高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)二輪用書(shū)物理(新高考)第一講振動(dòng)與波

第一講振動(dòng)與波高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI20241通覽主干知識(shí)2研學(xué)核心考點(diǎn)目錄索引

3突破熱考命題1通覽主干知識(shí)2研學(xué)核心考點(diǎn)考點(diǎn)一機(jī)械振動(dòng)分層突破——明要點(diǎn)命題角度1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律(1)位移:x=Asin(ωt+φ0)。(2)回復(fù)力:F=-kx。命題角度2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像的理解和應(yīng)用(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像是對(duì)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移隨時(shí)間變化的“錄像”;(2)由圖像可直接得出質(zhì)點(diǎn)的振幅A、周期T、頻率f、位移x,判斷速度、加速度、回復(fù)力的方向,比較速度、加速度、回復(fù)力、動(dòng)能和勢(shì)能的大小。深化拓展簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的五個(gè)特征

受力特征回復(fù)力F=-kx,F(或a)的大小與x的大小成正比,方向相反運(yùn)動(dòng)特征靠近平衡位置時(shí),a、F、x都減小,v增大;遠(yuǎn)離平衡位置時(shí),a、F、x都增大,v減小能量特征振幅越大,能量越大;在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,系統(tǒng)的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒周期性特征質(zhì)點(diǎn)的位移、回復(fù)力、加速度和速度隨時(shí)間做周期性變化,變化周期就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期T;動(dòng)能和勢(shì)能也隨時(shí)間做周期性變化,其變化周期為

對(duì)稱(chēng)性特征關(guān)于平衡位置O對(duì)稱(chēng)的兩點(diǎn),速度的大小、動(dòng)能、勢(shì)能相等,相對(duì)平衡位置的位移大小相等典例剖析例1

(命題角度1、2)(多選)(2023海南?？谀M)甲、乙兩個(gè)理想單擺在同一地點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖所示,縱軸表示擺球偏離平衡位置的位移。下列說(shuō)法正確的是(

)A.t=2s時(shí),甲單擺的擺線(xiàn)拉力為0,乙單擺的速度為0B.增大乙單擺的擺球質(zhì)量,乙單擺的周期有可能與甲單擺相等C.甲單擺的擺球和乙單擺的擺球永遠(yuǎn)不可能同時(shí)均處于動(dòng)能最小的狀態(tài)D.乙單擺的擺球位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式為

(cm)CD分層演練——拿高分練真題·明考向1.(命題角度1)(2022浙江6月選考)如圖所示,一根固定在墻上的水平光滑桿,兩端分別固定著相同的輕彈簧,兩彈簧自由端相距x。套在桿上的小球從中點(diǎn)以初速度v向右運(yùn)動(dòng),小球?qū)⒆鲋芷跒門(mén)的往復(fù)運(yùn)動(dòng),則(

)A.小球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)B解析

物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是它在運(yùn)動(dòng)中所受回復(fù)力與位移成正比,且方向總是指向平衡位置,小球從桿中點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到接觸彈簧的過(guò)程中,所受合力為零,此過(guò)程小球做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),故不是做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤;假設(shè)桿中點(diǎn)為O,小球向右壓縮彈簧至最大壓縮量時(shí)的位置為A,小球向左壓縮彈簧至最大壓縮量時(shí)的位置為B,可知小球做周期為T(mén)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程為O→A→O→B→O,根據(jù)對(duì)稱(chēng)性可知,O→A→O與O→B→O兩個(gè)過(guò)程,小球的動(dòng)能變化完全一致,兩根彈簧的總彈性勢(shì)能的變化完全一致,故小球動(dòng)能2.(命題角度1)(多選)(2023山東卷)如圖所示,沿水平方向做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn),依次通過(guò)相距L的A、B兩點(diǎn)。已知質(zhì)點(diǎn)在A點(diǎn)的位移大小為振幅的一半,B點(diǎn)位移大小是A點(diǎn)的

倍,質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),t時(shí)刻第二次經(jīng)過(guò)B點(diǎn),該振動(dòng)的振幅和周期可能是(

)BC練模擬·提能力1.(命題角度2)(2023浙江寧波二模)某同學(xué)用音頻發(fā)生器產(chǎn)生兩個(gè)特定頻率的音調(diào)do和sol,其振動(dòng)圖像分別如圖甲和圖乙所示,下列說(shuō)法正確的是(

)A.do和sol的周期之比約為2∶1B.do和sol的頻率之比約為3∶2C.do和sol在空氣中傳播的波長(zhǎng)之比約為3∶2D.do和sol在空氣中傳播的速度大小之比約為2∶3C2.(命題角度1)(2023安徽江南十校高三聯(lián)考)已知做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振子,回復(fù)力滿(mǎn)足F=-kx,振子質(zhì)量為m,振子振動(dòng)周期

。粗細(xì)均勻的一根木棒,下端繞幾圈鐵絲,豎直漂浮在較大的裝有液體的杯中,把木棒往上提起一小段距離后放手,木棒就在液體中上下振動(dòng),忽略液體和空氣對(duì)木棒的阻力,可以證明木棒的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在某興趣小組做了四個(gè)實(shí)驗(yàn),圖甲是總質(zhì)量為m、橫截面積為S的木棒在水中振動(dòng);圖乙是總質(zhì)量為2m、橫截面積為S的木棒在水中振動(dòng);圖丙是總質(zhì)量為m、橫截面積為2S的木棒在水中振動(dòng);圖丁是總質(zhì)量為m、橫截面積為S的木棒在煤油(已知煤油的密度是水的密度的)中振動(dòng)。T1、T2、T3、T4分別表示圖甲、圖乙、圖丙、圖丁中木棒的振動(dòng)周期,下列判斷正確的是(

)A.T2>T1>T4>T3B.T4>T2>T1>T3C.T2>T4>T3>T1D.T2>T4>T1>T3答案

D解析

設(shè)液體的密度為ρ0,木棒的橫截面積為S0,靜止時(shí)浸入液體中的深度為h0,如果不考慮液體的粘滯阻力,則m0g=ρ0gS0h0,把木棒靜止時(shí)的位置看作平衡位置,設(shè)木棒離開(kāi)平衡位置的位移為x,規(guī)定向下為正方向,則木棒所受的浮力F'=ρ0gS0(x+h0),木棒受到的合力F=m0g-F'=-ρ0gS0x=-kx,則k=ρ0gS0,考點(diǎn)二機(jī)械波分層突破——明要點(diǎn)命題角度1機(jī)械波的形成與傳播規(guī)律(1)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的起振方向、振動(dòng)頻率和周期都和波源相同。(2)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),波長(zhǎng)和波速改變,但頻率和周期都不變。體現(xiàn)帶動(dòng)

(3)波源振動(dòng)一個(gè)周期,波向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離,有

溫馨提示①介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)隨波振動(dòng),但并不隨波遷移;②質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)nT(n=0,1,2,3,…)時(shí),波形不變;③由于波的周期性、波傳播方向的雙向性,波的傳播問(wèn)題易出現(xiàn)多解現(xiàn)象。命題角度2波的圖像與振動(dòng)圖像

溫馨提示解答兩種圖像的綜合問(wèn)題時(shí)要注意區(qū)分波的傳播位移和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移。命題角度3波的干涉和衍射(1)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=nλ+

(n=0,1,2,…)。兩個(gè)振動(dòng)情況相反的波源形成的波,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=nλ(n=0,1,2,…)。(2)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的位移隨時(shí)間而改變,振幅最大。不是位移最大

溫馨提示波的干涉和衍射是波特有的性質(zhì),波的干涉實(shí)質(zhì)是波的疊加,同時(shí)要理解波的獨(dú)立傳播性原理。發(fā)生干涉時(shí),加強(qiáng)點(diǎn)始終加強(qiáng),減弱點(diǎn)始終減弱;不同時(shí)刻加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位移大小關(guān)系不確定。典例剖析例2

(命題角度1、2、3)(多選)(2022浙江6月選考)位于x=0.25m的波源P從t=0時(shí)刻開(kāi)始振動(dòng),形成的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正負(fù)方向傳播,在t=2.0s時(shí)波源停止振動(dòng),t=2.1s時(shí)的部分波形如圖所示,其中質(zhì)點(diǎn)a的平衡位置xa=1.75m,質(zhì)點(diǎn)b的平衡位置xb=-0.5m。下列說(shuō)法正確的是(

)A.沿x軸正負(fù)方向傳播的波發(fā)生干涉B.t=0.42s時(shí),波源的位移為正C.t=2.25s時(shí),質(zhì)點(diǎn)a沿y軸負(fù)方向振動(dòng)D.在0到2s內(nèi),質(zhì)點(diǎn)b運(yùn)動(dòng)總路程是2.55mBD分層演練——拿高分練真題·明考向1.(命題角度2)(多選)(2022山東卷)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播,平衡位置位于坐標(biāo)原點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖像如下圖所示。當(dāng)t=7s時(shí),簡(jiǎn)諧波的波形可能正確的是(

)AC2.(命題角度1、2)(2023湖南卷)如圖甲所示,在均勻介質(zhì)中有A、B、C和D四點(diǎn),其中A、B、C三點(diǎn)位于同一直線(xiàn)上,AC=BC=4m,DC=3m,DC垂直AB。t=0時(shí),位于A、B、C處的三個(gè)完全相同的橫波波源同時(shí)開(kāi)始振動(dòng),振動(dòng)圖像均如圖乙所示,振動(dòng)方向與平面ABD垂直,已知波長(zhǎng)為4m。下列說(shuō)法正確的是(

)A.這三列波的波速均為2m/sB.t=2s時(shí),D處的質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)C.t=4.5s時(shí),D處的質(zhì)點(diǎn)向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)D.t=6s時(shí),D處的質(zhì)點(diǎn)與平衡位置的距離是6cm甲

乙C解析

由題圖乙可知,波的周期為4

s,波速為v==1

m/s,A錯(cuò)誤;t=2

s時(shí),這三列波都還沒(méi)有傳到D點(diǎn),D處的質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有振動(dòng),B錯(cuò)誤;t=4.5

s時(shí),A、B處的振動(dòng)沒(méi)有傳到D點(diǎn),C處的振動(dòng)傳到D點(diǎn)后,又振動(dòng)了1.5

s,根據(jù)題圖乙可知,D處的質(zhì)點(diǎn)正向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),C正確;t=6

s時(shí),A、B處的振動(dòng)傳到D點(diǎn)時(shí),都使D處的質(zhì)點(diǎn)向y軸正方向振動(dòng)了1

s,而C處的振動(dòng)傳到D時(shí),使D處的質(zhì)點(diǎn)處在平衡位置且向y軸負(fù)方向振動(dòng),根據(jù)波的疊加原理知,此時(shí),D處的質(zhì)點(diǎn)與平衡位置的距離是4

cm,D錯(cuò)誤。練模擬·提能力1.(命題角度1、3)(多選)公園內(nèi)湖面上有只游船,游客周期性搖動(dòng)雙槳激起的水波源源不斷地傳向湖邊,小李用手機(jī)上的秒表記錄了水面上漂浮的樹(shù)葉在12s內(nèi)共完成了6次全振動(dòng),他又用該手機(jī)上的“AR測(cè)量”測(cè)出樹(shù)葉與他所在湖邊距離是5m,樹(shù)葉的振動(dòng)狀態(tài)傳到湖邊的時(shí)間是10s。小李10s內(nèi)拍擊水面10次讓手激起的振動(dòng)從湖邊向周?chē)鷤鞑?則下列說(shuō)法正確的是(

)A.游客搖槳激起的水波波長(zhǎng)是1mB.小李用手激起的水波和槳激起的水波疊加能產(chǎn)生干涉圖樣C.槳激起的水波波長(zhǎng)比手激起的水波波長(zhǎng)長(zhǎng)D.小李用手激起的水波向遠(yuǎn)方傳播的過(guò)程中,各質(zhì)點(diǎn)的振幅不改變AC2.(命題角度2、3)(2023湖南長(zhǎng)沙雅禮中學(xué)月考)如圖甲所示,在xOy平面內(nèi)有兩個(gè)波源S1(-2m,0)和S2(4m,0),兩波源做垂直于xOy平面的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),其振動(dòng)圖像分別如圖乙和圖丙所示,兩波源形成的機(jī)械波在xOy平面內(nèi)向各個(gè)方向傳播,波速均為25cm/s。xOy平面上有A、B兩點(diǎn),其位置坐標(biāo)分別為A(-2m,8m),B(0.5m,0),則(

)A.兩波源形成的波不同,不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B.圖中點(diǎn)A(-2m,8m)的振幅為6mC.A、B連線(xiàn)上有一個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)D.兩波源的連線(xiàn)上(不含波源)有11個(gè)振動(dòng)減弱點(diǎn),它們的位移大小始終是2m答案

C解析

由圖乙、丙可知兩列波的周期都為4

s,則兩列波的頻率都為f==0.25

Hz,可知兩列波的頻率相同,相位差恒定,振動(dòng)方向相同,可形成穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象,A錯(cuò)誤;兩列波的波長(zhǎng)均為λ=vT=0.25×4

m=1

m,A點(diǎn)到兩波源的波程差為Δs1=

m-8

m=2

m=2λ,由于兩波源的起振方向相反,可知A點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn),故A點(diǎn)的振幅為Am=4

m-2

m=2

m,B錯(cuò)誤;B點(diǎn)到兩波源的波程差為Δs2=3.5

m-2.5

m=1

m=λ,由于兩波源的起振方向相反,可知A、B兩點(diǎn)均為振動(dòng)減弱點(diǎn),而兩波源到A點(diǎn)波程差為2λ,兩波源到B點(diǎn)波程差為λ,因此A、B連線(xiàn)上有一個(gè)波程差為

的點(diǎn),該點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),C正確;兩波源的連線(xiàn)上(不含波源)的點(diǎn)與兩波源的波程差滿(mǎn)足-6λ=-6

m<Δs<6

m=6λ,由于兩波源的起振方向相反,可知當(dāng)波程差為3突破熱考命題新教材、新高考、新情境:振動(dòng)與波知識(shí)中的STSE問(wèn)題情境解讀涉及振動(dòng)的STSE情境有共振方面的共振篩、公路減速帶、軍隊(duì)便步過(guò)橋等,單擺周期方面的擺鐘快慢的調(diào)節(jié)、力傳感器測(cè)單擺周期或重力加速度;涉及波的STSE情境有波動(dòng)方面的運(yùn)動(dòng)器材“戰(zhàn)繩”、地震波,干涉方面的喇叭“嘯叫”、消聲器、水波的干涉現(xiàn)象以及多普勒效應(yīng)的應(yīng)用等。考向分析在新高考中這類(lèi)新情境問(wèn)題主要還是考查振動(dòng)參量的變化規(guī)律、共振、單擺的周期公式、波的形成與傳播規(guī)律、振動(dòng)與波的圖像關(guān)系、波的干涉、衍射、多普勒效應(yīng)等。案例探究例題(2023山東濟(jì)寧一模)“戰(zhàn)繩”是一種近年流行的健身器材,健身者把兩根相同繩子的一端固定在一點(diǎn),用雙手分別握住繩子的另一端,上下抖動(dòng)繩子使繩子振動(dòng)起來(lái)(圖甲)。以手的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn),健身者左手在抖動(dòng)繩子過(guò)程中某時(shí)刻的波形如圖乙所示,若左手抖動(dòng)的頻率是1.25Hz,下列說(shuō)法正確的是(

)A.該時(shí)刻Q點(diǎn)的振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向B.該時(shí)刻P點(diǎn)的位移為

cmC.波的傳播速度為8.75m/sD.再經(jīng)過(guò)0.1s,P點(diǎn)到達(dá)波峰位置B解析

波沿x軸正方向傳播,根據(jù)同側(cè)法可知,該時(shí)刻Q點(diǎn)的振動(dòng)方向沿y軸正方向,A錯(cuò)誤;根據(jù)圖乙可知,該波的波長(zhǎng)λ=2×(7-3)

m=8

m,P點(diǎn)的平衡位置解得Δt=0.8n+0.7

(s)(n=0,1,2,3,…),可知P點(diǎn)出現(xiàn)波峰的最短時(shí)間為0.7

s,則再經(jīng)過(guò)0.1

s,P點(diǎn)沒(méi)有到達(dá)波峰位置,D錯(cuò)誤。角度拓展1(2023湖北黃岡月考)轎車(chē)的“懸掛系統(tǒng)”是指由車(chē)身與輪胎間的彈簧及避震器組成的整個(gè)支持系統(tǒng)。已知某型號(hào)轎車(chē)“懸掛系統(tǒng)”的固有頻率是2Hz。如圖所示,這輛汽車(chē)正勻速通過(guò)某路口的條狀減速帶,已知相鄰兩條減速帶間的距離為1.0m,該車(chē)經(jīng)過(guò)該減速帶過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(

)A.當(dāng)該轎車(chē)通過(guò)減速帶時(shí),車(chē)身上下振動(dòng)的頻率均為2Hz,與車(chē)速無(wú)關(guān)B.該轎車(chē)通過(guò)減速帶的速度越大,車(chē)身上下顛簸得越劇烈C.當(dāng)該轎車(chē)以7.2km/h的速度通過(guò)減速帶時(shí),車(chē)身上下顛簸得最劇烈D.當(dāng)該轎車(chē)以不同速度通過(guò)減速帶時(shí),車(chē)身上下顛簸的劇烈程度一定不同C系統(tǒng)的固有頻率越接近,車(chē)身上下振動(dòng)的幅度越大,即當(dāng)車(chē)速滿(mǎn)足v=f·L=