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2024 年高考一轮复习100 考点100 讲
第9 章 机械振动和机械波
第9.6 讲 振动和波中STSE 问题
【知识点精讲】
振动和波中STSE 问题主要有：摆钟、共振的防止和应用、超声波、心
电图、消音器等。
【方法归纳】
解答摆钟问题主要依据单摆的周期公式；
解答共振的防止和应用依据受迫振动和共振的知识；
超声波可以探测海洋中生物、测量海洋深度等，B 超可以发现人体的器
官病变；
根据心电图可以得出心脏跳动的心率等；
消音器可以减弱噪声的影响等。
【最新高考题精练】
1．（2023 年1 月浙江选考· 6）主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波．，
某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图所示，取得最好降噪效果的抵消声波（声音在空气中的传播速度为
）（ ）
1
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A．振幅为2A
B．频率为
C．波长应为
的奇数倍 D．在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相
【参考答案】B
【命题意图】本题考查机械波干涉及其相关知识点。
【名师解析】主动降噪耳机是根据波的干涉条件，抵消声波与噪声的振幅。根据波动干涉条件可知，频率
相同，相位相反，叠加后才能相互抵消来实现降噪的。抵消声波与噪声的振幅相同，其振幅也为A，A 错
误；抵消声波与噪声的频率相同，由
，B 正确；抵消声波与噪声的波速、频率相同，则波
长也相同，为，
，C 错误；抵消声波在耳膜中产生的振动与图中所示的振动
反相，D 错误。
2. （2021 年1 月浙江选考）为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松
果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示。则
A.针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同
B.随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大
C.打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同
D.稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
2
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【参考答案】AD【名师解析】由于不同树木的果实的振动固有频率不同，所以针对不同树木，
落果效果最好的振动频率可能不同，选项A 正确；根据共振的相关知识，可知随着振动器频
率的增加，树干振动的幅度可能减小，不一定增大，选项B 错误；打击杆对不同粗细树干打
击结束后，树干的振动频率不一定相同，选项C 错误；根据受迫振动的物体稳定后其振动频
率等于驱动力的频率，所以稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，
选项D 正确。
3. (多选)(2020·全国卷Ⅰ)在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有( )
A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声
B．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化
C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低
D．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同
E．天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性
变化
【参考答案】BCE
【名师解析】雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声，这是由于光的速度比声波的速度大，选
项A 错误；超声波被血管中血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化，是多普勒效应，选项B 正
确；观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低，是多普勒效应，选项C 正确；同一声源发出的声
波，在空气和水中的传播速度不同，是声速与介质有关，不是多普勒效应，选项D 错误；天文学上观察到
双星光谱随时间的周期性变化是多普勒效应，选项E 正确。
4.（2015`江苏物理）一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出
的超声波相比_________.
（A）．波速变大 （B）．波速不变
（C）．频率变高 （D）．频率不变
【参考答案】BC
【名师解析】：根据多普勒效应，被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比频率变高，波速不变，选
项BC 正确。
5（2015`江苏物理）用2×106Hz 的超声波检查胆结石，该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2250m/s 和
3
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1500m/s，则该超声波在结石中的波长是胆汁中的______倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波长短，
遇到结石时_______（选填“容易”或者“不容易”）发生衍射。
【参考答案】1.5 不容易
【名师解析】：由λ=v/f 可知，该超声波在结石中的波长是胆汁中的1.5 倍。用超声波检查胆结石是因为
超声波的波长短，遇到结石时不容易发生衍射。
【最新模拟题精练】
1. （2023 浙江宁波部分名校联考）3. 下列情境中属于共振现象的是（ ）
A．小红利用脱水机甩干洗完衣服上的水滴时，发现随着脱水机结束工作转速缓慢减小时，机器的摆动反
而变得剧烈了起来
B．小王和小张兄弟俩在荡秋千时，小王发现小张荡的比他高，马上通过调整姿势将秋干荡得比小张更高
C．101 大厦在台风来临之际，其内部的重锤开始随着高楼一起摆动，且摆动方向与高楼振动方向始终相反
D．如图是扬声器的结构示意图，当人在说话时，带动膜片振动，最后通过扬声器的振动将声音以较高音
量发出
【参考答案】A
【名师解析】小红利用脱水机甩干洗完衣服上的水滴时，发现随着脱水机结束工作转速缓慢减小时，机器
的摆动反而变得剧烈了起来，这是因为脱水机转速逐渐减小到等于脱水机的固有频率时，发生共振，振幅
增大，A 正确；小王和小张兄弟俩在荡秋千时，小王发现小张荡的比他高，马上通过调整姿势将秋干荡得
比小张更高，是小王通过弯腿，伸腿，做功的结果，不是共振，B 错误；101 大厦在台风来临之际，其内
部的重锤开始随着高楼一起摆动，属于受迫振动，C 错误；人在说话时，带动膜片振动，最后通过扬声器
的振动将声音以较高音量发出，是通过放大电路，不是共振，D 错误。
2. （2023 浙江萧山名校联考）共振筛由偏心轮、筛子、弹簧等组成，偏心轮转动过程给筛子一个驱动力，
如图甲所示。该共振筛的共振曲线如图乙所示。已知增大电压，可使偏心轮转速提高，增加筛子质量，可
增大筛子的固有周期，已知12V 电压下偏心轮的转速为30r/min，则下列说法中正确的是（ ）
4
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A. 电压为12V 时，筛子实际振动的频率是0.8Hz
B. 电压从12V 开始减小，筛子有可能会共振
C. 保持12V 电压不变，减小筛子的质量，筛子有可能会共振
D. 若只改变电压，筛子的固有周期不变，仍为1.25s
【参考答案】D
【名师解析】
电压为12V 时，筛子实际振动的频率是
，故A 错误；
由乙图知，当频率为0.8Hz 时，发生共振，即筛子的固有频率为f0=0.8Hz
根据题意，电压从12V 开始减小，偏心轮转速降低，频率减小，筛子不可能会共振，故B 错误；
保持12V 电压不变，偏心轮频率不变，减小筛子的质量，筛子固有周期减小，固有频率增大，筛子不可能
会共振，故C 错误；
根据题意，筛子的固有周期与电压无关，筛子的固有周期
，故D 正确。
3 （2023 江苏泰州期末）如图所示，《我爱发明》节目《松果纷纷落》中的松果采摘机利用机械臂抱
紧树干，通过采摘振动头振动而摇动树干，使得松果脱落．则下列说法正确的是( )
A. 随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大
B. 稳定后，不同粗细树干的振动频率与振动器的振动频率相同
C. 若拾果工人快速远离采摘机时，他听到采摘机振动声调变高
5
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D. 针对不同树木，落果效果最好的振动频率一定相同
【参考答案】B
【名师解析】根据共振原理，当振动器频率等于树干的固有频率时，树干振动的幅度最大，所以随着
振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，选项A 错误；在振动器作用下，树干做受迫振动，稳定
后，不同粗细树干的振动频率与振动器的振动频率相同，选项B 正确；若拾果工人快速远离采摘机时，根
据多普勒效应，他听到采摘机振动声调变低，选项C 错误；针对不同树木，落果效果最好的振动频率应该
是发生共振，即针对不同树木，落果效果最好的振动频率不一定相同，选项D 错误。
4. （2023 山东德州高二期中）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
【参考答案】B
【名师解析】当冰层与锤头发生共振时，锤头的振动频率等于冰层的固有频率，可以大幅提高破冰效率，
选项B 正确。
5. （2023 山东青岛二中下学期期中）B 超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会
产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号形成B 超图像。如图为血管探头沿x 轴正方向发送的简谐
超声波图像，
时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为
，下列说法正确的是（
）
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A. 超声波在血管中的传播速度为
B.
内质点M 运动的路程为1.75mm
C. 质点M 第一次位移为0.2mm 的时刻是
D.
时质点N 恰好处于波谷
【参考答案】AD
【名师解析】
由题图可知超声波的波长为
由题意可知此超声波的周期为
超声波在血管中的传播速度为
，故A 正确；
0～1.25×10-7s 内质点M 运动了
个周期，所以路程为
，故B 错误；
t=0 时刻M 正位于波传播方向波形的上坡，所以此时M 正向y 轴负方向运动，则质点M 的振动方程是
质点M 第一次位移为0.2mm 的时刻是
，C 错误；
超声波在Δt=1.5×10-7s 时间内传播的距离为
由图可知t=0 时平衡位置在x=14×10-2mm 的质点正位于波谷处，所以t=1.5×10-7s 时，该波谷恰好传播到质
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点N 处，即此时N 恰好处于波谷，故D 正确。
6.（2023 湖南怀化二模）“战绳”是一种时尚的健身器材，有较好的健身效果。如图1 所示，健身者把两
根相同绳子的一端固定在P 点，用双手分别握住绳子的另一端，然后根据锻炼的需要以不同的频率、不同
的幅度上下抖动绳子，使绳子振动起来。某次锻炼中，健身者以2Hz 的频率开始抖动绳端，t=0 时，绳子
上形成的简谐波的波形如图2 所示，a、b 为右手所握绳子上的两个质点，二者平衡位置间距离为波长的
，
此时质点a 的位移为8
cm。已知绳子长度为12m，下列说法正确的是（ ）
A. a、b 两质点振动的相位差为
B.
时，质点a 的位移仍为
cm，且速度方向向下
C. 健身者增大抖动频率，将减少振动从绳子端点传播到P 点的时间
D. 健身者抖动绳子端点（刚开始处于平衡位置），经过0.4s 振动恰好传到P 点
【参考答案】AB
【名师解析】
a、b 两质点二者平衡位置间距离如果为一个波长，则其相位差为2，依题意其平衡位置相距
波长，则
振动的相位差为
，故A 正确；
由题意可知振动频率为2Hz，则周期为0.5s，则从图示位置开始计时，则质点a 的位移与时间的关系为
8
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可知当
时，质点a 的位移仍为
cm，且由图2 可知此时质点a 从波峰向平衡位置运动，故B 正确；
波速由介质而定，则增大抖动频率，不会改变振动从绳子端点传播到P 点的时间，故C 错误；
从图中可以得到，波长为8m，周期为0.5 秒，则波速为
经0.4s，传播的距离为
即健身者抖动绳子端点（刚开始处于平衡位置），经过0.4s 振动不能传到P 点，故D 错误。
7．(9 分) (2021 山东枣庄4 月二模)某型号的网红“水帘秋千”如图所示，它与平常秋千的不同之处是钢铁
做成的秋千架上装有273 个独立竖直向下的出水孔，在系统控制下能够间断性出水，从而形成一个有孔洞
的水帘。假设秋千摆长L=3.0m，人坐在座板上，头顶到座板的距离为h1=1.0m，鞋底到座板的距离为
h2=0.5m，忽略绳的重力和空气阻力，人与座板整体的重心在座板上。假设秋千的摆动周期与同摆长的单摆
做简谐运动的周期相同；出水孔打开时，水的初速度为零。以秋千座板从最高点刚要向下摆动时作为计时
起点，此刻，比座板略宽的范围内的所有出水孔都是关闭的。取g=10m ／s2 ，π=3.14 ，
。计算结果均保留到小数点后面两位。求：
(1)在秋千第一次从最高点运动到最低点的过程中，哪个时刻打开出水孔，水刚好不能淋湿人的头顶；
(2)在秋千第二次到达最低点之前最迟哪个时刻关闭出水孔，水刚好不能淋湿人体的任何部位；
(3)接第(2)问，当秋千第二次到达最低点时，水又刚好不能淋湿人的头顶，那么，出水孔关闭了多长时间。
【名师解析】．(9 分)
(1)计时开始后，设第一滴水经历自由落体时间△t1刚好落到人头顶处，其下落距离应为L－h1。由运动学公
式有：
9
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①
解得：△t1=0.63s
设单摆的运动周期为T，则
②
解得：T=3.44s
设在计时开始后，t1时刻打开出水孔，则
③
解得：t1=0.23s
④
(2)设关闭出水孔的最后一滴水经历自由落体时间△t2刚好落到人脚底处，其下落距离应为L+h2。由运动学
公式有：
⑤
解得：△t2=0.84s
设从计时开始后，t2时刻关闭出水孔，则
⑥
解得：t2=1.74s
⑦
(3)当再次打开出水孔后的第一滴水又刚好不淋湿头顶，第一滴水下落的时间依然为
△t1，设从关闭出水孔到再次打开出水孔，关闭的持续时间为△t3，则
⑧
解得：△t3=0.21s
⑨
评分标准：本题共9 分，①②③④⑤⑥⑦⑧⑨式各1 分。
8. （2023 重庆沙家坝重点中学质检）某同学注意到手机摄像头附近有一个小孔，查阅手机说明后知道手
机内部小孔位置处安装了降噪麦克风。进一步翻阅技术资料得知：降噪麦克风通过降噪系统产生与外界噪
音相位相反的声波，与噪音叠加从而实现降噪的效果。如图是理想情况下的降噪过程，实线对应环境噪声，
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虚线对应降噪系统产生的等幅反相声波。则（ ）
A. 降噪过程实际上是声波发生了干涉
B. 降噪过程可以消除通话时的所有背景杂音
C. 降噪声波与环境噪声的传播速度不相等
D. P 点经过一个周期传播的距离为一个波长
【参考答案】A
【名师解析】
由图看出，降噪声波与环境声波波长相等，又由机械波传播的速度由介质决定可知降噪声波与环境噪声的
传播速度相等，则两列波频率相同，叠加时产生干涉，由于两列声波等幅反相，所以振动减弱，起到降噪
作用，A 正确、C 错误；降噪过程不能消除通话时的所有背景杂音，只能消除与降噪声波频率相同的杂音，
B 错误；P 点并不随波移动，D 错误。
9．（2023 山东枣庄高二期末）如图甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千
上来回 摆动，据图乙，下列关于女同学的感受的说法正确的是（ ）
A．女同学从 A 向 B 运动过程中，她听到的哨声音调变低
B．女同学从 E 向 D 运动过程中，她听到的哨声音调变高
C．女同学在点 C 向右运动时，她听到的哨声音调不变
D．女同学在点 C 向左运动时，她听到的哨声音调变低
【参考答案】D.
【名师解析】根据多普勒效应 ，当声源不动时，观察者向着声源运动时，听到的哨声音调变高，远离声
源运动时，听到的哨声音调变低，所以ABC 错误；D 正确。
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