专题13 机械波-2023和2024两年高考物理试题分项解析

2023-24两年高考物理分类解析 专题13 机械波 2024年高考题 1. （2024年高考广东卷）一列简谐横波沿x轴正方向传播。波速为，时的波形如图所示。时，处的质点相对平衡位置的位移为（　　） A. 0 B. C. D. 2. （2024高考湖南卷）如图，健身者在公园以每分钟60次的频率上下抖动长绳的一端，长绳自右向左呈现波浪状起伏，可近似为单向传播的简谐横波。长绳上A、B两点平衡位置相距，时刻A点位于波谷，B点位于波峰，两者之间还有一个波谷。下列说法正确的是（ ） A. 波长为 B. 波速为 C. 时刻，B点速度为0 D. 时刻，A点速度为0 3. （2024高考江西卷）如图（a）所示，利用超声波可以检测飞机机翼内部缺陷。在某次检测实验中，入射波为连续的正弦信号，探头先后探测到机翼表面和缺陷表面的反射信号，分别如图（b）、（c）所示。已知超声波在机翼材料中的波速为。关于这两个反射信号在探头处的叠加效果和缺陷深度d,下列选项正确的是（ ） A. 振动减弱； B. 振动加强； C. 振动减弱； D. 振动加强； 5．（2024高考全国理综甲卷）（1）. 一列简谐横波沿x轴传播，周期为，时刻的波形曲线如图所示，此时介质中质点b向y轴负方向运动，下列说法正确的是（　　） A. 该波的波速为 B. 该波沿x轴正方向传播 C. 时质点a和质点c的运动方向相反 D. 时介质中质点a向y轴负方向运动 E. 时介质中质点b的速率达到最大值 6.（2024高考全国理综新课程卷）位于坐标原点O的波源在时开始振动，振动图像如图所示，所形成的简谐横波沿x轴正方向传播。平衡位置在处的质点P开始振动时，波源恰好第2次处于波谷位置，则（ ） A．波的周期是0.1s B．波的振幅是0.2m C．波的传播速度是10m/s D．平衡位置在处的质点Q开始振动时，质点P处于波峰位置 2023年高考题 1. （2023学业水平等级考试上海卷）有一列沿x轴正方向传播的简谐机械波，t=0时的波形图如图所示，则t=8T时在C、D之间的波形图为 2. （2023高考海南卷）下面上下两图分别是一列机械波在传播方向上相距6m的两个质点P、Q的振动图像，下列说法正确的是（ ） A. 该波的周期是5s B. 该波的波速是3m/s C. 4s时P质点向上振动 D. 4s时Q质点向上振动 3．（2023全国高考新课程卷）船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声。声波在空气中和在水中传播时的（ ） A．波速和波长均不同 B．频率和波速均不同 C．波长和周期均不同 D．周期和频率均不同 4．（2023年6月高考浙江选考科目）下列说法正确的是（ ） A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．液体的表面张力方向总是跟液面相切 C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的 D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率 5．（2023年6月高考浙江选考科目）如图所示，置于管口T前的声源发出一列单一频率声波，分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O。先调节A、B两管等长，O处探测到声波强度为400个单位，然后将A管拉长，在O处第一次探测到声波强度最小，其强度为100个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比，不计声波在管道中传播的能量损失，则（ ） A．声波的波长 B．声波的波长 C．两声波的振幅之比为 D．两声波的振幅之比为 。 6. （2023高考选择性考试辽宁卷） “球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是（　　） A. 插入水中的筷子、看起来折断了 B. 阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹 C. 驶近站台的火车，汽笛音调变高 D. 振动音叉的周围，声音忽高忽低 7. （2023高考湖南卷）如图（a），在均匀介质中有和四点，其中三点位于同一直线上，垂直．时，位于处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图（b）所示，振动方向与平面垂直，已知波长为．下列说法正确的是（ ） A. 这三列波的波速均为 B. 时，处质点开始振动 C. 时，处的质点向轴负方向运动 D. 时，处的质点与平衡位置的距离是 8. （2023高考湖北卷） 一列简谐横波沿x轴正向传播，波长为，振幅为。介质中有a和b两个质点，其平衡位置分别位于和处。某时刻b质点的位移为，且向y轴正方向运动。从该时刻开始计时，a质点的振动图像为（ ） A. B. C. D. 9（5分）（2023高考全国乙卷） 一列简谐横波沿x轴传播，图（a）是时刻的波形图；P是介质中位于处的质点，其振动图像如图（b）所示。下列说法正确的是（　　） A. 波速为 B. 波向左传播 C. 波的振幅是 D. 处的质点在时位于平衡位置 E. 质点P在0~7s时间内运动的路程为 10. （2023天津卷）一列机械波的波源是坐标轴原点，从时波源开始振动，时波形如图，则下列说法正确的有（　　） A. 在这种介质中波速 B. 处质点在时位于波谷 C. 波源振动方程 D. 处质点半个周期内向左位移半个波长 11、（2023高考全国甲卷）（10分）分别沿x轴正向和负向传播的两列简谐横波PQ的振动方向相同，振幅均为5cm，波长均为8m，波速均为4m/s。t==0时刻，P波刚好传播到坐标原点，该处的质点将自平衡位置向下振动；Q波刚好传播到x=10m处，该处的质点将自平衡位置向上振动。经过一段时间后，两列波相遇。 （i）在答题卡给出的坐标图上分别画出PQ两列波在t=2.5s时刻的波形图（P波用虚线，Q波用实线） （ii）求出图示范围内的介质中，因两列波干涉而振动振幅最大和振幅最小的平衡位置。 12. （2022天津学业水平选择性考试） 在同一均匀介质中，分别位于坐标原点和处的两个波源O和P，沿y轴振动，形成了两列相向传播的简谐横波a和b，某时刻a和b分别传播到和处，波形如图所示。下列说法正确的是（ ） A. a与b的频率之比为 B. O与P开始振动的时刻相同 C. a与b相遇后会出现干涉现象 D. O开始振动时沿y轴正方向运动 13. （2022新高考福建卷）艺术体操运动员站在场地中以一定频率上下抖动长绸带的一端，绸带自左向右呈现波浪状起伏。某时刻绸带形状如图所示（符合正弦函数特征），此时绸带上P点运动方向____________（填“向上”“向下”“向左”或“向右”）。保持抖动幅度不变，如果要在该绸带上产生更加密集的波浪状起伏效果，运动员上下抖动的频率应____________（填“增大”“减小”或“保持不变”）。 14．（2023高考北京卷）位于坐标原点处的波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波．时波源开始振动，其位移y随时间t变化的关系式为，则时的波形图为（ ） 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2023-24两年高考物理分类解析 专题13 机械波 2024年高考题 1. （2024年高考广东卷）一列简谐横波沿x轴正方向传播。波速为，时的波形如图所示。时，处的质点相对平衡位置的位移为（　　） A. 0 B. C. D. 【参考答案】. B 机械波的传播 由波动图像可知，波长λ=2m，波动周期T=λ/v=2s，t=1s时，x=1.5m处的点运动到波峰，相对平衡位置的位移为0.1m，B正确。 2. （2024高考湖南卷）如图，健身者在公园以每分钟60次的频率上下抖动长绳的一端，长绳自右向左呈现波浪状起伏，可近似为单向传播的简谐横波。长绳上A、B两点平衡位置相距，时刻A点位于波谷，B点位于波峰，两者之间还有一个波谷。下列说法正确的是（ ） A. 波长为 B. 波速为 C. 时刻，B点速度为0 D. 时刻，A点速度为0 【答案】D 【解析】 根据题意, 长绳上A、B两点平衡位置相距，时刻A点位于波谷，B点位于波峰，两者之间还有一个波谷,可画出波形图如图. 由波形图可知 解得 故A错误； 波源的振动频率为 故波速为 故B错误； 质点的振动周期为，因为，故B点在运动到平衡位置，位移为0，速度最大，故C错误； ，故A点在运动到波峰，位移最大，速度为0，故D正确。 3. （2024高考江西卷）如图（a）所示，利用超声波可以检测飞机机翼内部缺陷。在某次检测实验中，入射波为连续的正弦信号，探头先后探测到机翼表面和缺陷表面的反射信号，分别如图（b）、（c）所示。已知超声波在机翼材料中的波速为。关于这两个反射信号在探头处的叠加效果和缺陷深度d,下列选项正确的是（ ） A. 振动减弱； B. 振动加强； C. 振动减弱； D. 振动加强； 【答案】A 【解析】 根据反射信号图像可知，超声波的传播周期为 又波速v=6300m/s，则超声波在机翼材料中的波长 结合题图可知，两个反射信号传播到探头处的时间差为 故两个反射信号的路程差 解得 两个反射信号在探头处振动减弱，A正确。 5．（2024高考全国理综甲卷）（1）. 一列简谐横波沿x轴传播，周期为，时刻的波形曲线如图所示，此时介质中质点b向y轴负方向运动，下列说法正确的是（　　） A. 该波的波速为 B. 该波沿x轴正方向传播 C. 时质点a和质点c的运动方向相反 D. 时介质中质点a向y轴负方向运动 E. 时介质中质点b的速率达到最大值 【答案】ACD 【解析】 由图可知波长为，则该波的波速为 故A正确； 此时介质中质点b向y轴负方向运动，根据波形平移法可知，该波沿x轴负方向传播，故B错误； 由于质点a和质点c之间的距离为半个波长，则质点a和质点c的振动完全相反，所以时质点a和质点c的运动方向相反，故C正确； 时刻质点a处于波峰位置，则时，质点a刚好经过平衡位置向y轴负方向运动，故D正确； 6.（2024高考全国理综新课程卷）位于坐标原点O的波源在时开始振动，振动图像如图所示，所形成的简谐横波沿x轴正方向传播。平衡位置在处的质点P开始振动时，波源恰好第2次处于波谷位置，则（ ） A．波的周期是0.1s B．波的振幅是0.2m C．波的传播速度是10m/s D．平衡位置在处的质点Q开始振动时，质点P处于波峰位置 参考 答案 AC 解题思路 本题考查的考点：振动图像、波动传播。 由振动图像，可知波动周期T=0.2s，振幅为0.2m，A错误B正确；根据题述，平衡位置在x=3.5m处的质点开始振动时，波源恰好第二次处于波谷位置，t=7T/4，波动传播速度v=x/t=10m/s，C正确；由波长λ=vT=2m，可知PQ两点为反相点，平衡位置在x=4.5m处的质点Q开始振动时，质点P运动到平衡位置向下运动，D错误。 【关键点拨】波动传播时，相距整数波长的两个质点为同相点，振动情况相同；相距半波长奇数倍的两个质点为反相点，振动情况相反。 2023年高考题 1. （2023学业水平等级考试上海卷）有一列沿x轴正方向传播的简谐机械波，t=0时的波形图如图所示，则t=8T时在C、D之间的波形图为 【参考答案】C 【名师解析】从t=0时的波形图可知，波长λ=0.5m，经过8T，需要将沿x轴正方向平移8个波长即4m，所以则t=8T时在C、D之间的波形图为C。 2. （2023高考海南卷）下面上下两图分别是一列机械波在传播方向上相距6m的两个质点P、Q的振动图像，下列说法正确的是（ ） A. 该波的周期是5s B. 该波的波速是3m/s C. 4s时P质点向上振动 D. 4s时Q质点向上振动 【参考答案】C 【名师解析】 由振动图像可看出该波的周期是4s，A错误； 由于Q、P两个质点振动反相，则可知两者间距离等于 ，n = 0，1，2，… 根据 ，n = 0，1，2，…，可知B错误； 由P质点的振动图像可看出，在4s时P质点在平衡位置向上振动，C正确； 由Q质点的振动图像可看出，在4s时Q质点在平衡位置向下振动，D错误。 3．（2023全国高考新课程卷）船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声。声波在空气中和在水中传播时的（ ） A．波速和波长均不同 B．频率和波速均不同 C．波长和周期均不同 D．周期和频率均不同 【参考答案】A 【名师解析】声波在空气中传播时速度小于在水中传播的速度，频率相同，周期相同，由v=fλ可知波长不同，A正确。 4．（2023年6月高考浙江选考科目）下列说法正确的是（ ） A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．液体的表面张力方向总是跟液面相切 C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的 D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率 【参考答案】.BD 【名师解析】热量能够自发地从高温物体传到低温物体，不能自发地从低温物体传到高温物体，A错误；液体表面张力方向总是与表面相切，B正确；在不同惯性参考系中，物理规律的形式是相同的，C错误；根据多普勒效应，当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源的振动频率，D正确。 5．（2023年6月高考浙江选考科目）如图所示，置于管口T前的声源发出一列单一频率声波，分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O。先调节A、B两管等长，O处探测到声波强度为400个单位，然后将A管拉长，在O处第一次探测到声波强度最小，其强度为100个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比，不计声波在管道中传播的能量损失，则（ ） A．声波的波长 B．声波的波长 C．两声波的振幅之比为 D．两声波的振幅之比为 【参考答案】C 【名师解析】先调节A、B两管等长，两管中传播的声波到O点路程差为零，振动加强，O处探测到声波强度为400个单位，将A管拉长，在O处第一次探测到声波强度最小，说明两管中传播的声波到O点路程差λ/2，其强度为100个单位，由此可知2d=λ/2，声波的波长λ=60cm，AB错误；根据题述，已知声波强度与声波振幅平方成正比，即=，解得=，C正确D错误。 。 6. （2023高考选择性考试辽宁卷） “球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是（　　） A. 插入水中的筷子、看起来折断了 B. 阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹 C. 驶近站台的火车，汽笛音调变高 D. 振动音叉的周围，声音忽高忽低 【参考答案】BD 【名师解析】 该现象属于波的叠加原理；插入水中的筷子看起来折断了是光的折射造成的，与该问题的物理原理不相符；阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是由于光从薄膜上下表面的反射光叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符；驶近站台的火车汽笛音调变高是多普勒现象造成的，与该问题的物理原理不相符；振动音叉的周围声音忽高忽低，是声音的叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符。BD正确。 7. （2023高考湖南卷）如图（a），在均匀介质中有和四点，其中三点位于同一直线上，垂直．时，位于处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图（b）所示，振动方向与平面垂直，已知波长为．下列说法正确的是（ ） A. 这三列波的波速均为 B. 时，处质点开始振动 C. 时，处的质点向轴负方向运动 D. 时，处的质点与平衡位置的距离是 【参考答案】C 【名师解析】在同一介质中传播的横波波速相同，由图（b）可知，T=4s，v=λ/T=1m/s，A错误；t=2s时，三列波均未传播到D，所以时，处的质点未开始振动，B错误；由于AD=BD=5m，所以时，波源A、B处产生的波未传播到D处，波源C处产生的波到达D处已经1.5s，所以处的质点向轴负方向运动，C正确；时，处的质点在平衡位置振动，y=2cm+2cm-2cm=2cm，D错误。 8. （2023高考湖北卷） 一列简谐横波沿x轴正向传播，波长为，振幅为。介质中有a和b两个质点，其平衡位置分别位于和处。某时刻b质点的位移为，且向y轴正方向运动。从该时刻开始计时，a质点的振动图像为（ ） A. B. C. D. 【参考答案】A 【名师解析】 a、b之间的距离为 此时b点的位移4cm且向y轴正方向运动，令此时b点的相位为，则有 解得或（舍去，向下振动） 由a、b之间的距离关系可知 则，可知a点此时的位移为 且向下振动，即此时的波形图为 a质点的振动图像A正确。 9（5分）（2023高考全国乙卷） 一列简谐横波沿x轴传播，图（a）是时刻的波形图；P是介质中位于处的质点，其振动图像如图（b）所示。下列说法正确的是（　　） A. 波速为 B. 波向左传播 C. 波的振幅是 D. 处的质点在时位于平衡位置 E. 质点P在0~7s时间内运动的路程为 【参考答案】ABE 【命题意图】本题考查波动图像、振动图像和机械波及其相关知识点。 【解题思路】由图（a）可知波长λ=4m，由图（b）可知，周期T=2s，波速v=λ/T=2m/s，A正确；由于x=2m处质点t=0时沿y轴负方向运动，所以波向左传播，B正确；波的振幅是5cm，C错误；x=3m处质点在t=7s时即经过3.5个周期位于波峰位置，D错误；质点P在0~7s时间内运动的路程s=3.5×4A=70cm，E正确。 10. （2023天津卷）一列机械波的波源是坐标轴原点，从时波源开始振动，时波形如图，则下列说法正确的有（　　） A. 在这种介质中波速 B. 处质点在时位于波谷 C. 波源振动方程 D. 处质点半个周期内向左位移半个波长 【参考答案】BC 【名师解析】 由图中可知时，波传播的距离为x=2.5m，故波的速度为 故A错误； 由图可知该波的波长为，所以波的周期为 波传播到需要的时间 由图可知该波的起振方向向下，该波振动了0.1s，即，所以位于波谷，故B正确； ．根据图像可知该波的振动方程为 故C正确； 质点只是上下振动，不随波左右移动，故D错误。 11、（2023高考全国甲卷）（10分）分别沿x轴正向和负向传播的两列简谐横波PQ的振动方向相同，振幅均为5cm，波长均为8m，波速均为4m/s。t==0时刻，P波刚好传播到坐标原点，该处的质点将自平衡位置向下振动；Q波刚好传播到x=10m处，该处的质点将自平衡位置向上振动。经过一段时间后，两列波相遇。 （i）在答题卡给出的坐标图上分别画出PQ两列波在t=2.5s时刻的波形图（P波用虚线，Q波用实线） （ii）求出图示范围内的介质中，因两列波干涉而振动振幅最大和振幅最小的平衡位置。 【参考答案】（i） （ii）图示范围x=1m、x=5m、x=9m振幅最小；x=3m、x=7m振幅最大。 【命题意图】本题考查波动传播、波的叠加原理及其相关知识点。 【解题思路】（i）由x=vt可知2.5s时刻P波传播到x=10m处，Q波传播到x=0处。2.5s时刻波形图如图。 （ii）根据波的叠加原理，振动加强点满足△x=，（n=0，1，2···） n=0，△x=4m △x=│x-（10-x）│，解得x=3m，x=7m 即图示范围x=3m、x=7m振幅最大。 振动减弱点满足△x=nλ，（n=0，1，2···） n=0，△x=0， 由△x=│x-（10-x）│，解得x=5m； n=1，△x=8 △x=│x-（10-x）│，解得x=1m、x=9m 即图示范围x=1m、x=5m、x=9m振幅最小。 【易错提醒】由于题中的两列波反相，振动加强点为路程差为半波长的奇数倍；振动减弱点为路程差为波长的整数倍。 12. （2022天津学业水平选择性考试） 在同一均匀介质中，分别位于坐标原点和处的两个波源O和P，沿y轴振动，形成了两列相向传播的简谐横波a和b，某时刻a和b分别传播到和处，波形如图所示。下列说法正确的是（ ） A. a与b的频率之比为 B. O与P开始振动的时刻相同 C. a与b相遇后会出现干涉现象 D. O开始振动时沿y轴正方向运动 【参考答案】A 【命题意图】本题考查机械波及其相关知识点。 【名师解析】 由同一均匀介质条件可得a和b两列波在介质中传播速度相同，由图可知，a和b两列波的波长之比为 根据 可得a与b的频率之比为，故A正确； 因a和b两列波的波速相同，由a和b两列波分别传播到和处的时刻相同，可知O与P开始振动的时刻不相同，故B错误；因a与b的频率不同，a与b相遇后不能产生干涉现象，故C错误； a波刚传到处，由波形平移法可知，处的质点开始振动方向沿y轴负方向，而所有质点的开始振动方向都相同，所以O点开始振动的方向也沿y轴负方向，故D错误。 13. （2022新高考福建卷）艺术体操运动员站在场地中以一定频率上下抖动长绸带的一端，绸带自左向右呈现波浪状起伏。某时刻绸带形状如图所示（符合正弦函数特征），此时绸带上P点运动方向____________（填“向上”“向下”“向左”或“向右”）。保持抖动幅度不变，如果要在该绸带上产生更加密集的波浪状起伏效果，运动员上下抖动的频率应____________（填“增大”“减小”或“保持不变”）。 【参考答案】 ①. 向上 ②. 增大 【命题意图】此题考查机械波的产生和传播及其相关知识点。 【名师解析】 [1]从图中可知绸带上形成的波是自左向右传播的，根据波形平移法，可判断绸带上P点运动方向向上； [2]绸带上产生更加密集的波浪状起伏效果，说明波长变小，而同种介质中同类型波的传播波速是不变的，根据 可知运动员上下抖动的周期变短、频率增大。 14．（2023高考北京卷）位于坐标原点处的波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波．时波源开始振动，其位移y随时间t变化的关系式为，则时的波形图为（ ） 【参考答案】D 【名师解析】【解析】t=0时波源开始振动，t=T时的波形图为图D。 学科网（北京）股份有限公司 $$