2019-2020年高中物理 机械振动和机械波单元综合测试 新人教版必修2.doc

2019-2020年高中物理 机械振动和机械波单元综合测试 新人教版必修2本试卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分，试卷满分为100分。考试时间为90分钟。第卷(选择题，共40分)一、选择题(本大题包括10小题，每小题4分，共40分。)1一弹簧振子做简谐振动，周期为T，则()A若t时刻和(tt)时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则t一定等于T的整数倍B若t时刻和(tt)时刻振子运动的速度的大小相等、方向相反，则t一定等于T/2的整数倍C若tT，则在t时刻和(tt)时刻振子运动的加速度一定相等D若tT/2，则在t时刻和(tt)时刻弹簧的长度一定相等2把一个筛子用四根弹簧支起来，筛子上装一个电动偏心轮，它每转一周给筛子一个驱动力，这就做成了一个共振筛，筛子自由振动时，完成20次全振动用15 s，在某电压下，电动偏心轮转速是88 r/min，已知增大电动偏心轮的电压，可以使其转速提高；增加筛子质量，可以增大筛子的固有周期.要使筛子振幅增大，下列做法中正确的有()降低输入电压提高输入电压增加筛子质量减小筛子质量ABC D3如图2(a)是演示简谐运动图象的装置，当盛沙漏斗下面的薄木板N被匀速拉出时，摆动着的漏斗中漏出的沙在板上形成的曲线显示出摆的位移随时间变化的关系，板上的直线OO代表时间轴.图2(b)是两个摆中的沙在各自木板上形成的曲线，若N1和N2板拉动的速度v1和v2的关系为v22v1，则板N1、N2上曲线所代表的振动周期T1和T2的关系为()图2AT2T1 BT22T1CT24T1 DT2T14如图3所示，沿x轴正方向传播的一列横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200 m/s，下列说法中正确的是()图3A从图示时刻开始，经过0.01 s质点a通过的路程为0.4 mB从图示时刻开始，质点b比质点a先到平衡位置C若此波遇到另一列波并产生稳定的干涉条纹，则另一列波的频率为50 HzD若该波在传播中遇到宽约3.999 m的障碍物能发生明显的衍射现象5如图4所示，S1、S2是振幅均为A的两个水波波源，某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示.则下列说法中正确的是()图4A两列波在相遇区域发生干涉B两列波在相遇区域内发生叠加C此时各点的位移是：xA0，xB2A，xC2ADA处振动始终减弱，B、C处振动始终加强6xx年12月下旬，由于印度洋海底的特大地震而引发的海啸使印尼及附近的沿海地区遭受了巨大的损失，但在遇难的尸体中并没有发现一具其它动物的尸体.其原因是()A许多动物都有超声定位系统，能够发射和接收超声波B许多动物对外界刺激比较敏感，能够接收次声波C台风海啸能产生超声波D台风海啸能产生次声波7.同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线见图5，以下说法正确的是()图5A声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线B声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线C水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线D空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线8.一列波长大于1 m的横波沿着x轴正方向传播，处在x11 m和x22 m的两质点A、B的振动图象如图6所示.由此可知()图6A波长为 mB波速为1 m/sC3 s末A、B两质点的位移相同D1 s末A点的振动速度大于B点的振动速度9.图7为一列沿x轴负方向传播的简谐横波，实线为t0时刻的波形图，虚线为t0.6 s时的波形图，波的周期T0.6 s，则()图7A波的周期为2.4 sB在t0.9 s时，P点沿y轴正方向运动C经过0.4 s，P点经过的路程为4 mD在t0.5 s时，Q点到达波峰位置10.图8甲为一列简谐横波在t0.10 s时刻的波形图，P是平衡位置为x1 m处的质点，Q是平衡位置为x4 m处的质点，图8乙为质点Q的振动图象，则()图8At0.15 s时，质点Q的加速度达到正向最大Bt0.15 s时，质点P的运动方向沿y轴负方向C从t0.10 s到t0.25 s，该波沿x轴正方向传播了6 mD从t0.10 s到t0.25 s，质点P通过的路程为30 cm第卷(非选择题，共60分)二、实验题(每小题10分，共20分)11.实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，如图10甲所示.光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图10乙所示，则该单摆的振动周期为_.若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将_(填“变大”、“不变”或“变小”)，图10乙中的t将_(填“变大”、“不变”或“变小”).12.某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作，请判断是否恰当(填“是”或“否”).把单摆从平衡位置拉开约5释放；_在摆球经过最低点时启动秒表计时；_用秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期._该同学改进测量方法后，得到的部分测量数据见表，用螺旋测微器测量其中一个摆球直径的示数见图11，该球的直径为_mm，根据表中数据可以初步判断单摆周期随_的增大而增大.图11数据组编号摆长/mm摆球质量/g周期/s123456999.39993799279925011501132.21653221653221652.02018181414三、计算题(每小题10分，共40分)13如图12所示，质量m的物体在竖直弹簧上做简谐运动，当振幅为A时，木块对弹簧压力的最大值为木块重力的1.5倍，求：图12(1)木块对弹簧压力的最小值为多少？(2)欲使木块不脱离弹簧，其振幅不能超过多少？14一列横波如图13所示，波长8 m，实线表示t10时刻的波形图，虚线表示t20.005 s时刻的波形图.则：图13(1)波速多大？(2)若2Tt2t1T，波速又为多大？(3)若Tt2t1，并且波速为3600 m/s，则波向哪个方向传播？15有一种沙漠蝎子既没有眼睛，也没有耳朵.它捕食猎物靠的是一种地震仪式的本领.它有八条腿，趴伏时大致对称地放置在躯体四周(如图14所示).不远处的小虫一有骚动，就会在沙面上引起一阵地震波.蝎子从哪只腿先感到地震波就能判断小虫所在的方向，并从P波和S波到达的时间差就可以“算出”小虫到它的距离.方位和距离都知道了，它就能扑上去捕获小虫了.已知P波速度为150 m/s，S波速度为50 m/s.如果两波到达沙漠蝎子的时间差为3.5103 s，则小虫离它的距离多大？图1416.两列横波在x轴上沿相反方向传播，如图15所示，传播速度v6 m/s，两列波的频率都是f30 Hz，在t0时，这两列波分别从左和右刚刚传到S1和S2处，使S1和S2都开始向上做简谐振动，S1的振幅为2 cm，S2的振幅为1 cm，已知质点A与S1、S2的距离分别是S1A4.25 m，S2A2.95 m，当两列波在A点相遇时，A点的振幅为多大？图15单元综合测试(机械振动和机械波)1此题若用图象来解决将更直观、方便.设弹簧振子的振动图象如图1所示.B、C两点的位移大小相等、方向相同，但B、C两点的时间间隔tT，A错误；B、C两点的速度大小相等、方向相反，但tT/2，B错误；A、D两点间的位移大小和方向均相等，又是相邻的两点，所以A、D两点的时间间隔tT，A、D两点的位移大小和方向均相等，所以A、D两点的加速度一定相等，C正确；A、C两点的时间间隔tT/2，A点与C点位移大小相等、方向相反，在A点弹簧是伸长的，在C点弹簧是压缩的，所以在A、C两点弹簧的形变量大小相同，而弹簧的长度不相等，D错误.图1答案：C2增大振幅，应使驱动力的频率与筛子的固有频率接近，最好相等.由题意知驱动力周期：T驱 s s，筛子的固有周期：T固 s，T驱T固.办法：可以减小T固，即减小筛子质量，也可以增加T驱，即减小转速，降低电压.故、正确.答案：B3图(a)是课本中演示单摆振动图线的实验装置图，由图(b)图线中可以看出，板N1、N2拉动的距离s相同，拉N1板和拉N2板所用的时间为t1和t2，则sv1t1v2t2，因为v22v1，所以t2t1/2.由图(b)知，t1T1，t22T2代入得2T2，即T2.故正确选项为D.答案：D4由题图可判断出4 mT/v0.02 s，经过0.01 s质点a通过的路程为2个振幅即0.4 m故选项A是正确的.质点b先向下振动，再向上振动，而质点a直接向下振动，所以质点b比质点a后到平衡位置，故选项B是错误的.若此波遇到另一列波并产生稳定的干涉条纹，则它们的频率必相等，为50 Hz，故选项C是正确的.宽度3.999 m与4 m相差不多，所以能发生明显的衍射现象，故选项D是正确的.答案：ACD5两列波发生干涉的条件是：频率相同，相差恒定.从图上可知122，则2f1f2，这两列波不是相干波，故不能产生干涉现象.两列机械波在相遇区域发生叠加，这是波的基本现象之一.其结果是：任何一个质点的总位移，都等于这两列波引起的位移的矢量和.所以B、C选项正确.由于频率不同，叠加情况会发生变化.如C处此时两波峰相遇，但经，S2在C处是波谷，S1则不是，故C处不能始终加强，D错.答案：BC6台风、海啸能产生次声波，动物能够感觉到，提前逃离危险区，而人的听觉范围在20xx0 Hz之间，根本接收不到次声波，不能及时离开，所以人受到的危害最大.答案：BD7本题考查波在不同的介质中传播时波长、频率和波速之间的关系，以及波的图象等知识，意在考查考生对机械波的掌握情况.因声波的波速在水中较空气中快，而波的频率等于振源的振动频率，则声波在水和空气中传播的频率相同，再由vf知，声波在水中传播的波长长.答案：A8本题考查振动图象和波的知识，意在考查考生理解振动图象的含义及与波的知识.由振动图象可知，振动的周期为4 s，3 s末质点A的位移为2 cm，质点B的位移为零，C错；1 s末质点A的振动速度为零，质点B的振动速度最大，D错；由图可知AB两点相距为，所以其波长为 m，波速为 m/s，A正确，B错.答案：A9本题考查机械波和机械振动的综合问题，意在考查考生的理解能力、推理能力、分析综合能力.从两时刻的波形图可以看出，在t0.6 s时间内，波传播的距离x6 m，故传播时间t0.6 s，周期T0.8 s，A项错误；同时可求波速为10 m/s；t0时刻P点向y轴负方向振动，经过t0.9 s1T，P点正向y轴负方向振动，B项错误；经过t0.4 s，即半个周期，P点经过的路程为2A0.4 m，C项错误；经过t0.5 s，波向x轴负向平移xvt5 m，可知Q点处于波峰，D项正确.答案：D10本题考查简谐运动和简谐波的规律、图象及其应用；意在考查考生利用图象获取信息的能力和应用信息分析判断的能力及其对简谐运动和简谐波的理解.A选项，由乙图象看出，t0.15 s时，质点Q位于负方向的最大位移处，而简谐运动的加速度大小与位移成正比，方向与位移方向相反，所以加速度为正向最大值；B选项中，由乙图象看出，简谐运动的周期为T0.20 s，t0.10 s时，质点Q的速度方向沿y轴负方向， 由甲图可以看出，波的传播方向应该沿x轴负方向，因甲图是t0.10 s的波形，所以t0.15 s时，经历了0.05 s的时间，图甲的波形向x轴负方向平移了2 m的距离，如图9所示，因波向x轴负方向传播，则此时P点的运动方向沿y轴负方向；D选项中，由图甲可以看出，由于t0.10 s时刻质点P不处于平衡位置，故从t0.10 s到t0.25 s质点P通过的路程不为30 cm，本题正确选项为AB.图9答案：AB11解析：本题主要考查对单摆的周期公式的理解以及阅读图形的能力，意在考查考生的分析综合能力与实验能力.通过R随t的变化图象可知，单摆半个周期的时间为(t1t0)t1t0，所以单摆的周期为2t0.当换用直径为原来2倍的小球做实验时，该单摆的摆长将会变大，周期T将会变大.t表示小球通过光敏电阻与激光器之间的时间，当摆球直径变大时，通过的时间将变大.答案：2t0变大变大12解析：本题由用单摆测重力加速度的实验衍生而来，同时考查了螺旋测微器的读数，意在考查考生对基本的实验工具的使用和读数、基本实验的操作步骤和数据处理的掌握程度.单摆的摆角小于5时，单摆做简谐振动.当球摆到最低点时，速度最大，此位置开始计时误差小.为了减小误差，应该记录3050次全振动的时间，然后再计算出单摆的周期.分析表格中的数据可知，当两摆的摆长相同，质量不同时，周期相同，而质量相同，摆长长的周期大.答案：是；是；否20.685(20.68320.687)摆长13解析：因为木块在竖直方向上做简谐运动，依题意木块在最低点时对弹簧的压力最大，在最高点对弹簧的压力最小.(1)在最低点根据牛顿第二定律有FNmgma，代入数据解得a0.5 g由最高点和最低点相对平衡位置对称，加速度大小等值反向，所以最高点的加速度大小为a0.5 g，在最高点根据牛顿第二定律有mgFNma，故FNmgma0.5 mg.(2)要使木块不脱离弹簧，设其振幅不能超过A，此时木块振到最高点恰在弹簧原长处，此时的最大加速度为g，由ax知，当振幅为A时，在最低点有0.5 gA；当振幅为A时，在最高点有gA，由此可得A2A.答案：(1)0.5 mg(2)2A14解析：(1)若波沿x轴正方向传播t2t1nT，得：T s波速v400(4n1) m/s(n0,1,2，)若波沿x轴负方向传播，t2t1TnT得：T s波速v400(4n3) m/s(n0,1,2，)(2)若波沿x轴正方向传播t2t1T，T0.004 s所以波速v2000 m/s若波沿x轴负方向传播t2t1T，T s所以速度v2800 m/s(3)令v400(4n1) m/s3600 m/s得n2，所以波速3600 m/s，符合沿x轴正方向传播的情况.若令v400(4n3) m/s3600 m/s则n不为整数值，所以波只能沿x轴正方向传播.答案：(1)400(4n1) m/s(n0,1,2，)400(4n3) m/s(n0,1,2，)(2)2000 m/s2800 m/s(3)沿x轴正方向传播15解析：从P波和S波到达沙漠蝎子的时间差及其波速即可确定小虫与沙漠蝎子间的距离，根据xvt，结合题意有：t，即：3.5103 s，解得：x0.2625 m26 cm.答案：26 cm16解析：根据vf，则 m0.2 mS1、S2两波源到A点的波程差xS1S2(4.252.95) m1.3 m因为是完全相同的波源，所以x若满足半波长的偶数倍，A点振动加强，振幅为两振幅之和；x若满足半波长的奇数倍，A点振动减弱，振幅为两振幅之差，由此判定1.32/0.213.即满足半波长的奇数倍，A点为振动减弱点，振动振幅为AA1A2(21) cm1 cm.答案：1 cm