2012年高考复习专题——机械振动与机械波（二）

机械振动与机械波（二）
【疑难应用】
例1.（2011年高考·上海卷）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和A1=A2 B．f1A2 D．f1=f2和A1解析：答案C
依题意小角度的摆动可视为单摆运动，由单摆的周期公式T＝2π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。
例2．（2011年高考·上海卷）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
解析：答案B
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。
例3.（2011年高考·海南理综卷）一列简谐横波在t=0时的波形图如图所示。介质中x=2m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y=10sin（5πt）cm。关于这列简谐波，下列说法正确的是______。
A．周期为4.0s B．振幅为20cm
C．传播方向沿x轴正向 D．传播速度为10m/s
解析：答案CD
周期为：，由波的图像得：振幅、波长，故波速为，p点在t=0时振动方向为正y方向，波向正x方向传播。
例4．（2011年高考·北京理综卷）介质中有一列简谐机械波传播，对于其中某个振动质点（ ）
A．它的振动速度等于波的传播速度 B．它的振动方向一定垂直于波的传播方向
C．它在一个周期内走过的路程等于一个波长 D．它的振动频率等于波源的振动频率
解析：答案D
介质中某个振动质点做简谐运动，其速度按正弦（或余弦）规律变化，而在同一介质中波的传播速度是不变的，振动速度和波的传播速度是两个不同的速度，A错误；在横波中振动方向和波的传播方向垂直，在纵波中振动方向和波的传播方向在一条直线上，B错误；振动质点在一个周期内走过的路程为4个振幅，C错误；波在传播的过程中，频率不变为波源的频率，D正确。
例5．（2010年 安徽）一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如图所示。P为介质中的一个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度v和加速度a的大小变化情况是
A．v变小，a变大 B．v变小，a变小
C．v变大，a变大 D．v变大，a变小
解析：答案
例6．（2010年 北京）一列横波沿轴正向传播，ａ，ｂ，ｃ，ｄ为介质中的沿波传播方向上四个质点的平衡位置。某时刻的波形如图１所示，此后，若经过３／４周期开始计时，则图２描述的是
Ａ．ａ处质点的振动图像 Ｂ．ｂ处质点的振动图像
Ｃ．ｃ处质点的振动图像　 Ｄ．ｄ处质点的振动图像
解析：答案
例7.（2010年 福建）一列简谐横波在t=0时刻的波形如图中的实线所示，t=0．02s时刻的波形如图中虚线所示。若该波的周期T大于0．02s，则该波的传播速度可能是
A．2m/s B．3m/s C．4m/s D．5m/s
解析：答案B
（1）设波向右传播，则在0时刻处的质点往上振动，
设经历时间时质点运动到波峰的位置，则，即。
当时，，符合要求，此时；
当时，，不符合要求。
（2）设波向左传播，则在0时刻处的质点往下振动，
设经历时间时质点运动到波峰的位置，则，即。
当时，，符合要求，此时；
当时，，不符合要求。
综上所述，只有B选项正确。
例8.（2010年 海南）模块3—4试题（2）（6分）右图为某一报告厅主席台的平面图，AB是讲台，S1、S2是与讲台上话筒等高的喇叭，它们之间的相互位置和尺寸如图所示。报告者的声音放大后经嗽叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫，为了避免啸叫，话筒最好摆放在讲台上适当的位置，在这些位置上两个嗽叭传来的声音因干涉而相消。已知空气中声速为340m/s。若报告人声音的频率为136Hz，问讲台上这样的位置有多少个？
解析：
②
式中k为实数，当k=0，2，4，…时，从两个喇叭来的声波因干涉而加强；
当k=1，3，5，…时，从两个喇叭来的声波因干涉而相消，
由此可知，是干涉加强点；对于B点，
③
所以，B点也是干涉加强点，因而、B之间有2个干涉相消点，由对称性可知，AB上有4个干涉相消点。
例9．（2009年福建卷）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=1 m处的质点，Q是平衡位置为x=4 m处的质点，图乙为质点Q的振动图象，则
A.t=0.15s时，质点Q的加速度达到正向最大
B.t=0.15s时，质点P的运动方向沿y轴负方向
C.从t=0.10s到t=0.25s，该波沿x轴正方向传播了6 m
D.从t=0.10s到t=0.25s，质点P通过的路程为30 cm
答案：AB
解析：由y-t图像知，周期T=0.2s，且在t=0.1sQ点在平衡位置沿y负方向运动，可以推断波没x负方向传播，所以C错；
从t=0.10s到t=0.15s时，Δt=0.05s=T/4，质点Q从图甲所示的位置振动T/4到达负最大位移处，又加速度方向与位移方向相反，大小与位移的大小成正比，所以此时Q的加速度达到正向最大，而P点从图甲所示位置运动T/4时正在由正最大位移处向平衡位置运动的途中，速度沿y轴负方向，所以A、B都对；
振动的质点在t=1T内，质点运动的路程为4A；t=T/2，质点运动的路程为2A；但t=T/4，质点运动的路程不一定是1A；t=3T/4，质点运动的路程也不一定是3A。本题中从t=0.10s到t=0.25s内，Δt=0.15s=3T/4，P点的起始位置既不是平衡位置，又不是最大位移处，所以在3T/4时间内的路程不是30cm。
例10．（2009年浙江卷）一列波长大于1m的横波沿着轴正方向传播，处在和的两质点、的振动图像如图所示。由此可知
A．波长为m
B．波速为
C．末、两质点的位移相同
D．末点的振动速度大于点的振动速度
答案：A
解析：，由于波沿x正方向传播，所以A先振动，又由于波长大于1m，所以，所以，，A对，波速，B错；由振动图像知，在3s末，、两质点的位移不相同，C错；1s末A点速度为零，B点速度最大，D错。
例11．（2009年山东卷）（4分)（物理 ——物理3-４）（1）图1为一简谐波在t=0时，对的波形图，介质中的质点P做简谐运动的表达式为y=4sin5xl，求该波的速度，并指出t=0.3s时的波形图(至少画出一个波长)
解析：（1）由简谐运动的表达式可知，t=0时刻指点P向上运动，故波沿x轴正方向传播。由波形图读出波长，,由波速公式，联立以上两式代入数据可得。t=0.3s时的波形图如图所示。
例12．（2009年海南物理）模块3-4试题（II）（7分）有一种示波器可以同时显示两列波形。对于这两列波，显示屏上横向每格代表的时间间隔相同。利用此中示波器可以测量液体中的声速，实验装置的一部分如图1所示：管内盛满液体，音频信号发生器所产生的脉冲信号由置于液体内的发射器发出，被接受器所接受。图2为示波器的显示屏。屏上所显示的上、下两列波形分别为发射信号与接受信号。若已知发射的脉冲信号频率为，发射器与接收器的距离为，求管内液体中的声速。（已知所测声速应在1300~1600m/s之间，结果保留两位有效数字。）
解析：设脉冲信号的周期为T，从显示的波形可以看出，图2中横向每一分度（即两条长竖线间的距离）所表示的时间间隔为
其中
对比图2中上、下两列波形，可知信号在液体中从发射器传播只接受器所用的时间为
其中，
液体中的声速为
联立①②③④式，代入已知条件并考虑到所测声速应在1300～1600之间，得
评分参考：本题7分。①式2分，②式1分，③式2分，④⑤式各1分。得
的，也同样给分。
【疑难检测】
一．选择题
1．（2011年高考·四川理综卷）如图为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t=0时的波形图，当Q点在t=0时的振动状态传到P点时，则
A．1cm＜x＜3cm范围内的质点正在向y轴的负方向运动
B．Q处的质点此时的加速度沿y轴的正方向
C．Q处的质点此时正在波峰位置
D．Q处的质点此时运动到P处
2．（2011年高考·浙江理综卷）关于波动，下列说法正确的是
A．各种波均会发生偏振现象
B．用白光做单缝衍射与双缝干涉实验，均可看到彩色条纹
C．声波传播过程中，介质中质点的运动速度等于声波的传播速度
D．已知地震波的纵波速度大于横波速度，此性质可用于横波的预警
3．（2011年高考·全国大纲版理综卷）一列简谐横波沿x轴传播，波长为1.2m，振幅为A。当坐标为x=0处质元的位移为且向y轴负方向运动时．坐标为x=0.4m处质元的位移为。当坐标为x=0.2m处的质元位于平衡位置且向y轴正方向运动时，x=0.4m处质元的位移和运动方向分别为
A．、沿y轴正方向 B． ，延y轴负方向
C．、延y轴正方向 D．、延y轴负方向
4．（2011年高考·重庆理综卷）介质中坐标原点O处的波源在t=0时刻开始振动，产生的简谐波沿x轴正向传播，t0时刻传到L处，波形如图所示。下列能描述x0处质点振动的图象是
5．（2011年高考·天津理综卷）位于坐标原点处的波源A沿y轴做简谐运动。A刚好完成一次全振动时，在介质中形成简谐横波的波形如图所示。B是沿波传播方向上介质的一个质点，则
A．波源A开始振动时的运动方向沿y轴负方向。
B．此后的1/4周期内回复力对波源A一直做负功。
C．经半个周期时间质点B将向右迁移半个波长
D．在一个周期时间内A所受回复力的冲量为零
6．（2011年高考·浙江理综卷）“B超”可用于探测人体内脏的病变状况。下图是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为（式中θ1是入射角，θ2是折射角，ν1，ν2 为别是超声波在肝外和肝内的传播速度），超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同。已知ν2=0.9v1，入射点与出射点之间的距离是d，入射角为i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h为
A． B． C． D．
7.（2011年高考·全国卷新课标版）一振动周期为T，振幅为A，位于x=0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐振动，该波源产生的一维简谐横波沿x轴正向传播，波速为v，传播过程中无能量损失，一段时间后，该振动传播至某质点P，关于质点P振动的说法正确的是______。
A．振幅一定为A B．周期一定为T C．速度的最大值一定为v
D．开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离
E．若P点与波源距离s=vT，则质点P的位移与波源的相同
8.（2010年 全国1）一简谐振子沿轴振动，平衡位置在坐标原点。＝0时刻振子的位移＝-0.1m；＝　时刻＝0.1m；＝4时刻＝0.1m。该振子的振幅和周期可能为
A．0.1m， B．0.1m，8 C．0.2m，　 D．0.2m，8
9.（2010年 全国2）一简谐横波以4m/s的波速沿x轴正方向传播。已知t=0时的波形如图所示，则
A．波的周期为1s
B．x=0处的质点在t=0时向y轴负向运动
C．x=0处的质点在t= s时速度为0
D．x=0处的质点在t= s时速度值最大
10.（2010年 上海）声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物，这是因为
（A）声波是纵波，光波是横波 （B）声波振幅大，光波振幅小
（C）声波波长较长，光波波长很短 （D）声波波速较小，光波波速很大
11.（2010年 上海）如右图，一列简谐横波沿轴正方向传播，实线和虚线分别表示t1=0s , t2=0.5s(T>0.5s)时的波形，能正确反映时波形的是图（ ）
12.（2010年 上海）如图，一列沿轴正方向传播的简谐横波，振幅为，波速为，在波的传播方向上两质点的平衡位置相距（小于一个波长），当质点在波峰位置时，质点在轴下方与轴相距的位置，则
（A）此波的周期可能为
（B）此波的周期可能为
（C）从此时刻起经过，点可能在波谷位置
（D）从此时刻起经过，点可能在波峰位置
13．（2010年 四川）一列简谐横波沿直线由A向B传播，A、Ｂ相距０.45m，右图是A处质点的震动图像。当A处质点运动到波峰位置时，B处质点刚好到达平衡位置且向γ轴正方向运动，这列波的波速可能是
A．4.5/s B . 3.0m/s C . 1.5m/s D .0.7m/s
14．（2010年 天津）一列简谐横波沿x轴正向传播，传到M点时波形如图所示，再经0.6s，N点开始振动，则该波的振幅A和频率f为
A．A=1m f=5HZ
B．A=0.5m f=5HZ
C．A=1m f=2.5 HZ
D．A=0.5m f=2.5 HZ
15．（2010年 浙江）在O点有一波源，t=0时刻开始向上振动，形成向右传播的一列横波。t1=4s时，距离O点为3m的A点第一次达到波峰；t2=7s时，距离O点为4m的B点第一次达到波谷。则以下说法正确的是（　　）
A. 该横波的波长为2m
B. 该横波的周期为4s
C. 该横波的波速为1m/s
D. 距离O点为1m的质点第一次开始向上振动的时刻为6s末
16.（2010年 重庆）一列简谐波在两时刻的波形如题14图中实线和虚线所示，由图可确定这列波的
A 周期 B波速 C波长 D频率
17．（2009年全国卷Ⅰ）一列简谐横波在某一时刻的波形图如图1所示，图中P、Q两质点的横坐标分别为x=1.5m和x=4.5m。P点的振动图像如图2所示。
在下列四幅图中，Q点的振动图像可能是（ ）
18.（2009年全国卷Ⅱ）下列关于简谐振动和简谐波的说法，正确的是
A．媒质中质点振动的周期一定和相应的波的周期相等
B．媒质中质点振动的速度一定和相应的波的波速相等
C．波的传播方向一定和媒质中质点振动的方向一致
D．横波的波峰与波谷在振动方向上的距离一定是质点振幅的两倍
19.（2009年北京卷）类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效率。在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是
A．机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用
B．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播
D．机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波
20．（2009年北京卷）一简谐机械波沿x轴正方向传播，周期为T，波长为。若在x=0处质点的振动图像如右图所示，则该波在t=T/2时刻的波形曲线为（ ）
21．（2009年上海物理）做简谐振动的单摆摆长不变，若摆球质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置时速度减小为原来的1/2，则单摆振动的
A．频率、振幅都不变 B．频率、振幅都改变
C．频率不变、振幅改变 D．频率改变、振幅不变
22．（2009年天津卷）某质点做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为x＝Asin，则质点
A.第1 s末与第3 s末的位移相同 B.第1 s末与第3 s末的速度相同
C.3 s末至5 s末的位移方向都相同 D.3 s末至5 s末的速度方向都相同
23.（2009年重庆卷）同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线见图，以下说法正确的是
A．声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线。
B．声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线
C．水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线
D．空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线
24．（2009年宁夏卷）（5分）某振动系统的固有频率为fo ，在周期性驱动力的作用下做受迫振动，驱动力的频率为f 。若驱动力的振幅保持不变，下列说法正确的是_______（填入选项前的字母，有填错的不得分）
A．当f < f0时，该振动系统的振幅随f增大而减小
B．当f > f0时，该振动系统的振幅随f减小而增大
C．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f0
D．该振动系统的振动稳定后，振动的频率等于f
25.（2009年四川卷）图示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波，实线为t＝0时刻的波形图，虚线为t＝0.6 s时的波形图，波的周期T＞0.6 s，则
A.波的周期为2.4 s
B.在t＝0.9s时，P点沿y轴正方向运动
C.经过0.4s，P点经过的路程为4m
D.在t＝0.5s时，Q点到达波峰位置
二．填空题
26．（2011年高考·上海卷）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。
27．（2011年高考·山东理综卷）如图所示，一列简谐波沿x轴传播，实线为t1=0时的波形图，此时P质点向y轴负方向运动，虚线为t2=0.01s时的波形图。已知周期T >0.01s。
（1）波沿x轴________(填“正”或“负”)方向传播。（2）求波速。
28．（2009年上海物理）弹性绳沿x轴放置，左端位于坐标原点，用手握住绳的左端，当t＝0时使其开始沿y轴做振幅为8cm的简谐振动，在t＝0.25s时，绳上形成如图所示的波形，则该波的波速为___________cm/s，t＝___________时，位于x2＝45cm的质点N恰好第一次沿y轴正向通过平衡位置。
29．（2009年广东物理）（6分）图为声波干涉演示仪的原理图。两个U形管A和B套在一起，A管两侧各有一小孔。声波从左侧小孔传入管内，被分成两列频率 的波。当声波分别通过A、B传播到右侧小孔时，若两列波传播的路程相差半个波长，则此处声波的振幅 ；若传播的路程相差一个波长，则此处声波的振幅 。
30.（2009年江苏物理）（选修模块3—4）（4分）(2)在时刻，质点A开始做简谐运动，其振动图象如图乙所示。质点A振动的周期是 s；时，质点A的运动沿轴的 方向（填“正”或“负”）；质点B在波动的传播方向上与A相距16m，已知波的传播速度为2m/s，在时，质点B偏离平衡位置的位移是 cm。
三．计算题
31．（2011年高考·江苏理综卷）将一劲度系数为k的轻质弹簧竖直悬挂，下端系上质量为m的物块。将物块向下拉离平衡位置后松开，物块上下做简谐运动，其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期。请由单摆周期公式推算出物块做简谐运动的周期T。
32．（2010年 山东）渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位。已知某超声波频率为1.0×105Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图所示。①从该时刻开始计时，划出处质点做简谐运动的振动图象（至少一个周期）。②现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4s，求鱼群与渔船间的距离（忽略船和鱼群的运动）。
33.(2010年 新课标) (10分)波源S1和S2振动方向相同，频率均为4Hz，分别置于均匀介质中轴上的两点处，，如图所示。两波源产生的简谐横波沿轴相向传播，波速为。己知两波源振动的初始相位相同。求：
()简谐横波的波长：
()间合振动振幅最小的点的位置。
【试题答案】
一．选择题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
答案 B BD C C ABD D AE A AB C D ACD
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
A D BC C BC AD D A C AD A BD D
二．填空题
26. 解析：答案 2；0
27.解析：（1）正 （2）100m/s
（1）t1=0时，P质点向y轴负方向运动，由波的形成与传播知识可以判断波沿x轴正向传播。
（2）由题意知 ，，联立并代入数据求得。
28．解析：答案：20，2.75
由图可知，这列简谐波的波长为20cm，周期T=0.25s×4=1s，所以该波的波速；从t=0时刻开始到N质点开始振动需要时间,在振动到沿y轴正向通过平衡位置需要再经过，所以当t=（2.25+0.5）s=2.75s，质点N恰好第一次沿y轴正向通过平衡位置。
29．解析：答案：相等，等于零，等于原振幅的二倍。
（2）声波从左侧小孔传入管内向上向下分别形成两列频率相同的波，若两列波传播的路程相差半个波长，则振动相消，所以此处振幅为零，若传播的路程相差一个波长，振动加强，则此处声波的振幅为原振幅的二倍。
30．解析：答案：B.（2）4 正 10
（2）振动图象和波形图比较容易混淆，而导致出错，在读图是一定要注意横纵坐标的物理意义，以避免出错。题图为波的振动图象，图象可知周期为4s，波源的起振方向与波头的振动方向相同且向上，t=6s时质点在平衡位置向下振动，故8s时质点在平衡位置向上振动；波传播到B点，需要时间s=8s，故时，质点又振动了1s(个周期)，处于正向最大位移处，位移为10cm.。
三．计算题
31.解析：单摆周期公式，且，解得。
32．解析：（1）①如图所示。
②由波形图读出波长
由波公式得
①
鱼群与渔船的距离为
②
联立①②式，代入数据得
③
33.解析：（ⅰ）设简谐横波波长为，频率为，波速为，则 ①
代入已知数据得 ②
（ⅱ）以为坐标原点，设P为OA间的任意一点，其坐标为x，则两波源到P点的波程差为 ③
其中x、以m为单位。
合振动振幅最小的点的位置满足为整数 ④
联立③④式，得 ⑤
a
S1
S2
图1
y/cm
x/cm
O
P
Q
1
3
5
2
-2
y
x
0.2
0.4
0
0.6
0.8
y
x
O
x0
L
y
t
O
t0
y
t
O
t0
y
t
O
t0
y
t
O
t0
B．
A．
D．
C．
x
O
B
y
A
v
i
i
h
肝脏
肿瘤
d
A
-A
4
8
t/s
x
1
2
3
5
6
7
O
y/cm
v
v
x/m
O
0.5
1.0
M
N
A
B
-2.0
2.0
y
x/m
O
A
-A
P
1
2
3
4
5
6
7
8
9