2022届高考物理一轮复习-单元质检七-机械振动和机械波新人教版.docx

2022届高考物理一轮复习 单元质检七 机械振动和机械波新人教版

2022届高考物理一轮复习 单元质检七 机械振动和机械波新人教版

年级：
姓名：

- 11 -

单元质检七　机械振动和机械波
(时间:45分钟　满分:100分)
一、单项选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)

1.(2020北京十一中高三三模)2019年6月17日,四川省长宁县发生地震,成都提前61秒收到预警,成都高新减灾研究所通过社区喇叭、手机短信、电视等途径向社区居民发布预警信息,如图所示是播放的倒计时画面。已知:地震发生时主要发出纵波和横波,纵波振动方向与波传播方向一致,而横波振动方向与波传播方向垂直,纵波传播速度约为8 km/s,横波传播速度约为4 km/s,一般来说纵波的振幅比横波小。根据以上信息,下列说法正确的是(　　)
A.一般来说,纵波造成的危害比横波大
B.在震源中心地区的人们先感受到上下震动,过一小会儿再感受到水平晃动
C.根据以上信息可以推断长宁县距离成都市不足200 km
D.该新闻说明人类已经掌握在地震发生前提前“预测地震”的技术了
2.(2020河北保定高三开学考试)我们生活中的物理现象随处可见,下列物理现象分别属于波的(　　)
(1)闻其声而不见其人;
(2)在春天里一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝;
(3)当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高。
A.反射、衍射、多普勒效应
B.折射、衍射、干涉
C.反射、折射、多普勒效应
D.衍射、反射、多普勒效应

3.如图所示为某时刻的两列简谐横波在同一介质中沿相同方向传播的波形图,M为a波与b波的交点,且a波上的M质点正在向上运动,则下列说法不正确的是(　　)
A.两列波具有相同的波速
B.此时b波上的质点M正在向下运动
C.两列波相遇时可能会产生稳定的干涉现象
D.在a波振源完成6次全振动的时间内b波振源可完成4次全振动
4.某物理兴趣小组设计制作出一种结构简单的横波演示仪,如图所示为选定的两个小钢球。现对最左端的小钢球施加一个垂直于竖直面方向的轻微扰动,小钢球在轻细线和弹性软绳的共同作用下开始在垂直于竖直面的方向上做简谐运动。现俯视观察,测出这列波的周期为0.8 s。在规定y轴正方向后,发现在t=0时刻小钢球a位于正向最大位移处,小钢球b位于平衡位置且向y轴负方向运动。已知a、b两球平衡位置之间的距离小于一个波长。则在t=0.2 s时刻的波形图为(　　)

5.(2020山东济南月考)B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波,遇到人体组织会产生不同程度的反射,探头接收到的超声波信号由计算机处理,从而形成B超图像。如图所示为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像,t=0时刻波恰好传到质点M,已知此超声波的频率为1×107 Hz,下列说法正确的是(　　)
A.血管探头发出的超声波在血管中的传播速度为1.4×103 m/s
B.质点M开始振动的方向沿y轴正方向
C.0~1.25×10-7 s内质点M的路程为0.175 mm
D.t=1.25×10-7 s时质点M运动到横坐标x=35×10-2 mm处
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
6.(2020浙江高三月考)如图所示,下列关于机械振动和机械波的说法正确的是(　　)

A.图甲:粗糙斜面上的金属球在弹簧的作用下运动,该运动是简谐运动
B.图乙:单摆的摆长为L,摆球的质量为m、位移为x,此时回复力为F=-mgLx(摆角较小)
C.图丙:实线为t1=0时刻的波形图,虚线为t2=0.25 s时刻的波形图,该波的周期大于0.25 s,若这列波沿x轴向右传播,则波速为2 m/s
D.图丁:如图所示为两列振幅均为1 cm的相干水波某时刻的波峰和波谷位置(实线表示波峰,虚线表示波谷),图示时刻A、B两点的竖直高度差为2 cm

7.一水平长绳上系着一个弹簧和小球组成的振动系统,小球振动的固有频率为2 Hz,现在长绳两端的振源P、Q同时开始以相同振幅A上下振动了一段时间,某时刻两振源在长绳上形成的波形如图所示,两列波先后间隔一段时间经过弹簧振子所在位置,观察到小球先后出现了两次振动,小球第一次振动时起振方向向上,且振动并不显著,而小球第二次则产生了较强烈的振动,则(　　)
A.由Q振源产生的波先到达振动系统
B.Q振源离振动系统较远
C.由Q振源产生的波的波速较接近4 m/s
D.两列波不会形成稳定的干涉图样

8.一根长而软的弹簧水平放于光滑平面上,其上有A、B两点,相距14 m,如图所示。一列简谐纵波沿此弹簧向右传播,若A点的位移达到向右最大时,B点恰好在平衡位置,且向左运动,经过1 s后(周期T>1 s),A点位于平衡位置,且向左运动,而B点的位移向左达到最大,则此简谐纵波的波速可能等于(　　)

A.143 m/s B.6 m/s
C.2 m/s D.14 m/s
三、实验题(本题共2小题,共20分)

9.(10分)(2020福建莆田月考)用如图所示的实验装置做“用单摆测量重力加速度”的实验。
(1)组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下,用刻度尺测出摆线长为l,用游标卡尺测量摆球直径为d。则单摆摆长为　　　　　(用字母l、d表示)。再用秒表记录单摆n次全振动所用的时间为t,用上述测得的物理量符号写出重力加速度的表达式g=　　　　　。 
(2)为了提高实验精确度,下列说法正确的是　　　　　(选填字母代号)。 
A.用塑料球做摆球
B.当摆球经过平衡位置时开始计时
C.把摆球从平衡位置拉开一个很大的角度后释放
D.测量一次全振动的周期,根据公式计算重力加速度g
(3)下列选项中会导致测量的重力加速度g值偏小的是　　　　　(选填字母代号)。 
A.把悬点到摆球下端的长度记为摆长
B.当小球摆到最高点时开始计时
C.实验中误将摆球经过平衡位置49次数为50次
D.摆线上端未牢固地系于悬点,在振动过程中出现松动,使摆线长度增加了
10.(10分)甲、乙两个学习小组分别利用单摆测当地重力加速度。
(1)甲组同学采用如图所示的实验装置。由于没有游标卡尺,无法测小球的直径d,实验中将悬点到小球最低点的距离作为摆长L,测得多组周期T和L的数据,作出L-T2图像,如图所示。

①实验得到的L-T2图线是　　　　　; 
②小球的直径是　　　　　 cm。 

(2)乙组同学在图示装置的基础上再增加一个速度传感器,将摆球拉开一个小角度使其做简谐运动,速度传感器记录了摆球在摆动过程中速度随时间变化的关系,如图所示。
①该单摆的周期T=　　　　　s; 
②改变摆线长度L后,多次测量,根据实验数据,利用计算机作出T2-L图线(L为摆线长),并根据图线拟合得到方程T2=4.04L+0.024(s2)。由此可以得出当地的重力加速度g=　　　　　 m/s2。(取π2=9.86,结果保留3位有效数字) 
四、计算题(本题共2小题,共32分)
11.(14分)一质点A做简谐运动,某时刻开始计时,其位移和时间的关系如图甲所示。由于A质点振动形成的简谐横波沿x轴正方向传播,在波的传播方向所在的直线上有一质点B,它距A的距离为0.5 m,如图乙所示。在波动过程中,开始计时时B质点正经过平衡位置向上运动,求:

(1)t=0.75×10-2 s时质点A相对平衡的位置的位移大小;
(2)在t=0到t=9×10-2 s时间内,质点A通过的路程;
(3)该简谐横波传播的速度大小。

12.(18分)如图甲所示,在某均匀介质的xOy平面内有两完全相同的波源S1和S2,波源S1的坐标为(0,0.15 m),其振动图像如图乙所示;波源S2的坐标为(0,-0.15 m),其振动图像如图丙所示。在x=0.4 m处有一平行于y轴的直线,与x轴交于N点,直线上M点的坐标为(0.4 m,0.15 m)。两波源发出的波的波长均为0.2 m,求:

(1)两波源发出的波传播到M点的时间;
(2)t=214 s时,质点M的位移。

参考答案

单元质检七　机械振动和机械波
1.B　地震波分为纵波和横波,纵波传播快,破坏性弱,横波传播慢,破坏性强,故A错误;地震波从深处传到地表,纵波传播速度快,在震源中心地区的人们先感受到上下晃动,故B正确;s=vt=4km/s×61s=244km,故C错误;监测到地震时地震已经发生,不能说明人类已经掌握在地震发生前提前“预测地震”的技术,故D错误。
2.D　“闻其声而不见其人”,听到声音,却看不见人,这是声音的衍射;春天里在一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝,是由于声音在云层间来回传播,这是声音的反射;当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高,音调变高就是频率变高,这是多普勒效应现象;故D正确。
3.C　两列简谐横波在同一介质中传播,故具有相同的波速,A正确;a波上的M质点正在向上运动,则波向x轴正方向传播,故b波上的质点M正在向下运动,B正确;由题图知,a、b波的波长之比为2∶3,故周期比为2∶3,两列波相遇时不会产生稳定的干涉现象,C错误;由题图知,a、b波的波长之比为2∶3,故周期比为2∶3,在a波振源完成6次全振动的时间内b波振源可完成4次全振动,D正确。
4.A　由题意可知,在t=0时刻小钢球a位于正向最大位移处,小钢球b位于平衡位置且向y轴负方向运动,经过0.2s即四分之一个周期,小钢球a运动到平衡位置,小钢球b运动到y轴负方向最大位移处即波谷位置,且a、b两球平衡位置之间的距离小于一个波长,故选A。
5.A　由题图可知,超声波的波长为λ=1.4×10-4m,故其传播速度为v=λT=λf=1.4×103m/s,故A正确;由题图可知,质点M开始振动的方向为y轴负方向,故B错误;由题图可知,该波的振幅为A=0.4mm,周期为T=10-7s,1.25×10-7s为54T,故质点M的运动路程为5A=2mm,故C错误;质点只会在平衡位置上下振动,不会随波平移,故D错误。
6.BC　粗糙斜面上的金属球在运动过程中,要不断克服摩擦力做功,系统的机械能减小,金属球最终静止,所以该运动不是简谐运动,故A错误;单摆模型中摆球的回复力等于重力沿运动方向上的分力,即有F=mgsinθ,因为θ较小,故有sinθ=xl,考虑到回复力的方向与位移x的方向相反,所以有F=-mglx,故B正确;若波向右传播,传播的距离为Δx=0.5m,波速为v=ΔxΔt=0.50.25m/s=2m/s,C正确;实线表示波峰,虚线表示波谷,则A、D是波峰与波峰相遇,B点是波谷与波谷相遇,它们均属于振动加强区,A点是波峰与波峰相遇,则A点相对平衡位置高2cm,而B点是波谷与波谷相遇,则B点相对平衡低2cm,所以A、B相差4cm,故D错误。
7.BCD　由题意知P振源起振方向向上,Q振源起振方向向下,由于小球第一次振动时起振方向向上,故先经过弹簧振子所在位置的是P波,故A错误;s=vt,由于两列波在同一介质中传播,波速相等,Q波后到达弹簧振子所在位置,故Q振源离振动系统较远,故B正确;Q晚到达弹簧振子所在位置,且小球产生了较强烈的振动,即共振,故Q的振动频率接近2Hz,则周期接近0.5s,波速v=λT=20.5m/s=4m/s,故C正确;由于两列波的频率不同,不会形成稳定的干涉图样,故D正确。
8.AC　根据题意得n+34λ=14m,n=0,1,2…
解得λ1=563m,λ2=8m,λ3=5611m,λ4=5615m,λ5=5619m…
周期T>1s,则m+14T=1s,m=0,解得周期T=4s,根据v=λT得v1=563÷4m/s=143m/s,v2=8÷4m/s=2m/s,v3=5611÷4m/s=1411m/s,v4=5615÷4m/s=1415m/s,v5=5619÷4m/s=1419m/s…,故选A、C。
9.答案(1)l+d2　4n2π2(l+d2)t2　(2)B　(3)D
解析(1)单摆摆长为摆线的长度加摆球的半径,故单摆摆长为L=l+d2,由题意知,单摆n次全振动所用的时间为t,故单摆的周期为T=tn,由单摆周期公式T=2πLg,得重力加速度的表达式g=4π2LT2=4π2(l+d2)tn2=4n2π2(l+d2)t2。
(2)为了提高实验精确度,小球应选用密度比较大的,故A错误;为了提高实验精确度,需要当摆球经过平衡位置时开始计时,故B正确;用单摆测重力加速度的实验中,只有在一个比较小的角度下摆动才可以看成简谐运动,才可以用单摆的周期公式进行计算,所以实验时应当把摆球从平衡位置拉开一个较小的角度后释放,故C错误;在测量单摆的周期时,只测量一次全振动的时间误差太大,应当用统计规律去测量其周期,再根据公式计算重力加速度g,故D错误。
(3)由单摆周期公式T=2πLg可知g=4π2LT2,如果把悬点到摆球下端的长度记为摆长,将增大L,测得的重力加速度值偏大,故A错误;如果以小球摆到最高点时开始计时,将会导致时间的测量误差过大,但不能确定周期是偏大还是偏小,故无法确定重力加速度值是偏大还是偏小,故B错误;实验中误将摆球经过平衡位置49次数为50次,会使得周期T偏小,从而得到的重力加速度值偏大,故C错误;实验中摆线上端未牢固地系于悬点,在振动过程中出现松动,使摆线长度增加了,可知摆长的测量值偏小,使测得的重力加速度值偏小,故D正确。
10.答案(1)①c　②1.2　(2)①2.0　②9.76
解析(1)单摆的周期T=2πL-d2g
所以L=g4π2T2+d2
则L-T2图像为直线,其斜率k=g4π2
纵截距b=d2>0
所以图像为c,由图像可知b=d2=0.6cm,得d=1.2cm。
(2)根据题图知,单摆的周期T=2.0s
根据T=2πL+d2g
得T2=4π2gL+2π2dg
对比图线方程,可知图线的斜率k=4π2g,解得g=9.76m/s2。
11.答案(1)2 cm　(2)36 cm
(3)1004n+3 m/s (n=0,1,2,3…)
解析(1)由题图可知A=2cm
T=2×10-2s
当t=0.75×10-2s时,质点A相对平衡位置的位移大小为2cm。
(2)在t=0至t=9.0×10-2s时间内有4.5个周期,质点的路程为s=18A=36cm
(3)开始计时时B质点正经过平衡位置向上运动,这时A点在波谷的位置。则A、B间有n个完整的波长加上34个波长,再由v=λT,即可求出波速。
即λn+34=0.5m
得λ=24n+3m
所以v=λT=1004n+3m/s(n=0,1,2,3…)。
12.答案(1)4 s　5 s　(2)-102 cm
解析(1)两列波的波速v=λT=0.1m/s
S1传到M点所用的时间t1=S1Mv=4s
S2传到M点所用的时间t2=S2Mv=5s
(2)t=214s时,波源S1发出的波引起M点振动的时间Δt1=t-t1=54s
t=214s时,波源S1发出的波引起M点振动的位移x1=-52cm
t=214s时,波源S2发出的波引起M点振动的时间Δt2=t-t2=14s
t=214s时,波源S2发出的波引起M点振动的位移x2=-52cm
t=214s时,质点M的位移x=x1+x2=-102cm