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，E正确。
故选BCE。
6．AC
【解析】A．由波形图可知，波长为8m，故A正确；
B．根据公式
代入数据解得，故B错误；
CD．由题知，沿x轴正方向传播，根据“上下坡法”，可知该时刻质点P向y轴负方向运动，该时刻质点Q向y轴正方向运动，故C正确，D错误。
故选AC。
7．CD
【解析】A．波速为
在6s内两列波传播了6m，则此时PQ两质点已振动，但是M点还未振动，A错误；
B．因M点到两个振源的距离相等，则M是振动加强点，振幅为2cm，但不是位移始终为2cm，B错误；
C．P点到两振源的距离只差为6cm，为半波长的3倍，则该点为振动减弱点，振幅为零，即10.0s后P点的位移始终为零，C正确；
D．S1波源的振动传到Q点的时间为，则10.5s时Q点由S1引起的振动为竖直向下；S2波源的振动传到Q点的时间为，则10.5s时Q点由S2引起的振动已经振动了7s，此时在最高点，速度为零，则10.5s时刻Q点的振动速度为竖直向下，D正确。
故选CD。
8．ACE
【解析】A．由图a、b可看出，该波的波长、周期分别为
λ
=
10m，T
=
4s
则根据波速公式
v
=
=
2.5m/s
则该波从A点传播到B点，所需时间为
t
=
m/s
=
4m/s
A正确；
B．由选项A可知，则该波从A点传播到B点，所需时间为4s，则在t
=
6s时，B点运动了2s，即，则B处质点位于波谷，B错误；
C．波从AE波面传播到C的距离为
x
=(10
-
10)m
则波从AE波面传播到C的时间为
t
=
则t
=
8s时，C处质点动了3.1s，则此时质点速度方向向上，C正确；
D．波从AE波面传播到D的距离为
则波从AE波面传播到C的时间为
t
=
则t
=
10s时，C处质点动了8.3s，则此时质点位于z轴上方，回复力方向向下，D错误；
E．由选项A知
T
=
4s，12s
=
3T
一个周期质点运动的路程为4cm，则3T质点运动的路程为12cm，E正确。
故选ACE。
9．AC
【解析】机械波的传播方向不确定，所以需要考虑机械波传播方向的不确定性。
AB．若机械波沿轴正方向传播，在时点振动方向竖直向上，则传播时间满足
（n=0，1，2，3…）
解得
（n=0，1，2，3…）
当时，解得周期
A正确，B错误；
CD．若机械波沿轴负方向传播，在时点处于波谷，则
（n=0，1，2，3…）
解得
（n=0，1，2，3…）
当时，解得周期
C正确，D错误。
故选AC。
10．
负方向
【解析】因为处的质点在内运动方向不变，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
解得周期为，所以波速为
在虚线上，处的质点向下运动，根据同侧法可知波沿轴负方向传播。
11．0.5
0.4
1.2
【解析】（1）若波是沿x轴正方向传播的，波形移动了15cm，由此可求出波速和周期：
（2）若波是沿x轴负方向传播的，波形移动了5cm，由此可求出波速和周期：
12．4
0.2
【解析】[1]根据简谐运动对称性可知，振子零时刻向右经过A点，后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，则A、B两点关于平衡位置对称，而振动经过了半个周期的运动，则周期为
[2]从A到B经过了半个周期的振动，路程为，而一个完整的周期路程为0.8m，为4个振幅的路程，有
解得振幅为
13．小于
最大
【解析】[1]根据简谐振动的位移公式
则时有
所以小球从最低点向上运动的距离为
则小球从最低点向上运动的距离小于。
[2]在时，小球回到平衡位置，具有最大的振动速度，所以小球的动能最大。
14．（i）0.8s；（ii）-0.5cm
【解析】（i）因为波长大于20cm，所以波的周期
由题可知，波的周期是
波的波长
在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。因为AB距离小于一个波长，B到波峰最快也是A的波峰传过去，所以
从t1时刻开始，质点B运动到波峰所需要的最少时间
（ii）在t1时刻（t1>0），由题意可知，此时图象的函数是
t1时刻质点B偏离平衡位置的位移
15．D
【解析】A．从波的图像可知波长。时波刚传到的质点，由波的传播方向、波形和质点的振动方向的关系可知，此时该质点的振动方向向上，即波源的起振方向向上。时质点A在负的最大位移处，需经过一个半周期第二次出现在正的最大位移处，所以有。由波长和周期可求出波速，A错误。
B．到处相距半个波长，所以波经半个周期传到处，此时该点向上振动，B错误。
C．时处的质点在平衡位置向下振动，时经过了一个半周期，所以处的质点仍在平衡位置，但向上振动，C错误。
D．处的质点与A点相距两个波长，振动的步调应一致，D正确。
故选D。
16．A
【解析】A．由振动图象知周期；波源起振的方向向上；根据波形图可知，并且该部分前面还有至少半个波长，所以该刻这列波至少传播到x＝10
m处的质点，故A正确；
B．该波沿x轴的正方向传播，结合波形图可知，Q点振动方向向下，而P点的振动方向向上，所以P点比Q点先回到平衡位置，故B错误；
C．根据波形图可知，则x=2
m与x=6
m的质点的平衡位置之间的距离为半个波长，由于它们步调总是相反，所以它们不可能在任何时候都保持相同的距离，故C错误；
D．由振动图象知周期，则，质点在一个周期内通过的路程是四个振幅，在内的路程最长为
故D错误。
故选A。
17．C
【解析】A．由图乙可得，周期T=0.2s，在t=0.10s时，P点速度方向向下，由同侧法可判断出该波向方向传播，由甲图可得波长，则
故A错误；
B．由
可得质点P的振动方程为
故B错误；
C．从t=0.10s到t=0.25s，经过，则质点P通过的路程为
故C正确；
D．由图乙可知，t=0.10s时，质点P的速度达到负向最大，故D错误。
故选C。
18．B
【解析】A．由波形图可以看出波长为8m，故周期
故A正确；
C．波的传播速度为10
m/s
，经0.2s波形平移的间距为
结合波形图可看出波形向左平移２m，故波向左传播，故C正确；
B．t＝0时刻，x＝4
m处质点正在向下运动，故位移表示为
故B错误；
D．周期为0.8s，由于
故质点P进过0.4s通过的路程为
故D正确。
本题选错误项，故选B。
19．A
【解析】AB．在t=1.1s时，M点处于平衡位置，且向上运动，与t=0.1s的运动状态相同，M、N之间只有一个波峰，则有
解得
λ=0.4m
根据图乙可知，振动周期T=0.2s，由λ=vT，解得
故A正确，B错误；
C．由图可知，M点开始振动时向下运动，则每个质点的起振方向都向下，故C错误；
D．波传到N点的时的时间
则t=0.55s时，N点的振动时间为
0.55s-0.3s=0.25s
因为每个质点的起振方向都向下，所以N点起振方向向下，经过0.25s，是，此时N点处于波谷，故D错误。
故选A。
20．ABD
【解析】A．由波动图像可知，此时质点a位于波峰，其振动的加速度最大，故A正确；
B．由机械波的形成和传播的知识可知，介质中所有质点中都在做受迫振动，总是重复波源振动，振动频率相同，故B正确；
C．由质点c动能正在逐渐增大，可知质点C此时的振动方向沿y轴正方向，故该简谐波沿x轴负方向传播，又质点b在介质中振动的频率为，可知波的周期为
由波动图像知波长为4m，故波速为
振动时间
故波传播的距离为
但介质中的质点不随波迁移，故C错误；
D．由质点c此时对应的轴坐标为及波动方程可知，质点b和质点c平衡位置间的距离为
要使两者的速度相同，它们的平衡位罝中点处的质点应处于平衡位置处，故
故D正确；
E．此时刻开始计时，由波形图可知振幅，又
质点c此时的相位为
故质点c的振动方程为
故E错误。
故选ABD。
21．ACE
【解析】简谐波沿绳向右传播时，若a点的位移达到正向最大，b质点的位移恰好为零，且向下运动，则有
，（n=1，2，3…）
得到波长的通项为
该波长大于1.2m，则n=0，所以波长为
选项A正确；
BC．由于t=0时a质点的位移达到正向最大，t=1s时a质点第一次回到平衡位置，可得T=4s，则波速
选项B错误，C正确；
D．由于周期T=4s，t=0时，b质点的位移恰好为零，且向下运动，所以，t=1s时，波刚好到达波谷，选项D错误；
E．t=5s时，经过，质点a刚好回到平衡位置，选项E正确。
故选ACE。
22．ACD
【解析】AC．由题意，在时刻到达质点a
，a开始由平衡位置向上振动，在时刻，质点a第一次达到波峰，可知波的周期是4s，由
代入数据，可得则波长为4m，AC正确；
B．波传播过程中，质点不随波迁移，B错误；
D．3s时刻，波传播到d点，d点开始向上振动，再经3s，向下运动到最大位移处，D正确；
E．6s时刻，波只传播到g点，此时h点还未振动，E错误。
故选ACD。