2023新教材高考物理二輪專題復(fù)習(xí)專題八動(dòng)量定理動(dòng)量守恒定律教師用書

專題八機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波命題熱點(diǎn)常考題型(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及振動(dòng)圖像；(2)波的圖像問(wèn)題；(3)振動(dòng)圖像與波的圖像的綜合應(yīng)用；(4)實(shí)際情境中的振動(dòng)和波動(dòng)問(wèn)題．選擇題計(jì)算題高頻考點(diǎn)·能力突破考點(diǎn)一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律及振動(dòng)圖像1．必須理清的知識(shí)聯(lián)系2．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像問(wèn)題的兩種分析方法方法一：圖像—運(yùn)動(dòng)結(jié)合法解此類題時(shí)，首先要理解x-t圖像的意義，其次要把x-t圖像與質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際振動(dòng)過(guò)程聯(lián)系起來(lái)．圖像上的一個(gè)點(diǎn)表示振動(dòng)中的一個(gè)狀態(tài)(位置、振動(dòng)方向等)，圖像上的一段曲線對(duì)應(yīng)振動(dòng)的一個(gè)過(guò)程，關(guān)鍵是判斷好平衡位置、最大位移及振動(dòng)方向．方法二：直觀結(jié)論法簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像表示振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律，即位移—時(shí)間的函數(shù)關(guān)系圖像，不是物體的運(yùn)動(dòng)軌跡．例1[2022·山東沖刺卷]水平彈簧振子，下端裝有一根記錄筆，記錄紙放置于水平桌面上，當(dāng)振子振動(dòng)時(shí)，以速率v水平向左勻速拉動(dòng)記錄紙，記錄筆在紙上留下如圖所示的圖像，y1、－y2、x1、x2為紙上印記的位置坐標(biāo)．下列說(shuō)法正確的是()A．改變拉動(dòng)記錄紙的速率，可以改變彈簧振子的周期B．增大彈簧振子的振幅，彈簧振子的周期也會(huì)增大C．如圖所示，彈簧振子的振幅為yD．如圖所示，彈簧振子的周期為2[解題心得]預(yù)測(cè)1(多選)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置O，在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，如圖(a)所示，它的振動(dòng)圖像如圖(b)所示，設(shè)向右為正方向，下列說(shuō)法正確的是()A．OB＝5cmB．第0.2s末質(zhì)點(diǎn)的速度方向是A→OC．第0.4s末質(zhì)點(diǎn)的加速度方向是A→OD．第0.7s末時(shí)質(zhì)點(diǎn)位置在O點(diǎn)與A點(diǎn)之間預(yù)測(cè)2[2022·湖北押題卷]如圖所示，傾角為θ的斜面MN上的B點(diǎn)固定一光滑圓弧槽AB(對(duì)應(yīng)的圓心角小于10°)，其圓心在B點(diǎn)正上方的O點(diǎn)，另外，光滑斜面OC和OD的下端亦在MN上，讓可視為質(zhì)點(diǎn)的小球分別無(wú)初速出發(fā)，從A點(diǎn)到達(dá)B的時(shí)間為tB，從O點(diǎn)到達(dá)C的時(shí)間為tC，從O點(diǎn)到達(dá)D的時(shí)間為tD.比較這三段時(shí)間，正確的是()A．tB>tD>tC B．tD>tC>tBC．tB＝tC＝tD D．tB>tC＝tD考點(diǎn)二波的圖像及波的疊加1．波的傳播特點(diǎn)(1)質(zhì)點(diǎn)只在自己的平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波的傳播向前遷移；(2)介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的起振方向都和波源的起振方向相同；(3)每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期都等于波的傳播周期，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一個(gè)周期，波傳播一個(gè)波長(zhǎng)；(4)波傳播的是波源的振動(dòng)形式和能量，也能傳遞信息．2．波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系(1)關(guān)系式：v＝λf.(2)機(jī)械波的波速取決于介質(zhì)，與波的頻率無(wú)關(guān)．(3)機(jī)械波的頻率取決于波源振動(dòng)的頻率．3．波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的互判方法(1)“上下坡”法(2)“同側(cè)”法(3)“微平移”法4．波的疊加兩個(gè)振動(dòng)情況相同的波源形成的波，在空間某點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)的條件為：Δx＝nλ(n＝0，1，2，…)，振動(dòng)減弱的條件為：Δx＝(2n＋1)λ2(n例2[2021·湖北卷](多選)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，在t＝0時(shí)刻和t＝1s時(shí)刻的波形分別如圖中實(shí)線和虛線所示．已知x列說(shuō)法正確的是()A．波沿x軸正方向傳播B．波源振動(dòng)周期為1.1sC．波的傳播速度大小為13m/sD．t＝1s時(shí)，x＝6m處的質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)[解題心得]預(yù)測(cè)3[2022·江蘇沖刺卷]一列沿x軸傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形如圖所示，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q位于波峰，質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)0.04s后，質(zhì)點(diǎn)P第一次到達(dá)平衡位置，則下列說(shuō)法正確的是()A．該波沿x軸正方向傳播B．P點(diǎn)的橫坐標(biāo)x＝4.5mC．在0～1.2s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為0.2mD．質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)方程為y＝2cos(50πt)cm預(yù)測(cè)4[2022·湖北押題卷]x軸上的波源s1、s2分別位于x1＝0和x2＝1.4m處，t＝0時(shí)刻兩波源同時(shí)開始振動(dòng)，產(chǎn)生的兩列簡(jiǎn)諧橫波沿s1、s2連線相向傳播，t1＝1s時(shí)兩列波的圖像如圖所示．質(zhì)點(diǎn)M的平衡位置位于x3＝0.7m處，求：(1)兩列波傳播速度的大??；(2)質(zhì)點(diǎn)M從開始振動(dòng)到t2＝2.5s時(shí)運(yùn)動(dòng)的路程．[試解]預(yù)測(cè)5[2022·遼寧沈陽(yáng)二中三模](多選)如圖甲所示，在某介質(zhì)的xOy平面內(nèi)有兩個(gè)相干波源S1和S2，波源S1的坐標(biāo)為(0，0.15m)，其振動(dòng)圖像如圖乙所示；波源S2的坐標(biāo)為(0，－0.15m)，其振動(dòng)圖像如圖丙所示．在x＝0.4m處有一平行于y軸的直線，與x軸交于N點(diǎn)，直線上M點(diǎn)的坐標(biāo)為(0.4m，0.15m)．兩波源發(fā)出的波的波長(zhǎng)均為0.2m，則下列說(shuō)法中正確的是()A．波源S1發(fā)出的波傳播到M點(diǎn)的時(shí)間為4sB．波源S2發(fā)出的波傳播到M點(diǎn)為波峰時(shí)，波源S1發(fā)出的波傳播到M點(diǎn)為波谷C．M點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)D．N點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)考點(diǎn)三振動(dòng)圖像與波的圖像的綜合應(yīng)用波動(dòng)圖像與振動(dòng)圖像綜合問(wèn)題的處理方法例3[2021·遼寧卷]一列沿x軸負(fù)方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，t＝2s時(shí)的波形如圖(a)所示，x＝2m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖(b)所示，則波速可能是()A．15m/s B．2C．35m/s D．4[解題心得]預(yù)測(cè)6[2022·山東押題卷]一列簡(jiǎn)諧波沿繩向右傳播，P、Q是繩上兩點(diǎn)，振動(dòng)圖像分別如圖中實(shí)線和虛線所示．t＝5s時(shí)，下列P、Q兩點(diǎn)間的波形圖可能正確的是()預(yù)測(cè)7一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，其波源的平衡位置在坐標(biāo)原點(diǎn)，波源在0～4s內(nèi)的振動(dòng)圖像如圖(a)所示，已知波的傳播速度為0.5m/s.(1)求這列橫波的波長(zhǎng)；(2)求波源在4s內(nèi)通過(guò)的路程；(3)在圖(b)中畫出t＝4s時(shí)刻的波形圖．[試解]素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題實(shí)際情境中的振動(dòng)和波動(dòng)問(wèn)題情境1[2021·浙江1月](多選)為了提高松樹上松果的采摘率和工作效率，工程技術(shù)人員利用松果的慣性發(fā)明了用打擊桿、振動(dòng)器使松果落下的兩種裝置，如圖甲、乙所示．則()A．針對(duì)不同樹木，落果效果最好的振動(dòng)頻率可能不同B．隨著振動(dòng)器頻率的增加，樹干振動(dòng)的幅度一定增大C．打擊桿對(duì)不同粗細(xì)樹干打擊結(jié)束后，樹干的振動(dòng)頻率相同D．穩(wěn)定后，不同粗細(xì)樹干的振動(dòng)頻率始終與振動(dòng)器的振動(dòng)頻率相同[解題心得]情境2消除噪聲污染是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要課題．如圖所示的消聲器可以用來(lái)削弱高速氣流產(chǎn)生的噪聲．波長(zhǎng)分別為0.6m和1.0m的兩列聲波沿水平管道自左向右傳播，在聲波到達(dá)A處時(shí)，分成兩列波，這兩列波在B處相遇時(shí)，消聲器對(duì)這兩列波都達(dá)到了良好的消聲效果．消聲器消除噪聲的工作原理及A、B兩點(diǎn)間彎管與直管中聲波的路程差至少為()A．波的衍射1.5m B．波的干涉1.5mC．波的衍射3m D．波的干涉3m[解題心得]情境3[2022·山東押題卷]資料記載，海嘯波是重力長(zhǎng)波，波長(zhǎng)可達(dá)100公里以上，由于其傳播速度在深海區(qū)與淺海區(qū)不同，使得在開闊的深海區(qū)低于幾米的一次單個(gè)波浪，到達(dá)淺海區(qū)波長(zhǎng)減小振幅增大，掀起10～40米高的拍岸巨浪，有時(shí)最先到達(dá)海岸的海嘯可能是波谷，水位下落，暴露出淺灘海底；幾分鐘后波峰到來(lái)，一退一進(jìn)，造成毀滅性的破壞．(1)在深海區(qū)有一海嘯波(忽略海深度變化引起的波形變化)如圖甲，實(shí)線是某時(shí)刻的波形圖，虛線是t＝900s后首次出現(xiàn)的波形圖．已知波沿x軸正方向傳播，波源到淺海區(qū)的水平距離s1＝8640km，求海嘯波到淺海區(qū)的時(shí)間t1(要求時(shí)間單位為小時(shí))；(2)第(1)小問(wèn)中的海嘯波進(jìn)入淺海區(qū)后的波形(忽略海深度變化引起的波形變化)變?yōu)槿鐖D乙所示，若淺海區(qū)到達(dá)海岸的水平距離為s2＝60km，求該海嘯波從進(jìn)入淺海區(qū)到波谷最先到達(dá)海岸的時(shí)間t2(要求時(shí)間單位為分鐘)．[試解]專題八機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波高頻考點(diǎn)·能力突破考點(diǎn)一例1解析：彈簧振子的周期取決于自身性質(zhì)，拉動(dòng)記錄紙的速率改變，相同時(shí)間內(nèi)圖線沿x軸方向移動(dòng)的距離也隨之改變，而距離與速率之比不變，周期不變，故A錯(cuò)誤；彈簧振子的周期與振幅無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；由圖可知，彈簧振子的振幅為y1+y22，故C錯(cuò)誤；記錄紙?jiān)趧蛩龠\(yùn)動(dòng)，移動(dòng)(x2－x1答案：D預(yù)測(cè)1解析：由圖(b)可知振幅為5cm，則OB＝OA＝5cm，A項(xiàng)正確；由圖(a)(b)可知0～0.2s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)從B向O運(yùn)動(dòng)，第0.2s末質(zhì)點(diǎn)的速度方向是B→O，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由圖(a)(b)可知第0.4s末質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)處，則此時(shí)質(zhì)點(diǎn)的加速度方向是A→O，C項(xiàng)正確；由圖(a)(b)可知第0.7s末時(shí)質(zhì)點(diǎn)位置在O點(diǎn)與B點(diǎn)之間，D項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：AC預(yù)測(cè)2解析：由單擺運(yùn)動(dòng)的等時(shí)性可知從A點(diǎn)到達(dá)B的時(shí)間tB＝T4＝由于OD垂直于MN，則點(diǎn)D同樣位于AB所構(gòu)成的圓上，分析可知OD與豎直方向夾角為傾角，則OD段為l＝Rcosθ＝1解得tD＝2Rg，同理利用等時(shí)圓分析可知tC小于tD答案：A考點(diǎn)二例2解析：由題意，x＝0處的質(zhì)點(diǎn)在0～1s的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程為4.5cm，則結(jié)合圖可知t＝0時(shí)刻x＝0處的質(zhì)點(diǎn)沿y軸的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，則由質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和波的傳播方向關(guān)系可知，該波的傳播方向沿x軸的正方向，故A正確；由題意可知，t＝1s為1312T，解得T＝1213s，由圖可知λ＝12m，則v＝λT＝121213m/s＝13m/s，故C正確，B錯(cuò)誤；由同側(cè)法可知t答案：AC預(yù)測(cè)3解析：此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)上下坡法可知，該波沿x軸負(fù)方向傳播，A錯(cuò)誤；波的傳播速度v＝xt＝10.04m/s＝25m/s，0.04s內(nèi)向左傳播的距離為x＝vt＝25×0.04m＝1m，由波形平移法知圖中x＝6m處的狀態(tài)傳到P點(diǎn)，所以P點(diǎn)的橫坐標(biāo)為x＝6m－1m＝5m，B錯(cuò)誤；該波的周期T＝λv＝1225s，由1.2s1225s＝2.5可知，在0～1.2s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程s＝2.5×4×2cm＝0.2m，C正確；根據(jù)ω＝2πT＝25π6rad/s，則Q點(diǎn)的振動(dòng)方程答案：C預(yù)測(cè)4解析：(1)由圖像可知，兩列波的波長(zhǎng)λ＝0.4m1s內(nèi)傳播了一個(gè)波長(zhǎng)，該波的周期T＝1s在同一種介質(zhì)中兩列波的傳播速度相同，由v＝λ解得v＝0.4m/s(2)設(shè)再經(jīng)時(shí)間Δt1，兩列波傳播至M點(diǎn)，則0.3＝vΔt到t2＝2.5s，M點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間Δt2＝t2－t1－Δt1代入數(shù)據(jù)解得Δt2＝0.75s＝34M點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，其振幅A′＝A1＋A2＝12cm根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期性，質(zhì)點(diǎn)M從開始振動(dòng)到t2＝2.5s運(yùn)動(dòng)的路程s＝3A′＝36cm.答案：(1)均為0.4m/s(2)36cm預(yù)測(cè)5解析：波的周期為2s，故波速λT，波源S1發(fā)出的波傳播到M點(diǎn)的時(shí)間為t1＝x1v＝0.40.1s＝4s，故A正確；根據(jù)幾何關(guān)系可知，兩波到M點(diǎn)的路程差為0.1m，即λ2，根據(jù)振動(dòng)圖像可知，兩波初始相位差半個(gè)周期，所以波源S2發(fā)出的波傳播到M點(diǎn)為波峰時(shí)，波源S1發(fā)出的波傳播到M答案：AC考點(diǎn)三例3解析：根據(jù)圖(b)可知t＝2s時(shí)x＝2m處的質(zhì)點(diǎn)正經(jīng)過(guò)平衡位置向下振動(dòng)；又因?yàn)樵摬ㄏ蜇?fù)方向傳播，結(jié)合(圖a)，利用“上下坡”法可知x＝2m為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，即有(2n－1)λ2＝2(n而由圖(b)可知該波的周期為T＝4s；所以該波的波速為v＝λT＝12n-1(當(dāng)n＝3時(shí)可得波的速率為v＝15答案：A預(yù)測(cè)6解析：由振動(dòng)圖像可知，t＝5s時(shí)，P處于正向位移最大處，Q處于平衡位置且向y軸正方向運(yùn)動(dòng)，波向右傳播，結(jié)合同側(cè)法可知A正確，B、C、D錯(cuò)誤．答案：A預(yù)測(cè)7解析：(1)由題知圖(a)為波源的振動(dòng)圖像，則可知A＝4cm，T＝4s由于波的傳播速度為0.5m/s，根據(jù)波長(zhǎng)與速度關(guān)系有λ＝vT＝2m.(2)由(1)可知波源的振動(dòng)周期為4s，則4s內(nèi)波源通過(guò)的路程為s＝4A＝16cm.(3)由題圖可知在t＝0時(shí)波源的起振方向向上，由于波速為0.5m/s，則在4s時(shí)根據(jù)x＝vt＝2m可知該波剛好傳到位置為2m的質(zhì)點(diǎn)，且波源剛好回到平衡位置，且該波沿正方向傳播，則根據(jù)“上坡、下坡”法可繪制出t＝4s時(shí)刻的波形圖如下圖所示答案：(1)2m(2)16cm(3)見解析素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題情境1解析：根據(jù)發(fā)生共振的條件，當(dāng)振動(dòng)器的頻率等于樹木的固有頻率時(shí)產(chǎn)生共振，此時(shí)落果效果最好，而不同的樹木的固有頻率不同，針對(duì)不同樹木，落果效果最好的振動(dòng)頻率可能不同，A正確；當(dāng)振動(dòng)器的振動(dòng)頻率等于樹木的固有頻率時(shí)產(chǎn)生共振，此時(shí)樹干的振幅最大，則隨著振動(dòng)器頻率的增加，樹干振動(dòng)的幅度不一定增大，B錯(cuò)誤；打擊桿對(duì)不同粗細(xì)的樹干打擊結(jié)束后，樹干按固有頻率振動(dòng)，所以樹干的振動(dòng)頻率不一定相同，C錯(cuò)誤；樹干在振動(dòng)器的振動(dòng)下做受迫振動(dòng)，物體做受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，所以穩(wěn)定后，不同粗細(xì)的樹干的振動(dòng)頻率始終與振動(dòng)器的振動(dòng)頻率相同，D正確．答案：AD情境2解析：這兩列波在B處相遇時(shí)疊加，消聲器對(duì)這兩列波都達(dá)到了良好的消聲效果，這是利用了波的干涉；兩列頻率相同的