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高考物理知识点

13.机械振动与机械波

绩优堂高考知识点13.机械振动与机械波包括机械振动的基本概念与规律,机械波的形成与传播,机械振动、机械波综合问题,波的干涉和衍射、多普勒效应等

考点

机械振动的基本概念与规律机械波的形成与传播机械振动、机械波综合问题波的干涉和衍射、多普勒效应

共计79道相关试题精选知识点题

【正确答案】
(1)CD(4分,选对1个给2分,选错1个扣2分,最低得0分)

(2)解:(i)设下潜深度为  时,从标记  发出到人眼的光线在水面的人射角为  ,折射角为  ,光路图如图所示(未按比例画),则有

    ①

    ②

由折射定律得水的折射率为

   ③

联立①②③式,并代入数据得

    ④

(ii)当恰好能看见船尾  时,船尾发出到人眼光线的折射角等于全反射临界角,设为  ,则

    ⑤

由几何关系得

   ⑥

由④⑤⑥式及题给条件得

   ⑦

评分参考:本题共8分.第(i)问5分,①②式各1分,③式2分,④式

1分;第(ii)问3分,⑤⑥⑦式各1分.

【命题立意】

(1)本题考查机械波的传播和质点的振动问题.(2)本题考查光的传播以及折射率的求解.

【解题思路】

(1)由  点振动方程可求周期  ,A错误;由图可知振幅为  ,B错误;由  点振动方程可知,  点下一个时刻位移为正,即向  轴正方向运动,在根据波形图,可以判断波沿  轴正向传播,C正确;波速  ,所以D正确.

【举一反三】

(2)“光的直线传播、光的折射”是光学中的基础知识,其中光的折射也是高考中的热点.学好这部分知识,一是要抓规律、方法;二要抓正确的光学作图法.

【知识拓展】

(1)振动图象描述了介质中个别质点的振动全过程,而波动图象描述的是一系列介质质点在同一时刻的振动状态,解答振动与波的关系问题,要深刻认识振动图象与波动图象的联系,弄清两种图象的物理意义以及它们的区别.

①  清振动图象与波动图象.只要看清横坐标即可,横坐标为  即为波动图象,横坐标为  则为振动图象.

②看清横、纵坐标的单位.尤其要注意单位前的数量级.

③找准波动图象对应的时刻.

④找准振动图象对应的质点.

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
(1)< (3分)<(2分)

(2)(10分)

解:(i)光路图如图所示,图中 点为光线在 边发生反射的入射点.

设光线在 点的入射角为 、折射角为 ,在  点的入射角为 、折射角依题意也为  ,有

    ①

由折射定律有

   ②

  ③

由②③式得

  ④

为过 点的法线, 为直角,  //  .由几何关系有

  ⑤

由反射定律可知

  ⑥

联立④⑤⑥式得

  ⑦

由几何关系得

   ⑧

联立①②⑧式得

  ⑨

(ii)设在 点的入射角为 ,由几何关系得

  ⑩

此三棱镜的全反射临界角满足

    ?

由⑨⑩?式得

   ?

此光线在  点发生全反射,三棱镜的 边没有光线透出.

【命题立意】

(1)本题考查禅簧振子的简谐运动.难度较小.(2)本题考查光的折射定律.难度较小.

【解题思路】

(1)  脱开后与  分离,振子的总机械能减小,则振幅减小,即  ;振子的质量减小,周期减小,即

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
(l)ACD   (6分)

(2)(9分)

解:(i)设光线在端面  上 点(如图)的入射角为  折射角为 ,由折射定律有

    ①

设该光线射向玻璃丝内壁  点的入射角为  为了使该光线可在此光导纤维中传播,应有    ②

式中,  是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角,它满足

    ③

由几何关系得

   ④

由①②③④式得

  ⑤

(ii)光在玻璃丝中传播速度的大小为

  ⑥

光速在玻璃丝轴线方向的分量为

   ⑦

光线从玻璃丝端面 传播到其另一端面所需时间为

   ⑧

光线在玻璃丝中传播,在刚好发生全反射时,光线从端面 传播到其另一端面所需的时间最长,由②③⑥⑦⑧式得

【命题立意】

(l)本题考查的是机械振动与机械波规律的应用.难度中等.(2)本题考查的是光的折射与全反射.难度中等.

【解题思路】

(l)质点  和质点  之间的距离  ,由  知,  时波传播的距离为 ,恰好传播到质点 处,选项A正确;由 得,此列波的周期 ,各质点开始振动方向均竖直向下,周期都是  ,选项C正确;波由质点 传到质点  需要  ,经  s)质点 运动到最低点、再经   )质点 又回到平衡位置、再经 )质点 运动到最高点,选项B错误,选项D正确;波长为  ,质点  间的距离为 ,故质点 可能与质点 的运动方向相同,选项E错误.故本题答案为ACD.

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
  • A.在干涉现象中,振动加强点的位移总比减弱点的位移要大
  • B.单摆在周期性外力作用下做受迫振动,其振动周期与单摆的摆长无关
  • C.变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场
  • D.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
  • E.地面附近有一高速水平飞过的火箭,地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的要短一些
【正确答案】
BCE
【答案详解】

干涉现象中,振动加强点的位移时刻发生变化,某一瞬间可能为 ,所以A错误。受迫振动的周期与驱动力的周期相等,与单摆摆长无关,B正确。由麦克斯韦电磁场理论知,C正确。镜头前加偏振片,是为了消除玻璃的反射光,D错误。由狭义相对论尺缩原理 可知高速飞行的火箭长度变短,E正确。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
  • A.一单摆做简谐运动,摆球相继两次通过同一位置时的速度必相同
  • B.机械波和电磁波本质上不相同,但它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
  • C.横波在传播过程中,相邻的波峰通过同一质点所用的时间为一个周期
  • D.变化的电场一定产生变化的磁场;变化的磁场一定产生变化的电场
  • E.相对论认为:真空中的光速大小在不同惯性参考系中都是相同的
  • F.如果测量到来自遥远星球上某些元素发出的光波波长比地球上这些元素静止时发光的波长长,这说明该星球正在远离我们而去
【正确答案】
BCE
【答案详解】

 因速度是矢量具有方向性,经过同一位置时速度大小相同而方向不一定相同,A错。反射、折射、干涉和衍射现象是波的特性,B正确。波动周期等于质点的振动周期,C正确。均匀变化的电场产生恒定的磁场,D错。由相对论可知E正确。在强引力场中时间变慢,光的频率变小,波长变长,不能说明星球正远离我们,所以F错。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
  • A.摆钟偏快时可缩短摆长进行校准
  • B.火车鸣笛向我们驶来时,我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高
  • C.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
  • D.地面附近有一高速水平飞过的火箭,地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的短一些
  • E.光从水中射入玻璃中,发现光线偏向法线,则光在玻璃中的传播速度一定小于在水中的传播速度
【正确答案】
BDE
【答案详解】

据单摆周期公式 可知,摆钟偏快即周期偏小时,应增大摆长进行校准,故A错。据多普勒效应可知,当火车鸣笛靠近我们时,听到的笛声频率将比声源发声的频率高,故B对。拍摄玻璃橱窗内的物品时,在镜头前加装偏振片是为了减少反射光的影响,故C错。据长度的相对性可知,D对。光从水中射入玻璃,发现光偏向法线,可知光由光疏介质射向光密介质,折射率增大,传播速度变小,故E对。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
  • A.做简谐运动的物体,其振动能量与振幅无关
  • B.全息照相的拍摄利用了光的干涉原理
  • C.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,与光源和观察者的运动无关
  • D.医学上用激光做“光刀”来进行手术,主要是利用了激光的亮度高、能量大的特点
  • E.机械波和电磁波都可以在真空中传播
【正确答案】
BCD
【答案详解】

做简谐运动的物体的振幅由振动能量决定,所以A项错。全息照相利用了光的干涉原理,B项正确。根据爱因斯坦狭义相对论的光速不变原理,可知C项正确。因为激光具有亮度高,能量大的特点,医学上用其做“光刀”来进行手术,所以D项正确。因为机械波传播时需要介质,所以它不能在真空中传播,E项错误。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
  • A.光导纤维有很多的用途,它由内芯和外套两层组成,外套的折射率比内芯的要大
  • B.做简谐运动的物体,当物体的位移为负值时,速度一定为正值,加速度一定为正值
  • C.在狭义相对论中,真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,与光源、观察者间的相对运动没有关系
  • D.在无线电波的接收中,使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐
【正确答案】
CD
【答案详解】

 光导纤维利用的是全反射现象,内芯的折射率比外套的大,A项错误。做简谐运动的物体的位移与加速度方向一定相反,但与速度方向可能相同,也可能相反,B错误。C项为狭义相对论中的光速不变原理,所以C正确。在无线电波中有发射和接收两部分,发射中有调制,接收中有调谐,所以D项正确。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
  • A.当波从一种介质进入另一种介质时,频率不会发生变化
  • B.光波从空气进入水中后,更容易发生衍射
  • C.波源沿直线匀速靠近一静止接收者,则接收者接收到波信号的频率会比波源频率低
  • D.不论机械波、电磁波,都满足 ,式中三参量依次为波速、波长、频率
  • E.电磁波具有偏振现象
【正确答案】
ADE
【答案详解】

由波的性质可知,A正确;光波从空气进入水中,波速变小,波长变短,故不容易发生衍射,B错;由多普勒效应可判断,波源靠近静止的接收者的过程中,接收者接收到波信号的频率会比波源频率高,则C错误;波速的计算公式  (  波速, 波长, 频率)对机械波和电磁波通用,则D正确;光波具有偏振现象,光波是电磁波,则E正确。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
答案  见解析
【答案详解】

解析    由题意

(1)若波由 传至 ,则

解得

(2)若波由 传至 ,则

解得

波速

(3)若波由 传至 ,则

时刻开始,每经过半个周期, 间只有一个质点的位移等于振幅,即  

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
答案     波谷
【答案详解】

解析    由图可知 ,又 ,则波速 ,由 ,得 ,波沿 轴正方向传播, 处的质点处在平衡位置且向下振动,所以 时该质点振动到了波谷。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
答案    
【答案详解】

解析    物体 放上之后静止时:设弹簧的压缩量为 ,

对物体 ,有:                                                (1分)

解得:                                                     (1分)

当物体 从静止向下压缩弹簧 后释放,物体 就以原来的静止位置为中心上下做简谐运动,

振幅                                                    (1分)

当物体 运动到最低点时,

对物体 ,有:                                     (2分)

解得:                                                     (1分)

当物体 运动到最低点时,设地面对框架 的支持力大小为

对框架 ,有:                                  (2分)

解得:

由牛顿第三定律知,框架 对地面的压力大小为                      (1分)

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
  • A.质点做简谐运动的振幅为
  • B.质点做简谐运动的周期为
  • C.在 时质点的速度最大
  • D.在 时质点的位移最大
【正确答案】
C
【答案详解】

可知, 时, ,说明质点在平衡位置,此时质点的速度最大、位移为 ,所以只有C项正确。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
  • A.当 质点 速度沿 轴负方向
  • B.质点 在这段时间内沿 轴正方向移动了
  • C.质点 在这段时间内通过的路程为
  • D.当 时,质点 的位移相同
【正确答案】
D
【答案详解】

由题意知波是沿 轴正方向传播的,则每个质点的振动状态都落后于其左侧相邻质点的振动,即其左侧相邻质点此时的位置即为该质点下一时刻即将到达的位置,因 时,质点 左侧相邻质点处于 质点上方,故质点 此时必向上振动,A错误。波动的过程是振动状态向前传播的过程,介质中的质点只是在各自的平衡位置上下做简谐运动,并不随波向前传播,B错误。由于 时波前位于质点 右侧半个波长处,可知质点 已经振动了半个周期,则其通过的路程为 ,故C错误。因在 时间内波向前传播了 波长的距离,可知波的周期 ,当 时,波向前传播 个波长的距离,即此时每个质点的位移与其左侧相距 处的质点在 时的位移相同,由图知质点 左侧 处两质点在 时恰好位于同一波谷左右两侧对称位置上,位移相等,故 两质点的位移也必相等,D正确。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
  • A.当 质点处在波峰时, 质点恰在波谷
  • B. 时, 质点正在向 轴负方向运动
  • C. 时, 质点正在向 轴负方向运动
  • D.在某一时刻, 两质点的位移和速度可能相同
【正确答案】
C
【答案详解】

由图可以看出波长为 时刻 处的质点向上振动,可得该波向左传播。将整个波形图向左平移 时, 质点到达波峰,此时 质点正好在平衡位置,A错;将图象整体向左平移 ,即波传播 时, 的振动状态与 时刻平衡位置在 处的质点振动状态一样,即处在平衡位置上方并向 轴正方向运动,B错;将图象整体向左平移 ,即波传播 时, 的振动状态与 时刻平衡位置在 处的 质点的振动状态一样,即处在平衡位置下方并向 轴负方向运动,C对; 质点相隔 ,即相差 ,不可能出现位移和速度相同的情况,故D错。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂

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