高考物理二輪復(fù)習(xí)【專題15】機械振動和機械波(講)(原卷版)

1、2015年高三二輪復(fù)習(xí)講練測之講案【新課標版物理】專題15 機械振動和機械波考向01機械振動1.講高考（1）考綱要求知道簡諧運動的概念，理解簡諧運動的表達式和圖象；知道什么是單擺，知道在擺角較小的情況下單擺的運動是簡諧運動，熟記單擺的周期公式；理解受迫振動和共振的概念，掌握產(chǎn)生共振的條件（2）命題規(guī)律考查的熱點有簡諧運動的特點及圖象；題型以選擇題和填空題為主，難度中等偏下，波動與振動的綜合也有計算題的形式考查。案例1【2014·浙江卷】一位游客在千島湖邊欲乘游船，當(dāng)日風(fēng)浪很大，游船上下浮動。可把游艇浮動簡化成豎直方向的簡諧運動，振幅為20cm，周期為3.0s。當(dāng)船上升到最高點時，甲板

2、剛好與碼頭地面平齊。地面與甲板的高度差不超過10cm時，游客能舒服地登船。在一個周期內(nèi)，游客能舒服地登船的時間是（ ）A.0.5s B.0.75s C.1.0s D.1.5s 案例2【2014·安徽卷】在科學(xué)研究中，科學(xué)家常將未知現(xiàn)象同已知現(xiàn)象進行比較，找出其共同點，進一步推測未知現(xiàn)象的特性和規(guī)律。法國物理學(xué)家?guī)靵鲈谘芯慨惙N電荷的吸引力問題時，曾將扭秤的振動周期與電荷間距離的關(guān)系類比單擺的振動周期與擺球到地心距離的關(guān)系。已知單擺擺長為l，引力常量為G，地球質(zhì)量為M，擺球到地心的距離為r，則單擺振動周期T與距離r的關(guān)系式為（ ）A. B. C. D. 案例3 （2013·江蘇

3、卷）如圖所示的裝置，彈簧振子的固有頻率是4 Hz。現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動把手，給彈簧振子以周期性的驅(qū)動力，測得彈簧振子振動達到穩(wěn)定時的頻率為1Hz，則把手轉(zhuǎn)動的頻率為 。A.1 Hz B.3 Hz C.4 Hz D.5 Hz 2.講基礎(chǔ) (1)簡諧運動的特征動力學(xué)特征：Fkx.運動學(xué)特征：x、v、a均按正弦或余弦規(guī)律發(fā)生周期性變化(注意v、a的變化趨勢相反)能量特征：系統(tǒng)的機械能守恒，振幅A不變簡諧運動的運動學(xué)表達式：xAsin (t)，其中A代表振幅，2f表示簡諧運動的快慢，(t)代表簡諧運動的相位，叫做初相。（2）單擺 視為簡諧運動的條件：擺角小于5°.周期公式：單擺的等時性：單擺的振動周期

4、取決于擺長l和重力加速度g，與振幅和振子(小球)質(zhì)量都沒有關(guān)系（3）受迫振動與共振受迫振動：系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動做受迫振動的物體，它的周期(或頻率)等于驅(qū)動力的周期(或頻率)，而與物體的固有周期(或頻率)無關(guān)共振：做受迫振動的物體，它的固有頻率與驅(qū)動力的頻率越接近，其振幅就越大，當(dāng)二者相等時，振幅達到最大，這就是共振現(xiàn)象共振曲線如圖所示。3.講典例案例1(多選)【2015北京市海淀區(qū)高三上學(xué)期期中練習(xí)】如圖所示，一根輕質(zhì)彈簧上端固定在天花板上，下端掛一重物（可視為質(zhì)點），重物靜止時處于B位置?，F(xiàn)用手托重物使之緩慢上升至A位置，此時彈簧長度恢復(fù)至原長。之后放手，使重物從靜止開始下落，沿豎直方

5、向在A位置和C位置（圖中未畫出）之間做往復(fù)運動。重物運動過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。關(guān)于上述過程（不計空氣阻力），下列說法中正確的是( )A重物在C位置時，其加速度的大小等于當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹礏在重物從A位置下落到C位置的過程中，重力的沖量大于彈簧彈力的沖量C在手托重物從B位置緩慢上升到A位置的過程中，手對重物所做的功等于重物往復(fù)運動過程中所具有的最大動能D在重物從A位置到B位置和從B位置到C位置的兩個過程中，彈簧彈力對重物所做功之比是14 【趁熱打鐵】(多選)【2014·浙江慈溪中學(xué)高三上期10月月考】將一單擺向左拉至水平標志線上，從靜止釋放，當(dāng)擺球運動到最低點時，擺線碰到障礙物

6、，擺球繼續(xù)向右擺動。用頻閃照相機拍到如圖所示的單擺運動過程的頻閃照片，以下說法正確的是( )A這個實驗說明了動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中機械能守恒B擺線碰到障礙物前后的擺長之比為94C擺線經(jīng)過最低點時，線速度不變，半徑減小，擺線張力變大D擺線經(jīng)過最低點時，角速度變大，半徑減小，擺線張力不變 案例2(多選)2014·浙江紹興一中高三最后一?！咳鐖D是用頻閃照相的方法獲得的彈簧振子的位移-時間圖象，下列有關(guān)該圖象的說法正確的是 （ ）A該圖象拍攝了若干個小球的振動情況B從圖象可以看出小球在振動過程中沿t軸方向移動的C為了顯示小球在不同時刻偏離平衡位置的位移，讓底片沿垂直x軸

7、方向勻速運動D圖象中小球的疏密顯示出相同時間內(nèi)小球位置變化快慢不同 【趁熱打鐵】 【2013-2014·淮安市高三年級調(diào)研測試卷】如圖所示為一單擺的共振曲線，根據(jù)曲線可求得此單擺擺長為 ，若該單擺的擺長變短，則此共振曲線振幅A最大值對應(yīng)的橫坐標f的值將 （選填“增大”、“減小”或“不變”）（取g=2）。 4.講方法（1）簡諧運動的圖象及運動規(guī)律振動圖象的信息：由圖象可以知道振幅、周期。可以確定某時刻質(zhì)點離開平衡位置的位移?？梢愿鶕?jù)圖象確定某時刻質(zhì)點回復(fù)力、加速度和速度的方向。特別提醒：回復(fù)力和加速度的方向：因回復(fù)力總是指向平衡位置，故回復(fù)力和加速度在圖象上總是指向t軸；速度的方向：速

8、度的方向可以通過下一時刻位移的變化來判定，下一時刻位移如增加，振動質(zhì)點的速度方向就是遠離t軸，下一時刻位移如減小，振動質(zhì)點的速度方向就是指向t軸。規(guī)律總結(jié)：(a)大小變化規(guī)律：位移、回復(fù)力、加速度三個物理量同步變化，與速度的變化步調(diào)相反(b)方向變化規(guī)律：各矢量在其值為零時改變方向，其中速度在最大位移處改變方向，位移、回復(fù)力、加速度在平衡位置改變方向（2）簡諧運動的“三性”簡諧運動的對稱性：做簡諧運動的質(zhì)點，在距平衡位置等距離的兩點上時，具有大小相等的速度和加速度簡諧運動的多解性：做簡諧運動的質(zhì)點，在運動上是一個變加速運動，質(zhì)點運動相同的路程所需的時間不一定相同，它是一個周期性的運動若運動的時

9、間與周期的關(guān)系存在整數(shù)倍的關(guān)系，則質(zhì)點運動的路程就不會是唯一的簡諧運動的周期性：位移和速度均大小相等、方向相反的兩個時刻之間的時間為半個周期的奇數(shù)倍；位移和速度均相同的兩個時刻間的時間為周期的整數(shù)倍.（3）解答有關(guān)振動圖象的題目時，要注意：將圖象與題目中振子的運動情景結(jié)合起來從圖象中找到一些有用的信息，如振幅、周期、各時刻的位移等將圖象所表現(xiàn)的信息與振子運動的幾個特點結(jié)合起來，如振子的對稱性、周期性.（4）自由振動、受迫振動和共振的關(guān)系比較 振動項目自由振動受迫振動共振受力情況僅受回復(fù)力受驅(qū)動力作用受驅(qū)動力作用振動周期或頻率由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定，即固有周期T0或固有頻率f0由驅(qū)動力的周期或頻率決

10、定，即TT驅(qū)或ff驅(qū)T驅(qū)T0或f驅(qū)f0振動能量振動物體的機械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動力的物體提供振動物體獲得的能量最大常見例子彈簧振子或單擺(5°)機械工作時底座發(fā)生的振動共振篩、聲 音的共鳴等5.講易錯【題目】(多選)【2014北京市第四十四中學(xué)高三第一學(xué)期期中】某單擺做小角度擺動，其振動圖象如圖所示，則以下說法正確的是（ ）At1時刻擺球速度最大，擺球向心加速度最大 Bt2時刻擺球速度最大，懸線對它的拉力最大Ct3時刻擺球速度為零，擺球所受回復(fù)力最大 Dt4時刻擺球速度為零，擺球處于平衡狀態(tài) 考向01機械波1.講高考（1）考綱要求知道機械波的特點和分類；掌握波速、波長和頻率的關(guān)系，會分析

11、波的圖象.3.理解波的干涉、衍射現(xiàn)象和多普勒效應(yīng)，掌握波的干涉和衍射的條件（2）命題規(guī)律考查的熱點有波的圖象以及波長、波速、頻率的關(guān)系題型以選擇題和填空題為主，難度中等偏下，波動與振動的綜合也有計算題的形式考查案例1【2014·天津卷】平衡位置處于坐標原點的波源S在y軸上振動，產(chǎn)生頻率為50Hz的簡諧橫波向x軸正、負兩個方向傳播，波速均為100m/s，平衡位置在x軸上的P、Q兩個質(zhì)點隨波源振動著，P、Q的x軸坐標分別為，當(dāng)S位移為負且向y方向運動時，P、Q兩質(zhì)點的( )A位移方向相同、速度方向相反 B位移方向相同、速度方向相同C位移方向相反、速度方向相反 D位移方向相反、速度方向相同

12、 案例2【2014·新課標全國卷】圖（a）為一列簡諧橫波在t=0.10s時刻的波形圖，P是平衡位置在x=1.0m處的質(zhì)點，Q是平衡位置在x=4.0m處的質(zhì)點；圖（b）為質(zhì)點Q的振動圖象，下列說法正確的是 。（填正確答案標號，選對1個給2分，選對2個得4分，選對3個得5分，每選錯1個扣3分，最低得分0分）A.在t=0.10s時，質(zhì)點Q向y軸正方向運動B.在t=0.25s時，質(zhì)點P的加速度方向與y軸正方向相同C.從t=0.10s到t=0.25s，該波沿x軸負方向傳播了6mD.從t=0.10s到t=0.25s，質(zhì)點P通過的路程為30cmE.質(zhì)點Q簡諧運動的表達式為（國際單位） 案例3 （2

13、013·上海卷）一列橫波沿水平繩傳播，繩的一端在t0時開始做周期為T的簡諧運動，經(jīng)過時間t（TtT），繩上某點位于平衡位置上方的最大位移處。則在2t時，該點位于平衡位置的( )(A)上方，且向上運動 (B)上方，且向下運動 (C)下方，且向上運動 (D)下方，且向下運動 2.講基礎(chǔ)（1）機械波的形成條件：波源；介質(zhì)（2） 機械波的特點機械波傳播的只是振動的形式和能量，質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做簡諧運動，并不隨波遷移介質(zhì)中各質(zhì)點的振幅相同，振動周期和頻率都與波源的振動周期和頻率相同各質(zhì)點開始振動(即起振)的方向均相同一個周期內(nèi)，質(zhì)點完成一次全振動，通過的路程為4A，位移為零（3） 波

14、長、波速、頻率及其關(guān)系波長：在波動中，振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離，用表示波速：波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定；波速的計算公式：vT或。頻率：由波源決定，等于波源的振動頻率波長、波速和頻率的關(guān)系：vf.特別提醒1.機械波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，頻率不變，波速、波長都改變（4） 波的干涉和衍射產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：頻率相同的兩列同性質(zhì)的波相遇現(xiàn)象：兩列波相遇時，某些區(qū)域振動總是加強，某些區(qū)域振動總是減弱，且加強區(qū)和減弱區(qū)互相間隔對兩個完全相同的波源產(chǎn)生的干涉來說，凡到兩波源的路程差為一個波長整數(shù)倍時，振動加強；凡到兩波源的路程差為半個波長的奇數(shù)倍時，振動減弱產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的

15、條件：障礙物或孔(縫)的尺寸跟波長差不多，或者比波長更?。?） 多普勒效應(yīng)波源不動：觀察者向波源運動，接收頻率增大；觀察者背離波源運動，接收頻率減小觀察者不動：波源向觀察者運動，接收頻率增大；波源背離觀察者運動，接收頻率減小當(dāng)波源與觀察者相互靠近時，觀察者接收到的頻率變大，當(dāng)波源與觀察者相互遠離時，觀察者接收到的頻率變小。3.講典例案例1（多選）【2015北京市海淀區(qū)高三上學(xué)期期中練習(xí)】一列波速為2.0m/s，沿x軸正向傳播的簡諧機械橫波某時刻的波形圖如圖所示，P為介質(zhì)中的一個質(zhì)點。關(guān)于這列機械波，下列說法中正確的是 （ ）A該機械波的振幅為0.2mB該機械波的波長為10mC從此時刻起再經(jīng)過1

16、0s，質(zhì)點P通過的路程為0.8mD此時刻質(zhì)點P的加速度方向與速度方向相同 【趁熱打鐵】 【2014·銀川一中2014屆高三月考】取一根柔軟的彈性繩，將繩的右端固定在豎直墻壁上，繩的左端自由，使繩處于水平伸直狀態(tài)從繩的端點開始用彩筆每隔0.50 m標記一個點，依次記為A、B、C、D如圖所示現(xiàn)用振動裝置拉著繩子的端點A沿豎直方向做簡諧運動，若A點起振方向向上，經(jīng)0.1 s第一次達正向最大位移，此時C點恰好開始起振，則繩子形成的波是橫波還是縱波？簡要說明判斷依據(jù)，并求波速為多大；從A開始振動，經(jīng)多長時間J點第一次向下達到最大位移？ 畫出當(dāng)J點第一次向下達到最大位移時的波形圖象 案例2（多選

17、）【2014·南京市、鹽城市高三年級第一次模擬考試】如圖所示，列車上安裝一個聲源，發(fā)出一定頻率的樂音。當(dāng)列車與觀察者都靜止時，觀察者記住了這個樂音的音調(diào)。在以下情況中，觀察者聽到這個樂音的音調(diào)比原來降低的是（ ）A觀察者靜止，列車向他駛來B觀察者靜止，列車離他駛?cè)列車靜止，觀察者靠近列車D列車靜止，觀察者遠離列車 【趁熱打鐵】【2014榮昌中學(xué)上期末考】如圖所示表示兩列相干水波某時刻的波峰和波谷位置，實線表示波峰，虛線表示波谷，相鄰實線與虛線間的距離為0.2 m，波速為1 m/s，在圖示范圍內(nèi)可以認為這兩列波的振幅均為1cm，C點是相鄰實線與虛線間的中點，則（ )A圖示時刻A、B兩

18、點的豎直高度差為2cm B圖示時刻C點正處于平衡位置且向水面上運動C F點到兩波源的路程差為零 D經(jīng)0.2s，A點的位移為零 4.講方法（1）質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向的互判方法上下坡法沿波的傳播方向看，“上坡”的點向下運動，“下坡”的點向上運動，簡稱“上坡下，下坡上”，如圖所示帶動法如圖所示，在質(zhì)點P靠近波源一方附近的圖象上另找一點P，若P在P上方，則P向上運動，若P在P下方，則P向下運動微平移法原理：波向前傳播，波形也向前平移方法：作出經(jīng)微小時間t后的波形，如圖8虛線所示，就知道了各質(zhì)點經(jīng)過t時間到達的位置，也就知道了此刻質(zhì)點的振動方向，可知圖中P點振動方向向下（2）振動圖象與波動圖象振

19、動圖象波動圖象研究對象一振動質(zhì)點沿波傳播方向的所有質(zhì)點研究內(nèi)容一質(zhì)點的位移隨時間的變化規(guī)律某時刻所有質(zhì)點的空間分布規(guī)律圖象物理意義表示同一質(zhì)點在各時刻的位移表示某時刻各質(zhì)點的位移圖象信息(1)質(zhì)點振動周期(2)質(zhì)點振幅(3)某一質(zhì)點在各時刻的位移(4)各時刻速度、加速度的方向(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點在該時刻的位移(3)任意一質(zhì)點在該時刻的加速度方向(4)傳播方向、振動方向的互判圖象變化隨時間推移，圖象延續(xù)，但已有形狀不變隨時間推移，波形沿傳播方向平移一完整曲線占橫坐標的距離表示一個周期表示一個波長（3）波的干涉、衍射、多普勒效應(yīng)波的干涉中振動加強點和減弱點的判斷某質(zhì)點的振動是加強還是減弱，取決于該點到兩相干波源的距離之差x.(a)當(dāng)兩波源振動步調(diào)一致時若xn(n0,1,2，)，則振動加強；若x(2n1) (n0,1,2，)，則振動減弱(b)當(dāng)兩波源振動步調(diào)相反時若x(2n1) (n0,1,2，)，則振動加強；若xn(n0,1,2，)，則振動減弱波的衍射現(xiàn)象是指波能繞過障礙物