专题08 振动和波-2023高考分类解析

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名称 专题08 振动和波-2023高考分类解析
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资源类型 试卷
版本资源 通用版
科目 物理
更新时间 2023-10-31 13:59:06

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2023高考物理分类解析
专题08 振动和波
1. (2023学业水平等级考试上海卷)真空中有一点P,微粒Q在运动过程中受到方向指向P且大小与Q离开P的位移成正比的回复力,给在P点的微粒Q一微小速度后,则在接下来的短时间内,Q的
A. 速度增大,加速度增大
B. 速度减小,加速度增大
C. 速度增大, 加速度不变
D. 速度减小,加速度不变
【参考答案】B
【名师解析】微粒受到方向指向P且大小与Q离开P的位移成正比的回复力,做简谐运动,给在P点的微粒Q一微小速度后,微粒从平衡位置开始运动,在接下来的短时间内,Q的速度减小,加速度增大,B正确。
2. (2023学业水平等级考试上海卷)有一列沿x轴正方向传播的简谐机械波,t=0时的波形图如图所示,则t=8T时在C、D之间的波形图为
【参考答案】C
【名师解析】从t=0时的波形图可知,波长λ=0.5m,经过8T,需要将沿x轴正方向平移8个波长即4m,所以则t=8T时在C、D之间的波形图为C。
3. (2023高考海南卷)下面上下两图分别是一列机械波在传播方向上相距6m的两个质点P、Q的振动图像,下列说法正确的是( )
A. 该波的周期是5s B. 该波的波速是3m/s
C. 4s时P质点向上振动 D. 4s时Q质点向上振动
【参考答案】C
【名师解析】
由振动图像可看出该波的周期是4s,A错误;
由于Q、P两个质点振动反相,则可知两者间距离等于 ,n = 0,1,2,…
根据 ,n = 0,1,2,…,可知B错误;
由P质点的振动图像可看出,在4s时P质点在平衡位置向上振动,C正确;
由Q质点的振动图像可看出,在4s时Q质点在平衡位置向下振动,D错误。
4.(2023全国高考新课程卷)船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声。声波在空气中和在水中传播时的( )
A.波速和波长均不同 B.频率和波速均不同
C.波长和周期均不同 D.周期和频率均不同
【参考答案】A
【名师解析】声波在空气中传播时速度小于在水中传播的速度,频率相同,周期相同,由v=fλ可知波长不同,A正确。
5.(2023年6月高考浙江选考科目)下列说法正确的是( )
A.热量能自发地从低温物体传到高温物体
B.液体的表面张力方向总是跟液面相切
C.在不同的惯性参考系中,物理规律的形式是不同的
D.当波源与观察者相互接近时,观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
【参考答案】.BD
【名师解析】热量能够自发地从高温物体传到低温物体,不能自发地从低温物体传到高温物体,A错误;液体表面张力方向总是与表面相切,B正确;在不同惯性参考系中,物理规律的形式是相同的,C错误;根据多普勒效应,当波源与观察者相互接近时,观察者观测到波的频率大于波源的振动频率,D正确。
6.(2023年6月高考浙江选考科目)如图所示,置于管口T前的声源发出一列单一频率声波,分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O。先调节A、B两管等长,O处探测到声波强度为400个单位,然后将A管拉长,在O处第一次探测到声波强度最小,其强度为100个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比,不计声波在管道中传播的能量损失,则( )
A.声波的波长 B.声波的波长
C.两声波的振幅之比为 D.两声波的振幅之比为
【参考答案】C
【名师解析】先调节A、B两管等长,两管中传播的声波到O点路程差为零,振动加强,O处探测到声波强度为400个单位,将A管拉长,在O处第一次探测到声波强度最小,说明两管中传播的声波到O点路程差λ/2,其强度为100个单位,由此可知2d=λ/2,声波的波长λ=60cm,AB错误;根据题述,已知声波强度与声波振幅平方成正比,即=,解得=,C正确D错误。

7. (2023高考山东高中学业水平等级考试)如图所示,沿水平方向做简谐振动的质点,依次通过相距L的A、B两点。已知质点在A点的位移大小为振幅的一半,B点位移大小是A点的倍,质点经过A点时开始计时,t时刻第二次经过B点,该振动的振幅和周期可能是( )
A. B.
C. D.
【参考答案】BC
【名师解析】
当A、B两点在平衡位置的同侧时有
可得;或者
因此可知第二次经过B点时,
解得
此时位移关系为
解得
故A错误,B正确;
当A、B两点在平衡位置两侧时有
解得 或者(由图中运动方向舍去),或者
当第二次经过B点时,则
解得
此时位移关系为
解得 ,C正确D错误。
8. (2023高考选择性考试辽宁卷) “球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置,当轮船以设计的标准速度航行时,球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示,两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是(  )
A. 插入水中的筷子、看起来折断了
B. 阳光下的肥皂膜,呈现彩色条纹
C. 驶近站台的火车,汽笛音调变高
D. 振动音叉的周围,声音忽高忽低
【参考答案】BD
【名师解析】
该现象属于波的叠加原理;插入水中的筷子看起来折断了是光的折射造成的,与该问题的物理原理不相符;阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹,是由于光从薄膜上下表面的反射光叠加造成的干涉现象,与该问题的物理原理相符;驶近站台的火车汽笛音调变高是多普勒现象造成的,与该问题的物理原理不相符;振动音叉的周围声音忽高忽低,是声音的叠加造成的干涉现象,与该问题的物理原理相符。BD正确。
9. (2023高考湖南卷)如图(a),在均匀介质中有和四点,其中三点位于同一直线上,垂直.时,位于处的三个完全相同的横波波源同时开始振动,振动图像均如图(b)所示,振动方向与平面垂直,已知波长为.下列说法正确的是( )
A. 这三列波的波速均为
B. 时,处质点开始振动
C. 时,处的质点向轴负方向运动
D. 时,处的质点与平衡位置的距离是
【参考答案】C
【名师解析】在同一介质中传播的横波波速相同,由图(b)可知,T=4s,v=λ/T=1m/s,A错误;t=2s时,三列波均未传播到D,所以时,处的质点未开始振动,B错误;由于AD=BD=5m,所以时,波源A、B处产生的波未传播到D处,波源C处产生的波到达D处已经1.5s,所以处的质点向轴负方向运动,C正确;时,处的质点在平衡位置振动,y=2cm+2cm-2cm=2cm,D错误。
10. (2023高考湖北卷) 一列简谐横波沿x轴正向传播,波长为,振幅为。介质中有a和b两个质点,其平衡位置分别位于和处。某时刻b质点的位移为,且向y轴正方向运动。从该时刻开始计时,a质点的振动图像为( )
A. B.
C. D.
【参考答案】A
【名师解析】
a、b之间的距离为
此时b点的位移4cm且向y轴正方向运动,令此时b点的相位为,则有
解得或(舍去,向下振动)
由a、b之间的距离关系可知
则,可知a点此时的位移为
且向下振动,即此时的波形图为
a质点的振动图像A正确。
11(5分)(2023高考全国乙卷) 一列简谐横波沿x轴传播,图(a)是时刻的波形图;P是介质中位于处的质点,其振动图像如图(b)所示。下列说法正确的是(  )
A. 波速为
B. 波向左传播
C. 波的振幅是
D. 处的质点在时位于平衡位置
E. 质点P在0~7s时间内运动的路程为
【参考答案】ABE
【命题意图】本题考查波动图像、振动图像和机械波及其相关知识点。
【解题思路】由图(a)可知波长λ=4m,由图(b)可知,周期T=2s,波速v=λ/T=2m/s,A正确;由于x=2m处质点t=0时沿y轴负方向运动,所以波向左传播,B正确;波的振幅是5cm,C错误;x=3m处质点在t=7s时即经过3.5个周期位于波峰位置,D错误;质点P在0~7s时间内运动的路程s=3.5×4A=70cm,E正确。
12. (2023天津卷)一列机械波的波源是坐标轴原点,从时波源开始振动,时波形如图,则下列说法正确的有(  )
A. 在这种介质中波速
B. 处质点在时位于波谷
C. 波源振动方程
D. 处质点半个周期内向左位移半个波长
【参考答案】BC
【名师解析】
由图中可知时,波传播的距离为x=2.5m,故波的速度为
故A错误;
由图可知该波的波长为,所以波的周期为
波传播到需要的时间
由图可知该波的起振方向向下,该波振动了0.1s,即,所以位于波谷,故B正确;
.根据图像可知该波的振动方程为
故C正确;
质点只是上下振动,不随波左右移动,故D错误。
13、(2023高考全国甲卷)(10分)分别沿x轴正向和负向传播的两列简谐横波PQ的振动方向相同,振幅均为5cm,波长均为8m,波速均为4m/s。t==0时刻,P波刚好传播到坐标原点,该处的质点将自平衡位置向下振动;Q波刚好传播到x=10m处,该处的质点将自平衡位置向上振动。经过一段时间后,两列波相遇。
(i)在答题卡给出的坐标图上分别画出PQ两列波在t=2.5s时刻的波形图(P波用虚线,Q波用实线)
(ii)求出图示范围内的介质中,因两列波干涉而振动振幅最大和振幅最小的平衡位置。
【参考答案】(i)
(ii)图示范围x=1m、x=5m、x=9m振幅最小;x=3m、x=7m振幅最大。
【命题意图】本题考查波动传播、波的叠加原理及其相关知识点。
【解题思路】(i)由x=vt可知2.5s时刻P波传播到x=10m处,Q波传播到x=0处。2.5s时刻波形图如图。
(ii)根据波的叠加原理,振动加强点满足△x=,(n=0,1,2···)
n=0,△x=4m
△x=│x-(10-x)│,解得x=3m,x=7m
即图示范围x=3m、x=7m振幅最大。
振动减弱点满足△x=nλ,(n=0,1,2···)
n=0,△x=0,
由△x=│x-(10-x)│,解得x=5m;
n=1,△x=8
△x=│x-(10-x)│,解得x=1m、x=9m
即图示范围x=1m、x=5m、x=9m振幅最小。
【易错提醒】由于题中的两列波反相,振动加强点为路程差为半波长的奇数倍;振动减弱点为路程差为波长的整数倍。
14. (2022天津学业水平选择性考试) 在同一均匀介质中,分别位于坐标原点和处的两个波源O和P,沿y轴振动,形成了两列相向传播的简谐横波a和b,某时刻a和b分别传播到和处,波形如图所示。下列说法正确的是( )
A. a与b的频率之比为 B. O与P开始振动的时刻相同
C. a与b相遇后会出现干涉现象 D. O开始振动时沿y轴正方向运动
【参考答案】A
【命题意图】本题考查机械波及其相关知识点。
【名师解析】
由同一均匀介质条件可得a和b两列波在介质中传播速度相同,由图可知,a和b两列波的波长之比为
根据
可得a与b的频率之比为,故A正确;
因a和b两列波的波速相同,由a和b两列波分别传播到和处的时刻相同,可知O与P开始振动的时刻不相同,故B错误;因a与b的频率不同,a与b相遇后不能产生干涉现象,故C错误;
a波刚传到处,由波形平移法可知,处的质点开始振动方向沿y轴负方向,而所有质点的开始振动方向都相同,所以O点开始振动的方向也沿y轴负方向,故D错误。
15. (2022新高考福建卷)艺术体操运动员站在场地中以一定频率上下抖动长绸带的一端,绸带自左向右呈现波浪状起伏。某时刻绸带形状如图所示(符合正弦函数特征),此时绸带上P点运动方向____________(填“向上”“向下”“向左”或“向右”)。保持抖动幅度不变,如果要在该绸带上产生更加密集的波浪状起伏效果,运动员上下抖动的频率应____________(填“增大”“减小”或“保持不变”)。
【参考答案】 ①. 向上 ②. 增大
【命题意图】此题考查机械波的产生和传播及其相关知识点。
【名师解析】
[1]从图中可知绸带上形成的波是自左向右传播的,根据波形平移法,可判断绸带上P点运动方向向上;
[2]绸带上产生更加密集的波浪状起伏效果,说明波长变小,而同种介质中同类型波的传播波速是不变的,根据
可知运动员上下抖动的周期变短、频率增大。
16.(2023高考北京卷)位于坐标原点处的波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波.时波源开始振动,其位移y随时间t变化的关系式为,则时的波形图为( )
A. B.
C. D.
【参考答案】D
【名师解析】【解析】t=0时波源开始振动,t=T时的波形图为图D。
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