特色小卷20 波与振动问题-【精彩三年】2024高考物理汇编与名师优创特色63卷教师用书word（新教材）

特色小卷20　波与振动问题 [时间：15分钟] 1．机械振动与单摆 在光滑水平面上，有一弹簧振子做周期为T、振幅为A的简谐运动。弹簧的弹性势能表达式为Ep＝kx2。振子运动到平衡位置开始计时，且规定此时运动方向为正，下列关系图像正确的是(　　) 如图所示，一倾角为α＝30°的光滑绝缘斜面，处于竖直向下的匀强电场中，电场强度E＝。现将一长为l的细线(不可伸长)一端固定，另一端系一质量为m、电荷量为q的带正电小球，将细线和小球放在斜面上，小球静止在O点。将小球拉开倾角θ后由静止释放，小球的运动可视为单摆运动，重力加速度为g。下列说法正确的是(　　) A．摆球的摆动周期为T＝2π B．摆球的摆动周期为T＝2π C．摆球经过平衡位置时所受合力为0 D．摆球刚释放时的回复力大小F＝mg 2．受迫振动 近些年，科学家们逐步对极地进行开发和探索，由于极地大面积被冰雪覆盖，开发和探索的进度受到影响，人们为了加快进度发明了共振破冰船，如图所示。破冰船利用专用传感器感应冰面的振动反馈，自动调节锤头振动频率。当冰层与锤头发生共振时，可以大幅提高破冰效率。结合所学知识，下列说法正确的是(　　) A．锤头振动频率越高，冰层的振动幅度越大，破冰效果越好 B．破冰效果最好时，锤头的振动频率等于冰层的固有频率 C．破冰船停止工作后，冰层余振的振幅越来越小，频率也越来越小 D.对于不同冰层，破冰效果最好时，锤头的振动频率相同 3．波的概念与图形 (多选)频闪照片能够捕捉到彩虹圈玩具形成的简谐横波图像，某时刻波形图如图所示。波源位于x＝0处，则(　　) A．从图像上可以读出波长 B．从图像上可以读出频率 C．若已知周期为2 s，则该波的波速为0.3 m/s D．若已知波速为0.6 m/s，则该波的频率为1 Hz (多选)北京时间2022年1月15日汤加火山爆发引起了巨大的海啸。假设图甲是这次火山爆发在某地引起的海啸的一列水面波在t＝0时刻的波形图，该水面波正在海面上传播，其传播方向沿x轴的正方向，图乙是质点N的振动图像，则下列说法正确的是(　　) A．该列波的传播速度为10 m/s B．经过0.8 s质点N将传播到距离原点10 m处 C．在t＝0.4 s时，质点N具有向下的最大加速度 D．若水面波前方有一尺寸为6 m的石头，该水面波遇到石头后还能继续向前传播 4．多解性问题 (多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时刻的部分波形图像如图所示，已知该波的波速v＝5 m/s，下列说法正确的是(　　) A．t＝0时刻x＝8 m处的质点振动方向沿y轴负方向 B．此列波的周期可能为1.2 s C．0～0.4 s时间内，质点P的速度不断增大 D．质点P的振动方程为y＝2sin cm 特色小卷20　波与振动问题 1．D　解析：弹簧振子做简谐运动，位移x与t成正弦函数关系，即x＝A sin ωt，回复力F＝－kx＝－kA sin ωt，加速度a＝＝－sin ωt，选项B、C错误；弹簧振子运动到最大位移处时动能为0，弹性势能最大，因此总能量为E＝kA2，根据能量守恒可知mv2＝Ek＝E－Ep＝kA2－kx2，整理得v2＝－x2＋，v＝，选项D正确，A错误。 2．B　解析：带正电小球受到的静电力和重力合力大小为F′＝qE＋mg＝3mg，静电力和重力合力沿斜面方向的加速度为ax＝＝＝g，则摆球的摆动周期为T＝2π＝2π，故A错误，B正确；摆球做单摆运动，经过平衡位置时回复力为0，但所受合力不为0，故C错误；摆球刚释放时的回复力大小为F＝F′sin αsin θ＝3mg××sin θ＝mg sin θ，故D错误。 3．B　解析：当驱动力频率等于物体固有频率时，物体的振幅最大，当驱动力频率小于固有频率时，随着驱动力频率增大，振幅增大，当驱动力频率大于固有频率时，随着驱动力频率增大，振幅减小，故A错误，B正确；破冰船停止工作后，冰层余振的振幅越来越小，但频率不变，故C错误；对于不同冰层，破冰效果最好时，锤头的振动频率等于冰层的固有频率，不同冰层固有频率不同，所以锤头的振动频率不相同，故D错误。 4．ACD　解析：从图像可知，半个波长为30 cm，因此波长λ＝60 cm，A正确；从波形图上无法读出波的频率，B错误；根据v＝，若周期为2 s，则该波的波速v＝ m/s＝0.3 m/s，C正确；根据v＝λf，若波速为0.6 m/s，则该波的频率f＝＝ Hz＝1 Hz，D正确。 5．AD　解析：由题图乙可知该列波的振动周期T＝0.8 s，由图甲可知该列波的波长λ＝8 m，该列波的传播速度v＝＝10 m/s，A正确；波在传播过程中，各质点都在平衡位置附近上下振动，不会随波迁移，B错误；由题图乙可知，在t＝0.4 s时，质点N到达负向最大位移处，具有向上的最大加速度，C错误；根据