第8章　机械振动和机械波 第3讲　机械波--2027全国版高考物理第一轮(含答案)

2027全国版高考物理第一轮
第3讲　机械波
基础对点练
题组一　波的传播与图像
1.(2025北京卷)质点S沿竖直方向做简谐运动,在绳上形成的波传到质点P时的波形如图所示,则(　　)
A.该波为纵波
B.质点S开始振动时向上运动
C.S、P两质点振动步调完全一致
D.经过一个周期,质点S向右运动一个波长距离
2.(2025安徽卷)如图所示,某同学演示波动实验,将一根长而软的弹簧静置在光滑水平面上,弹簧上系有一个标记物,在左端沿弹簧轴线方向周期性地推、拉弹簧,形成疏密相间的机械波。下列表述正确的是(　　)
A.弹簧上形成的波是横波
B.推、拉弹簧的周期越小,波长越长
C.标记物振动的速度就是机械波传播的速度
D.标记物由静止开始振动的现象表明机械波能传递能量
3.(2025湖南怀化三模)将一石子扔进平静的水平面上,以石子所在水平面位置为坐标原点并开始计时,t=2 s时,第一次形成如图所示的部分波形,P点的横坐标为3.5 m,已知坐标原点处的水波起振方向竖直向下,则(　　)
A.t=2 s时,P点振动方向竖直向下
B.该水波的波长为2.5 m
C.该水波的波速为2.25 m/s
D.该水波的周期为1.125 s
题组二　波的图像与振动图像的关联应用
4.(多选)(2025浙江杭州一模)“战绳”训练是当下一种火热的健身方式,健身员晃动“战绳”一端,使“战绳”的一端上下振动(可视为简谐振动),如图甲是某次训练中t=0.2 s时“战绳”的波形图,绳上质点P的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
甲
乙
A.若增大抖动的频率,波速不变
B.该波沿x轴负方向传播
C.P点的振动方程为y=40sin(5πt) cm
D.从t=0.2 s到t=0.6 s,质点P通过的路程为200 cm
题组三　波的多解问题
5.(多选)(2026四川巴中高三检测)某介质中,一列沿x轴正方向传播的简谐横波,在t=0时刻的波形如图中实线所示,在t=1 s时的波形如图中虚线所示。关于该列简谐横波,下列说法正确的是(　　)
A.波速可能为5 m/s
B.介质中质点的振动周期可能为6 s
C.介质中质点的振动频率可能为 Hz
D.t=1.5 s时,平衡位置位于3 m处的质点可能到达波峰
6.(多选)(2025广东惠州高三期末)湖面上有相距为10 m的甲、乙两条小船,一列水波正在水面上从甲船到乙船沿着连线方向传播,波速为20 m/s,波长大于5 m。某时刻甲船位于平衡位置且向下运动时,此时乙船刚好到达波峰,下列说法正确的是(　　)
A.此时刻甲船的加速度等于零
B.这列水波的波长可能为10 m
C.这列水波的波长可能为40 m
D.两小船上下浮动的周期可能为4 s
题组四　波的干涉、衍射和多普勒效应
7.(2025江苏徐州一模)如图为一辆救护车在道路上匀速行驶时,用软件拟合其产生的声波的图样,图中的圆表示波峰。下列说法正确的是(　　)
A.该图表示的是干涉现象
B.左侧波的频率小于右侧波的频率
C.前侧波的频率大于后侧波的频率
D.单位时间内前侧接收的完全波个数与后侧的相同
8.(2026辽宁高三检测)如图所示,一较大广场100 m直道的P、Q两端,分别安装了由同一信号发生器带动的两个完全相同的扬声器,两个扬声器连续发出波长为10 m的声波。O为直道的中点,MN为P、Q连线的中垂线。某同学沿直线PQ、MN缓慢行进的过程中会感觉到扬声器发出的声音时而增强时而减弱。图中a、b两位置距离O点的距离分别为22.5 m、7.5 m,c为MN上的一个位置。下列说法正确的是(　　)
A.声音的增强和减弱是声波的衍射造成的
B.在a位置听到的声音增强
C.在b位置听到的声音增强
D.在c位置听到的声音增强
综合提升练
9.(2025云南卷)如图所示,均匀介质中矩形区域内有一位置未知的波源。t=0时刻,波源开始振动产生简谐横波,并以相同波速分别向左、右两侧传播,P、Q分别为矩形区域左右两边界上振动质点的平衡位置。t=1.5 s和t=2.5 s时矩形区域外波形分别如图中实线和虚线所示,则(　　)
A.波速为2.5 m/s
B.波源的平衡位置距离P点1.5 m
C.t=1.0 s时,波源处于平衡位置且向下运动
D.t=5.5 s时,平衡位置在P、Q处的两质点位移相同
10.(2025湖北襄阳三模)一列简谐横波沿x轴传播,在t=0时的部分波形如图甲所示,M、N、Q是介质中的三个质点,已知图乙为M、N、Q中某个质点的振动图像,下列说法正确的是(　　)
A.t=0时刻,M质点位于x=-2 m处
B.0~4 s内,质点Q沿x轴运动了2 m
C.0~6 s内,质点M、N通过的路程均为1 m
D.从t=0时刻开始,质点Q比质点N早0.4 s回到平衡位置
11.(多选)(2025山东烟台三模)如图所示,坐标原点O左右两边的介质不同,S1、S2为位于x轴上的两列波的波源,两波源同时起振,形成两列波,沿x轴分别传播到P(x=-6 m)、Q(x=3 m)两点时作为计时起点t=0时刻,当t=0.75 s时,x=-6 m的点刚好第一次处于波峰,则下列说法正确的是(　　)
A.波源S1的周期为3 s
B.两列波在x=-2.0 m位置处相遇
C.两列波叠加后能形成稳定的干涉图样
D.两列波在左右两边的介质中传播的速度之比为2∶3
培优拔高练
12.(2025湖南长沙模拟预测)如图甲所示,在三维直角坐标系Oxyz的xOy平面内,两波源S1、S2分别位于x1=-0.2 m、x2=1.2 m处。两波源垂直xOy平面振动,振动图像分别如图乙、丙所示。M为xOy平面内一点且MS2-MS1=0.2 m。空间有均匀分布的介质且两波在介质中的波速为v=2 m/s,则(　　)
甲
乙
丙
A.平衡位置在x轴上且x=0.2 m处质点开始振动方向沿z轴负方向
B.两列波叠加区域内,平衡位置在x轴上且x=0.6 m处质点振动减弱
C.两列波叠加区域内,平衡位置在x轴上且x=0.5 m处质点振动加强
D.若从两列波在M点相遇开始计时,则M处质点的振动方程为z=0.4sin (10πt+π) m
答案：
1.B　解析 由题图可知,该波上质点的振动方向与波的传播方向垂直,因此该波为横波,故A错误;由题图根据同侧法可知,质点P开始振动的方向向上,则质点S开始振动时向上运动,故B正确;由题图可知,S、P两质点平衡位置的距离为λ,则两质点振动步调相反,故C错误;质点不随波传播,只能在平衡位置附近上下振动,故D错误。
2.D　解析 弹簧上形成的波的振动方向与传播方向平行,所以弹簧上形成的波是纵波,故A错误;同一介质中,波的传播速度相同,推、拉弹簧的周期越小,由公式λ=vT可知,波的周期越小,波长越短,故B错误;标记物振动的速度反映的是标记物在平衡位置附近往复运动的快慢,机械波的传播速度是波在介质中的传播速度,二者不是同一个速度,故C错误;标记物由静止开始振动,说明它获得了能量,这是因为机械波使得能量传递给标记物,则标记物由静止开始振动的现象表明机械波能传递能量,故D正确。
3.C　解析 根据题意可知该水波正在向x轴正方向传播,根据“同侧法”,t=2 s时,P点的振动方向竖直向上,故A错误;根据波的图像可知,水波的波长为λ=2 m,故B错误;根据坐标原点处的水波起振方向竖直向下可知,该时刻水波正好传到4.5 m处,故传播速度v==2.25 m/s,故C正确;该水波的周期T= s= s,故D错误。
4.AC　解析 机械波的传播速度只由介质决定,增大抖动的频率,波速仍保持不变,故A正确;由题图乙可知,t=0.2 s时刻质点P沿y轴负方向振动,根据“同侧法”可知,该波沿x轴正方向传播,故B错误;根据题图乙,可知质点P的振动方程为y=Asin ωt=40sin cm=40sin (5πt) cm,故C正确;由题图乙可知,周期为0.4 s,从t=0.2 s到t=0.6 s,经历的时间等于一个周期,则质点P通过的路程为s=4A=160 cm,故D错误。
5.BD　解析 从题图中可知波在Δt=1 s时间内传播的距离Δx=λ(n=0,1,2,…),根据波速v=,得v=(6n+1) m/s,由v=,得T= s,由f=,得f=,故B正确,A、C错误;由Δx'=vΔt',得Δx'=(9n+1.5) m,当n=0时,Δx'=1.5 m,位于1.5 m的波峰传到3 m处,D正确。
6.AC　解析 甲船位于平衡位置时,位移为零。当 x=0 时,加速度 a=0,故A正确;两船相距 Δx=10 m,两船距离满足 Δx=λ(n为整数),又λ=10 m,解得n=0.75,非整数,故B错误;同理,代入 λ=40 m,解得 n=0,是整数,故C正确;周期T=,又Δx=10 m,v=20 m/s,解得T=(s)=(s),当 n=0 时,T=2 s,两小船上下浮动的周期不可能为4 s,故D错误。
7.C　解析 题图表示的是多普勒效应,A错误;根据波的图样可知,前侧形成的波纹比较密,后侧形成的波纹比较稀疏,由多普勒效应可知,前侧波的频率大于后侧波的频率,左侧波的频率等于右侧波的频率,救护车向前运动,单位时间内前侧接收的完全波个数比后侧的多,C正确,B、D错误。
8.D　解析 声音的增强和减弱是声波的干涉现象,而非衍射现象,故A错误;根据干涉规律可知,若听到的声音减弱,则有|Δd|=λ(n=0,1,2,3,…),听到的声音增强,则有|Δd|=nλ(n=0,1,2,3,…),在a位置有|Δd1|=2×22.5 m=45 m=4λ+λ,可知在a位置听到的声音减弱,故B错误;在b位置有|Δd2|=2×7.5 m=15 m=λ+λ,结合上述可知,在b位置听到的声音减弱,故C错误;在c位置有|Δd3|=0,结合上述可知,c位置听到的声音增强,故D正确。
9.D　解析 根据题图可知λ=4 m,且T=2.5 s-1.5 s,即T=2 s,故波速为v==2 m/s,A错误;设波源的平衡位置与P点的距离为x0,根据左侧t=1.5 s时的波形,可知=1.5 s,解得x0=1 m,B错误;根据题图中左侧实线波形,结合同侧法,可知波源的起振方向向下,由于t=1.0 s=T,因此此时波源处于平衡位置且向上运动,C错误;由B选项解析中x0=1 m,可知波源的平衡位置与Q点的距离为x1=3 m,故波传到P、Q两点的时间分别为t0==0.5 s,t1==1.5 s,故t=5.5 s时,平衡位置在P、Q处的两质点已经振动的时间分别为t0'=5.5 s-0.5 s=T,t1'=5.5 s-1.5 s=2T,由于波源的起振方向向下,因此当t=5.5 s时,P处质点处于平衡位置且向上振动,Q处质点处于平衡位置且向下振动,由此可知此时平衡位置在P、Q处的两质点位移相同,D正确。
10.C　解析 由题图甲可知λ=3 m,即λ=12 m,t=0时刻,质点M的坐标为x=-=-1 m,故A错误;质点Q沿平行于y轴的方向做简谐运动,并不沿x轴运动,故B错误;由题图乙可知T=1.2 s,即T=2.4 s,因6 s=2T,故0~6 s内质点M、N通过的路程均为s=2×4×0.1 m=1 m,故C正确;据题意可知,题图乙为质点N的振动图像,由题图乙可知,t=0时刻,质点N正在沿y轴正方向振动,质点Q位于正向最大位移处,结合题图甲可知,简谐波沿x轴正方向传播,故质点N回到平衡位置所用时间为·T=0.2 s,质点Q回到平衡位置所用时间等于T=0.6 s,故从t=0时刻开始,质点Q比质点N晚0.4 s回到平衡位置,故D错误。
11.ABD　解析 从题图中可知t=0时刻,x=-6 m处的点开始向上振动,当t=0.75 s时刚好第一次处于波峰,则有T=0.75 s,所以波源S1的周期为T=3 s,故A正确;从图像中可以看出两列波的波长相等,都是6 m,相等时间内两列波传播的长度之比为,由波速公式v=可得,两列波在左右两边的介质中传播的速度之比为,因为波源S1的传播速度为v1==2 m/s,所以波源S2的传播速度为v2=v1=3 m/s,当波源S2传到O点时所用时间为t1==1 s,此时波源S1传到的位置为x=(-6+v1t) m=-4 m,之后两列波的波速均为v1=2 m/s,所以相遇的位置在x=-2.0 m处,故B、D正确;两波源的波长均为6 m,由于两边的介质不同,它们的波速不同,根据公式v=λf可知,两列波的频率不同,故两列波叠加后不能形成稳定的干涉图样,故C错误。
12.D　解析 平衡位置在x轴上且x=0.2 m处的质点,离波源S1更近,故该质点先按波源S1的振动形式振动,波源S1开始沿z轴正方向振动,故该质点开始振动时也是先沿z轴正方向振动,故A错误;由于两列波的波速相等,振动周期均为0.2 s,故波长也相等,均为λ=vT=0.2×2 m=0.4 m,由于两列波的起振方向相反,故质点离两波源距离差为波长的整数倍处为振动减弱点,质点离两波源距离差为半波长的奇数倍处为振动加强点,平衡位置在x轴上且x=0.6 m处的质点,离两波源的距离差为0.6 m +0.2 m-(1.2 m-0.6 m)=0.2 m,该距离差为半波长的奇数倍,故该点为振动加强点,故B错误;结合上述,平衡位置在x轴上且x=0.5 m处的质点,离两波源的距离差为0.5 m+0.2 m-(1.2 m-0.5 m)=0,该距离差为波长的整数倍,故该点为振动减弱点,故C错误;由于MS2-MS1=0.2 m,该距离差为半波长的奇数倍,结合上述可知,该点为振动加强点,振幅为A=2×0.2 m=0.4 m,圆频率ω==10π rad/s,由于MS2>MS1,则从波源S2形成的波传到M点开始计时,又因为波源S2起振方向沿z轴负方向,则M处质点初相位φ=π,故其振动方程为z=Asin (ωt+φ)=0.4sin (10πt+π) m,故D正确。
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