机械振动与机械波 选择题专项强化练习 - 2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 高中物理一轮复习机械振动与机械波专项训练，通过2个小专题18道题构建从基础概念到多解问题的递进式训练，强化科学思维与模型建构能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |机械振动和机械波|12题（含5道多选）|涵盖简谐运动、振动图像、波的传播、干涉衍射等，结合生活情境（如春晚水袖舞）|从振动方程（y=Rsin(10πt)）到波的图像分析，构建"振动-波动-现象应用"逻辑链| |简谐运动和机械波的多解问题|6题（含2道多选）|聚焦周期性、传播方向不确定等多解情境，需分类讨论|以时间/空间周期性为核心，深化波动规律的科学推理与质疑创新能力|

2027届新高考高三第一轮复习 高三物理备课组 新课标 · 新高考2027届高三第一轮复习 选择题专项强化练习 机械振动与机械波 板块 班级：_________ 学号：_________ 姓名：_________ 小专题1　机械振动和机械波 (分值:72分) 1~12题,每小题6分,共72分。 1.(简谐运动)如图所示,在xOy坐标系中一质量为m的小球绕原点O做顺时针方向的圆周运动,半径为R。一束平行光沿x轴正方向照射小球,在x=2R处放置一垂直于x轴的足够大屏幕,观察到影子在y轴方向上的运动满足y=Rsin(10πt)。则(　　) A.影子做简谐运动,周期为2 s B.小球做匀速圆周运动的向心力为100mπ2R C.t=0.05 s时,小球坐标是(R,0) D.t=0.10 s时,小球速度沿y轴正方向 2.(位移—时间图像)2024年央视春晚西安分会场高空水袖舞表演梦幻浪漫,将万千观众带入了盛世长安。光影交错的舞台上,舞者长袖轻扬。如果某段时间内水袖波形可视为简谐波,如图所示为舞者表演过程中的水袖上的一质点做简谐运动的位移随时间变化规律的图线,则下列关于质点的运动描述正确的是(　　) A.质点振动的周期为0.8 s B.该质点的振动方程为y=10sincm C.0.6 s时质点沿正方向运动,速度正在增大 D.0.8 s时质点的加速度沿正方向且最大 3.(竖直弹簧振子)质量为m=0.5 kg的重物和劲度系数为k=100 N/m轻弹簧制作的一个振动装置,如图(a)所示,轻弹簧上端连接在固定的力传感器上。将重物拉离平衡位置,力传感器的示数F随时间t变化的图像如图(b)所示。不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2,下列说法正确的是(　　) A.重物做简谐运动的周期为1.0 s B.t=0.6 s时,重物处于最低点 C.0.4~0.6 s,重物的加速度越来越小 D.重物做简谐运动的振幅为5 cm 4.(单摆)如图所示为相同的小球(可看作质点)构成的单摆,所有的绳子长度都相同,在不同的条件下的周期分别为T1、T2、T3、T4,图(3)中两小球均带负电荷,图(4)中振动系统处于匀加速下降的电梯内,关于周期大小关系的判断,正确的是(　　) A.T1>T2>T3>T4 B.T4<T1=T3<T2 C.T4>T1=T3>T2 D.T1<T2<T3<T4 5.(电单摆+磁单摆)(多选)用轻质绝缘细绳悬挂带正电的小球,小球可视为质点,如图甲所示。将装置分别放入图乙所示的匀强电场、图丙所示的匀强磁场中。将小球从偏离竖直方向左侧的一个小角度θ(θ<5°)位置由静止释放,在甲、乙、丙三种情况下,小球均在竖直平面内周期性往复运动,周期分别为T1、T2、T3,小球第1次到达轨迹最低点时的速度大小分别为v1、v2、v3,拉力大小分别为F1、F2、F3,不计空气阻力。图中三种情况,下列说法正确的是(　　) A.图甲和图丙的小球在运动过程中机械能都守恒 B.三个小球运动的周期大小关系T2<T1=T3 C.三个小球第1次到达最低点时拉力大小关系F2>F1>F3 D.三个小球第1次到达最低点时的速度大小关系v1<v3<v2 6.(波的图像)一列简谐横波沿x轴正方向传播,波速为3 cm/s。t=0时刻波形如图所示,且波刚传到c点。下列说法正确的是(　　) A.波源振动的频率为2 Hz B.b质点起振方向沿y轴负方向 C.在0~ s内,质点a运动通过的路程为5 cm D.t=1 s时,平衡位置在x=9 cm处的质点c将运动到12 cm处 7.(振动图像与波的图像综合)如图所示,图甲是t=5 s时刻一简谐横波沿x轴正方向传播的波形图,图乙为这列波上某质点的振动图像,则(　　) A.该列波的波速为4 m/s B.图乙可能是质点b的振动图像 C.质点c的振动方程为y=6sincm D.t=10 s时,a点的振动方向向上 8.(波的叠加与干涉)平衡位置在同一水平面上的两个振动完全相同的点波源,在均匀介质中产生两列波。若波峰用实线表示,波谷用虚线表示,P质点位于其最大正位移处,曲线ab上的所有质点均为振动减弱点,则下列图中可能满足以上描述的是(　　) A.A B.B C.C D.D 9.(波的干涉)两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,波源分别位于-0.2 m和1.2 m处,波速均为0.4 m/s,波源的振幅均为2 cm。t=0时刻,0.2 m处的P点和0.8 m处的Q点两质点正开始振动,如图所示,质点M、N的平衡位置分别处于x轴0.5 m和0.6 m处。下列说法正确的是(　　) A.两波叠加后M点振动减弱 B.t=1 s时,M点的位移为4 cm C.1.5 s内质点N运动的路程为3 cm D.振动稳定后PQ间的振动加强点有3个 10.(干涉的应用)(多选)如图所示,声源在管口M处发出频率为f的单一频率的声波,分成强度相同的两列声波,分别沿P、Q两管传播到出口N处。先调节P、Q两管等长,然后缓慢将Q管向右拉长x,在N处利用拾音器探测声波的强度。已知声波在空气中传播的速度为v,不计声波在管道中传播时的能量损失。下列说法正确的是(　　) A.N处声波的强度会随x的增加而减小 B.N处声波的强度随x的增加而变化 C.x=(n=1,2,3,…)时,N处声波的强度会变弱 D.x=(n=1,2,3,…)时,N处声波的强度会变强 11.(波的折射)(多选)一歌手在湖边唱歌,歌声通过空气和水传到距其2 km的湖对岸,空气中的声速为340 m/s,水中声速为1 450 m/s,歌声可视为频率为400 Hz的声波,则下列关于该声波说法正确的是(　　) A.在水中传播频率会改变 B.由空气和水传到湖对岸的时间差约为4.5 s C.在空气中波长为0.85 m D.在水中的波长为5 m 12.(波的干涉、折射、衍射和多普勒效应)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为1 500 m/s,若探测器发出频率为1.5×106 Hz的声波,下列说法正确的是(　　) A.两列声波相遇时一定会发生干涉 B.声波由水中传播到空气中,波长会改变 C.该声波遇到尺寸约为1 m的被探测物时会发生明显衍射 D.探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关 小专题2　简谐运动和机械波的多解问题 (分值:36分) 1~6题,每小题6分,共36分。 1.(振动周期性造成多解)如图所示,沿水平方向做简谐运动的质点,振幅为0.1 m,依次通过相距0.2 m的A、B两点。质点经过A点时开始计时,t1=1 s时经过B点,t2=3 s时也刚好经过B点,则该振动的周期可能是(　　) A.1.8 s B.1 s C.0.4 s D. s 2.(时间周期性造成波的多解)一列沿x轴负方向传播的简谐横波t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.5 s时刻的波形如图中虚线所示。关于这列波,下列说法正确的是(　　) A.波长为4 cm B.周期一定为s C.频率可能为2 Hz D.波速可能为0.28 m/s 3.(空间周期性造成的多解)一同学将一块石头扔到湖水中,观察到平静的水面开始上下做简谐运动,在水面上激起的水波的波长为0.6 m。石头落水处的右侧由近及远有甲、乙两片树叶,某时刻起(该时刻作为0时刻)它们的振动图像如图甲、乙所示。下列说法正确的是(　　) A.t=0.1 s时,甲树叶的速度最大 B.该水波的传播速度为0.7 m/s C.0~0.2 s内,乙树叶通过的位移大小为0.3 m D.两片树叶之间的距离可能为4.95 m 4.(对称性造成的多解)如图甲所示,S是上下振动的波源,它所产生的横波分别沿直线向左、右两边传播,形成两列简谐横波,在波源左、右两侧有Q、P两点,与波源S在同一水平直线上,它们的振动图像分别如图乙和图丙,且SP=18 m,SQ=16 m,则这两列波的波速最大值是(　　) A.170 m/s B.120 m/s C.50 m/s D.10 m/s 5.(传播方向不确定和时间的周期性造成的多解)一列简谐横波在t=0时刻的波形如图中实线所示,t=1 s时的波形如图中虚线所示,则下列说法正确的是(　　) A.这列波的波长为8 m B.平衡位置分别为x=2 m和x=6 m的A、B两质点,振动方向始终相同 C.若波向右传播,则波的最大频率为0.25 Hz D.若波向左传播,则波的传播速度大小为6 m/s 6.(传播方向不确定和空间的周期性造成的多解)(多选)如图甲所示,一列简谐横波沿直线传播,P、Q为波传播路径上相距12 m的两个质点,P、Q两个质点的振动图像分别如图乙、丙所示,则下列说法正确的是(　　) A.该波一定从Q点向P点传播 B.t=0时刻,P、Q连线中点处的质点有可能处于平衡位置 C.t= s时,P、Q两质点的位移不相同 D.该波的波速可能为4 m/s 第 2 页 共 8 页 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $2027届新高考高三第一轮复习 高三物理备课组 新课标 · 新高考2027届高三第一轮复习 选择题专项强化练习 机械振动与机械波 板块 班级：_________ 学号：_________ 姓名：_________ 小专题1　机械振动和机械波 1.B　[根据影子在y轴方向运动的位移与时间关系y=Rsin(10πt),可知影子做简谐运动,角速度ω=10π,周期T==0.2 s,故A错误;由向心力公式有F=mω2R=100mπ2R,故B正确;根据题中信息可知t=0 s时,小球位置坐标为(-R,0),沿y轴正方向运动,t=0.05 s,即经过四分之一个周期,小球坐标是(0,R),故C错误;t=0.10 s,小球运动半个周期,速度沿y轴负方向,故D错误。] 2.D　[由于0时刻质点正在向正方向运动且位移为振幅的一半,结合数学知识有=,解得T=1.2 s,故A错误;该质点的振动方程形式为y=Asin(ωt+φ),其中A=10 cm,ω== rad/s,t=0时有5 cm=10 cm·sin φ,解得φ=,故该质点的振动方程为y=10sincm,故B错误;由图可知,0.6 s时质点正沿y轴负方向运动,速度正在减小,0.8 s时质点位于负向最大位移处,其加速度沿正方向且最大,故C错误,D正确。] 3.D　[重物做简谐运动的周期等于力传感器的示数F随时间t变化的周期,结合题图(b)可知周期为T=0.8 s,故A错误;由图(b)可知,t=0.6 s时,力传感器的示数最小,即重物所受合力为向下的最大,此时重物处于最高点,故B错误;由图(b)可知,t=0.2 s时,力传感器的示数最大,即合力为向上的最大,此时重物处于最低点,则0.4~0.6 s,在由平衡位置向上运动,所以重物的加速度越来越大,故C错误;由图(b)可知,重物在平衡位置时,弹力为F弹=kx1=5 N,解得x1=5 cm,重物在最低点时,弹力为F弹'=kx2=10 N,解得x2=10 cm,所以,振幅为A=x2-x1=5 cm,故D正确。] 4.C　[设绳子长度均为L,根据单摆的周期公式可得T1=2π,T2=2π,T3=2π,T4=2π,则T4>T1=T3>T2,故C正确。] 5.ABC　[由题意可知,图甲小球第一次到达轨迹最低点的过程中,球受拉力与重力的作用,只有重力做正功,机械能守恒;图乙小球受拉力、重力和电场力的作用,除重力做正功外电场力也做正功,小球机械能增加;图丙小球受拉力、重力和洛伦兹力的作用,只有重力做正功,机械能守恒,故A正确;分析球1和球3,在相同位置时沿运动方向的受力相同,则图甲中的球和图丙中的球运动情况相同,可知T1=T3;对图乙中的球分析,电场力与重力的合力为等效重力,则其等效重力加速度变大,由周期公式T=2π可知小球周期变小,因此三种情况下小球运动的周期关系为T2<T1=T3,故B正确;由于图甲和图丙只有重力做正功,而图乙除重力做正功外还有电场力做正功,根据动能定理可知,三个小球第1次到达最低点时的速度大小关系为v1=v3<v2,在最低点分别对三个小球由牛顿第二定律,对甲图小球有F1-mg=m,对乙图小球有F2-mg-Eq=m,对丙图小球有F3+F洛-mg=m,根据三个小球第1次到达最低点时的速度大小关系v1=v3<v2,可得F2>F1>F3,故C正确,D错误。] 6.C　[根据题图可知,波的波长λ=6 cm,根据v=λf,解得f=0.5 Hz,周期T==2 s,A错误;根据同侧法,波沿x轴正方向传播,则c质点的起振方向是沿y轴正方向,故b质点起振方向也沿y轴正方向,B错误;ω==π rad/s,质点a的振动方程为y=10sin(ωt+φ)cm=10sincm,在0~ s内,质点a的位移为5 cm,通过的路程为5 cm,C正确;平衡位置在x=9 cm处的质点c只能在平衡位置上下振动,不能随波迁移,D错误。] 7.C　[由图甲可知该简谐波的波长为λ=8 m,由图乙可知该简谐波的振动周期为T=4 s,所以该简谐横波的波速为v== m/s=2 m/s,故A错误;由图甲可知,t=5 s时,质点b位于平衡位置且向上振动,由图乙可知,t=5 s时该质点处于波峰位置,所以图乙不可能是质点b的振动图像,故B错误;由图甲可知,该简谐波的振幅为A=6 cm,所以质点c的振动方程为y=6sincm=6sincm,又因为由图甲可知当t=5 s时,质点c的位移为y=-6 cm,代入上式解得φ=π,所以质点c的振动方程为y=6sincm,故C正确;由图甲可知,t=5 s时质点a处于波峰位置,到t=10 s时经过的时间间隔为Δt=5 s=T,所以质点a应运动到平衡位置且向下振动,故D错误。] 8.C　[根据题意P质点位于其最大正位移处,可知此时P质点位于两列波的波峰与波峰相交处,故B、D错误;根据干涉规律可知,相邻波峰与波峰,波谷与波谷连线上的点都是加强点,故A图像中的曲线ab上的点存在振动加强点,不符合题意,故C正确。] 9.D　[由题图可知,两波源起振方向相同,均为竖直向下,题图中两波源恰传到P、Q两点,而M点到两波源的距离差为0,距离差是波长的整数倍,故M点是振动加强点,故A错误;由题图可得,两列波同时到达M点,经历的时间为t'==0.75 s,又T== s=1 s,则=T,则t=1 s时两列波同时到达波谷,质点M的位移为-4 cm,故B错误;右波传到N点的时间t1==0.5 s,左波传到N点的时间t2==1 s,1 s后N点始终处于振动减弱状态,静止不动,所以N点实际振动时间为0.5 s,即半个周期,则N点的路程为s=2A=4 cm,故C错误;两波源间的距离为1.4 m,且两波源振动步调相同,满足到两波源的距离差为波长的整数倍即为振动加强点,故PQ间有3个振动加强点,位置分别在0.3 m、0.5 m、0.7 m处,故D正确。] 10.BD　[题述中为声波的干涉现象,由v=λf,可得λ=,将Q管向右拉长x时,沿P、Q两管传播的声波的波程差δ=2x,当波程差δ=nλ+λ时,振动减弱,有x=+(n=0,1,2,…);当波程差δ=nλ(n=1,2,3,…)时,振动加强,有x=(n=1,2,3,…),故B、D正确。] 11.BC　[频率只与波源有关,故波在水中传播频率不会改变,故A错误;由空气传到湖对岸的时间为t空== s≈5.88 s,由水传到湖对岸的时间为t水== s≈1.38 s,故由空气和水传到湖对岸的时间差约为Δt=t空-t水=4.5 s,故B正确;在空气中的波长为λ空== m=0.85 m,故C正确;在水中的波长为λ水== m=3.625 m,故D错误。] 12.B　[根据多普勒效应可知,探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度有关,而两列声波发生干涉的条件是频率相等,所以两列声波相遇时不一定发生干涉,故A、D错误;声波由水中传播到空气中时,声波的波速发生变化,频率不变,所以波长会发生改变,故B正确;声波的波长为λ== m=1×10-3 m,当遇到尺寸约1 m的被探测物时不会发生明显衍射,故C错误。] 小专题2　简谐运动和机械波的多解问题 1.C　[振幅A=0.1 m,在0~t1时间内根据简谐运动的周期性有+nT=1 s(n=0,1,2,…),在t1~t2时间内根据简谐运动的周期性有n'T=2 s(n'=1,2,…),结合题目选项有,当n=2(或n'=5)时,T=0.4 s,故C正确。] 2.D　[由题图可知,波长为λ=8 cm,故A错误;简谐横波沿x轴负方向传播,根据波的平移知识,则有Δt=T=0.5 s(n=0,1,2,…),可得T= s(n=0,1,2,…),当n=0时,可得周期为T= s,则频率为f==1.5 Hz,波速为v== m/s=0.12 m/s,当n=1时,可得周期为T1=s,则频率为f1==3.5 Hz,波速为v1== m/s=0.28 m/s,由上分析可知频率不可能为2 Hz,故B、C错误,D正确。] 3.D　[由图甲可知t=0.1 s时,甲树叶偏离平衡位置的位移最大,此时甲树叶的速度为0,故A错误;由图甲可知树叶振动的周期T=0.4 s,该水波的传播速度v==1.5 m/s,故B错误;由图乙可知0~0.2 s内,乙树叶通过的位移大小x=2A=0.14 m,故C错误;由图甲和图乙可知两个树叶间的距离d=λ+kλ(k=0,1,2,…),若有4.95 m=λ+kλ,则解得k=8,故D正确。] 4.D　[由于波向左右两边传播具有对称性,则在S点右侧找Q的对称点Q',Q'和P之间满足nλ+=18 m-16 m=2 m(n=0,1,2,…),可得λ= m(n=0,1,2,…),又T=0.4 s,可得v== m/s(n=0,1,2,…),当n=0时,波速最大,为v=10 m/s,故D正确。] 5.A　[由题图可知,这列波的波长为λ=8 m,A正确;A、B两个质点的平衡位置相距Δx=4 m=,故振动方向始终相反,B错误;若波向右传播,有T=1 s(n=0,1,2,…),解得T=s(n=0,1,2,…),当n=0时,波有最小频率为f==0.25 Hz,C错误;若波向左传播,有T=1 s(n=0,1,2,…),解得T=s(n=0,1,2,…),则波的传播速度大小为v==(6+8n)m/s(n=0,1,2,…),D错误。] 6.CD　[因波长未知,所以无法确定波的传播方向,故A错误;由图乙可知,t=0时刻,质点P处于平衡位置,若P、Q连线中点处的质点处于平衡位置,则P、Q间的距离必等于波长的整数倍,而由图丙可知,质点Q处于波峰,P、Q间的距离一定不等于波长的整数倍,所以P、Q连线中点处的质点不可能处于平衡位置,故B错误;由图乙、丙可知,t=s时,质点P的位移为负,质点Q的位移为正,位移不相同,故C正确;该波的周期为T=4 s;若波由P点向Q点传播,则波长满足λ=12 m(n=0,1,2,…),可得该波的波速为v==m/s(n=0,1,2,…),则波速的可能值为12 m/s, m/s, m/s,…;若波由Q点向P点传播,则波长满足λ=12 m(n=0,1,2,…),可得该波的波速为v== m/s(n=0,1,2,…),则波速的可能值为4 m/s, m/s, m/s,…,故D正确。] 第 2 页 共 8 页 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $