上海市2011-2020年高考物理试卷专项分类汇编之7—振动和波（含答案及解析）

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上海市2011-2020年高考试卷分类汇编之7—
振动和波
（1）简谐振动
1.2013年上海卷4．做简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，可能不同的物理量是
A．位移 B．速度 C．加速度 D．回复力
答案：B
解析：做简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，位移相同，加速度相同，位移相同，可能不同的物理量是速度，选项B正确。
2.2015年上海卷17．质点运动的位移x与时间t的关系如图所示，其中做机械振动的是 （ ABC ）
解析：机械振动是指物体在某一平衡位置附近做来回运动，质点运动的位移x与时间t的关系如图所示中，ABC正确，D错误。
3.2019年上海学业卷1．以下运动中加速度保持不变的是( )
简谐振动 （B）匀速圆周运动 （C）竖直上抛运动 （D）加速直线运动
答案： C
解析：加速度保持不变即加速度的大小和方向均不变，则所受的合外力为恒力，竖直上抛运动中只受到重力作用，加速度不变；匀速圆周运动的合外力大小不变，但方向指向圆心，方向一直在改变，不是恒力；简谐振动的合外力与位移成正比，也不是恒定的；加速直线运动的加速度不一定恒定，故选项ABD错误，选项C正确。
4.2019年上海学业卷3．一个做简谐振动的弹簧振子，t=0时位于平衡位置，其机械能随时间变化的图像应为( )
答案： D
解析：简谐振动的弹簧振子，只有弹力做功，机械能守恒，故选项ABC错误，D正确。
（2）单摆
5.2013年上海卷23．如图，在半径为2.5m的光滑圆环上切下一小段圆弧，放置于竖直平面内，两端点距最低点高度差H为1cm。将小环置于圆弧端点并从静止释放，小环运动到最低点所需的最短时间为 s，在最低点处的加速度为 m/s2。(取g＝10m/s2)
答案：0.785 0.08
解析：小环运动沿圆弧的运动可类比于单摆的简谐运动，小环运动到最低点所需的最短时间为t=T/4==0.785s。由机械能守恒定律，mgH=mv2，在最低点处的速度为v=。在最低点处的加速度为a===0.08m/s2。
6.2011年上海卷5．两个相同的单摆静止于平衡位置，使摆球分别以水平初速v1、v2（v1>v2）在竖直平面内做小角度摆动，它们的频率与振幅分别为f1，f2和A1，A2，则
A．f1>f2，A1=A2 B．f1A2 D．f1=f2，A1答案：C
解析：本题考查单摆的周期公式及能量守恒定律，要求学生理解单摆在小摆幅时的周期与振幅无关。依题意小角度的摆动可视为单摆运动，由单摆的周期公式可知同一地点的重力加速度相同，摆长相同，故频率f1＝f2，与初始速度无关，而摆动的振幅与初始速度有关，根据能量守恒定律可知初速度越大，摆幅越大，A1＞A2，C对。
7.2017年上海市学业水平考试10．做简谐运动的单摆，其摆长不变，若摆球的质量增加为原来的倍，摆球经过平衡位置的速度减为原来的，则单摆振动的 （ ）
（A）周期不变，振幅不变 （B）周期不变，振幅变小
（C）周期改变，振幅不变 （D）周期改变，振幅变大
答案：B
8.2020年上海卷16．质量为m、摆长为L的单摆，拉开一定角度后在t1时刻由静止释放。在t1、t2、t3（t1＜t2＜t3）时刻，摆球的动能EK与势能EP第一次出现如图所示关系，图中E0为单摆总机械能。此单摆的周期为_________，摆球在最低点的向心加速度为_______________（取摆球在最低点时为零势能点）。
答案：4（t3－t1），2E0/Lm，
解析：从t1→t2→t3的过程中，重力势能第一次由最大值减小为零，动能由零增大到最大值，t3－t1即是从最大位移到平衡位置的时间，所以周期为T=4（t3－t1）；
摆球在最低点的动能，
所以摆球在最低点的向心加速度为
（3）振动图像
9. 2014年物理上海卷
7.质点做简谐运动，其x-t关系如图。以x轴正向为速度v的正方向，该质点的v-t关系是（ ）
【答案】B
【解析】位移时间图象切线斜率的绝对值表示质点的速度的大小，斜率的正负表示速度的方向，根据题图可知该质点在T内的速度先是反向加速再减速，接着正向加速再减速，B项正确。
（4）波的形成和传播
10.2017年上海市学业水平考试14．机械波产生和传播的条件是：①存在一个做振动的波源，②在波源周围存在_____；机械波传播的是_________和___________。
答案：介质 振动形式 能量
11.2018年上海市学业水平考试4.如图所示，手抓住绳的一端上下振动，产生沿绳传播的机械波，增大手的振动频率，该波的（ ）
（A）波速增大 （B）波长增大
（C）波速不变 （D）波长不变
答案：C
解析：绳波在同一绳中传播，波速不变，当增大手的振动频率，由知此波的波长变小，故ABD错误，C正确。
12. 2020年上海卷5．一列横波的波长为1.4m，其传播路径上某一质点从最大位移回到平衡位置的最短时间为0.14s，该波的波速为（ ）
（A）0.4m/s （B）2.5m/s （C）5m/s （D）10m/s
答案：B
解析：质点从最大位移回到平衡位置的最短时间为，则周期为T=0.56s，波长λ=1.4m，波速，选项B正确。
13. 2013年上海卷
14．一列横波沿水平绳传播，绳的一端在t=0时开始做周期为T的简谐运动，经过时间t（3T/4＜t＜T），绳上某点位于平衡位置上方的最大位移处。则在2t时，该点位于平衡位置的
A．上方，且向上运动 B．上方，且向下运动
C．下方，且向上运动 D．下方，且向下运动
答案：A
解析：由于再经过T时间，该点才能位于平衡位置上方的最大位移处，所以在2t时，该点位于平衡位置的上方，且向上运动，选项A正确。
14.2016年上海卷20.甲、乙两列横波在同一介质中分别从波源M、N两点沿x轴相向传播，波速为2m/s，振幅相同；某时刻的图像如图所示。则
（A）甲乙两波的起振方向相反
（B）甲乙两波的频率之比为3:2
（C）再经过3s，平衡位置在x=7m处的质点振动方向向下
（D）再经过3s，两波源间（不含波源）有5个质点位移为零
【答案】ABD
【解析】据题意，甲波向右传播，起振方向向下，乙波向左传播，起振方向向上，故选项A正确；据图可知甲波波长为4m，甲波周期为：，频率，乙波波长为6m，周期为：，频率为：，故选项B正确；再经过3s，甲波波谷到达x=7m处，乙波是平衡位置与波峰之间某一振动到达x=7m处，所以该质点应该向上振动，选项C错误；此时除了波源还有x=9m处、x=6-7m处、x=6m处、x=5-6m处、x=2-3m处质点位移为零，故选项D正确。
（5）波的图像
15. 2014年物理上海卷
14.一列横波沿水平放置的弹性绳向右传播，绳上两质点A、B的平衡位置相距3/4波长，B位于A右方。t时刻A位于平衡位置上方且向上运动，再经过1/4周期，B位于平衡位置 （ ）
A．上方且向上运动 B．上方且向下运动
C．下方且向上运动 D．下方且向下运动
【答案】D
【解析】B在A的右端，根据波的传播方向可知，B的振动落后A四分之三个周期，从t时刻后再经过四分之一周期，A到达最高点的下方，此时B位于平衡位置的下方且向下运动，D项正确。
16.2015年上海卷15．一简谐横波沿水平绳向右传播，波速为v，周期为T，振幅为A。绳上两质点M、N的平衡位置相距3/4波长，N位于M右方。设向上为正，在t=0时M位移为+A/2，且向上运动；经时间t（t（A）在t时刻，N恰好在波谷位置
（B）在t时刻，N位移为负，速度向上
（C）在t时刻，N位移为负，速度向下
（D）在2t时刻，N位移为-A/2，速度向下
解析：因为波向右传播，当经过时间t /2=T/6时M在波峰位置时，N点在平衡位置且向下运动，如右图虚线示。当M点由波峰向平衡位置运动过程中，N点就由平衡位置向波谷运动。所以经过时间t，M点位移为+A/2，但向下运动，而N点在平衡位置下方且向下运动，还没有到达波谷，故A、B错误，C正确；
M点经过t /2时间，从+A/2运动到波峰， 所以从+A/2向下运动到平衡位置的时间小于t/2,所以M点从平衡位置向下运动，到返回平衡位置向上运动过程中，N点就从波谷向波峰运动，经过2t后，M点在平衡位置的下方，所以N点速度方向向上，所以D错误。
17.2012年物理上海卷24．如图，简谐横波在t时刻的波形如实线所示，经过Δt=3s，其波形如虚线所示。己知图中x1与x2相距1m，波的周期为T，且2T<Δt<4T 。则可能的最小波速为____________m/s，最小周期为____________s。
答案： 5，7/9，
解析：从图中可知波长λ=7m，波可能向右传播也可能向左传播，由于2T<Δt<4T，若向右传播，传播的距离为s1=2λ+1=15m或s2=3λ+1=22m；若向左传播，传播的距离为s3=2λ+6=20m或s4=3λ+6=27m，根据知传播距离最短的波速最小，这时最小波速为：。
根据可知波速度最大时周期最小，而最大波速度，此时对应的最小周期
（6）波的干涉衍射、 多普勒效应
18.2011年上海卷
10．两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则
A．在两波相遇的区域中会产生干涉
B．在两波相遇的区域中不会产生干涉
C．a点的振动始终加强
D．a点的振动始终减弱
答案：B
解析：本题考查波的干涉图样，要求学生知道两列波产生干涉的条件。从图中可看出，波源S2的波长较大，对同一水介质来说，机械波的波速相同，根据波长、频率和波速的关系可知，两列波的频率一定不同，故两波相遇的区域不会产生干涉，A错B对。不产生稳定的干涉，就不会出现振动的始终加强或减弱，C、D均错。
19.2019年上海学业卷8．两波源Ⅰ、Ⅱ在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则以下说法正确的是( ?)
（A）?a点振动始终加强
（B）?b点振动始终加强
（C）?a、?b两点振动始终加强
（D）?a、b两点振动都不加强
答案：?D?
解析：从题图可以看出，两列波的波长不同，波在同一介质中传播的波速相同，由v=λf知两波的频率不同。只有两列波的频率相同才会发生干涉现象，所以两波相遇处不会产生干涉，振动不会加强，选项D正确；ABC错误。
20.2015年上海卷2．如图，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静
止不动。为使水波能带动叶片振动，可用的方法是 （ B ）
（A）提高波源频率
（B）降低波源频率
（C）增加波源距桥墩的距离
（D）减小波源距桥墩的距离
解析： 叶片A之所以不动，是因为水波不能绕过桥墩传过来，也就是说水波衍射不太明显，而发生明显衍射的条件是，障碍物的尺寸也波长小或差不多，所以要让叶片A动起来方法只能是减小桥墩的尺寸或增大水波的波长，水波的速度一定，减小频率会增长波长，增大频率会减小波长，故A错误，B正确；改变波源与桥墩的距离不会让衍射现象更明显，所以C、D错误。
21.2011年上海卷24．两列简谐波沿x轴相向而行，波速均为v=0.4m/s，两波源分别位于A、B处，t=0时的波形如图所示。当t=2.5s时，M点的位移为 cm，N点的位移为 cm。
答案：2，0。
解析：本题考查波的形成与传播、波的叠加。由图可看出波源A的波长为λA＝0.2m，波源B的波长为λB＝0.4m，在0~2.5s时间内两列波分别向左和向右传播的距离均为△x＝v△t＝1m。如图所示，将两列波向左和向右分别平移△x＝1m的距离，得到t＝2.5s时刻的两列波形图，显然此时波A使M质点处于平衡位置向上振动，而波B使M质点处于波谷位置，故M质点的位移叠加后为2cm。波A使N质点处于平衡位置向下振动，而波B使N质点处于平衡位置向下振动，故N质点的位移叠加后为0cm。
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