（新課標Ⅰ）2019版高考物理 專題十六 機械振動與機械波課件.ppt
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專題十六機械振動與機械波,高考物理(新課標Ⅰ專用),A組統(tǒng)一命題課標卷題組考點一機械振動,五年高考,1.[2017課標Ⅰ,34(1),5分]如圖(a),在xy平面內有兩個沿z方向做簡諧振動的點波源S1(0,4)和S2(0,-2)。兩波源的振動圖線分別如圖(b)和圖(c)所示。兩列波的波速均為1.00m/s。兩列波從波源傳播到點A(8,-2)的路程差為m,兩列波引起的點B(4,1)處質點的振動相互(填“加強”或“減弱”),點C(0,0.5)處質點的振動相互(填“加強”或“減弱”)。,答案2減弱加強,解析本題考查波的干涉。若兩波源同相,在干涉區(qū)域內,波程差Δx=nλ(n=0,1,2,…)的點振動加強,波程差為Δx=(2n+1)(n=0,1,2,…)的點振動減弱。若兩相干波源反相,在干涉區(qū)域內,波程差Δx=nλ(n=0,1,2,…)的點振動減弱,波程差Δx=(2n+1)(n=0,1,2,…)的點振動加強。本題中兩波源反相,A到兩波源的距離差為AS1-AS2=m-8m=2m。由圖(b)和圖(c)得T=2s,則λ=vT=2m,因BS1-BS2=0,故B點振動減弱。CS1-CS2=1m,恰好為半個波長,故C點振動加強。,考點二機械波,2.[2018課標Ⅲ,34(1),5分](多選)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=0和t=0.20s時的波形分別如圖中實線和虛線所示。已知該波的周期T>0.20s。下列說法正確的是。A.波速為0.40m/sB.波長為0.08mC.x=0.08m的質點在t=0.70s時位于波谷D.x=0.08m的質點在t=0.12s時位于波谷E.若此波傳入另一介質中其波速變?yōu)?.80m/s,則它在該介質中的波長為0.32m,答案ACE本題考查機械振動和機械波的綜合應用。由圖像可知,該波的波長λ=16cm=0.16m,選項B錯誤;Δt=nT+T(n=0,1,2,…),可得T=>0.20s,即>0.20s,解得n=0,T=0.40s,波速v==m/s=0.40m/s,選項A正確;Δt1=0.70s=T+T,即從t=0時刻開始到t=0.70s時刻,x=0.08m的質點振動了T+T,則可知t=0.70s時,該質點位于波谷,選項C正確;Δt2=0.12s=T0.5s,則由題圖知波在0.5s內沿x軸正方向傳播的距離為λ,傳播時間t=T=0.5s,T=s,頻率f==1.5Hz,選項C正確;波速v==6m/s,選項B正確;1s=T,t=1s時,x=1m處的質點處于波谷,選項D錯誤;2s=3T,t=2s時,x=2m處的質點經過平衡位置,選項E正確。,關聯(lián)知識(1)波長、波速、周期間的關系。(2)由波形圖和波的傳播方向確定一段時間內波的傳播距離與波長的關系,進而求出波的周期。,4.[2016課標Ⅰ,34(1),5分](多選)某同學漂浮在海面上,雖然水面波正平穩(wěn)地以1.8m/s的速率向著海灘傳播,但他并不向海灘靠近。該同學發(fā)現(xiàn)從第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間間隔為15s。下列說法正確的是。A.水面波是一種機械波B.該水面波的頻率為6HzC.該水面波的波長為3mD.水面波沒有將該同學推向岸邊,是因為波傳播時能量不會傳遞出去E.水面波沒有將該同學推向岸邊,是因為波傳播時振動的質點并不隨波遷移,答案ACE水面波是一種機械波,傳播過程中各質點只在平衡位置上下往復運動,不隨波的傳播而遷移,因此水面波不會將該同學推向岸邊,故D錯,A、E均正確。由題意可知該波的周期T=s=s,頻率f==0.6Hz,波長λ=vT=1.8m=3m,故B錯、C正確。,易錯點撥第1個波峰到第10個波峰之間經歷了9個周期的時間,而不是10個周期。,5.[2016課標Ⅲ,34(1),5分](多選)由波源S形成的簡諧橫波在均勻介質中向左、右傳播。波源振動的頻率為20Hz,波速為16m/s。已知介質中P、Q兩質點位于波源S的兩側,且P、Q和S的平衡位置在一條直線上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8m、14.6m。P、Q開始振動后,下列判斷正確的是。A.P、Q兩質點運動的方向始終相同B.P、Q兩質點運動的方向始終相反C.當S恰好通過平衡位置時,P、Q兩點也正好通過平衡位置D.當S恰好通過平衡位置向上運動時,P在波峰E.當S恰好通過平衡位置向下運動時,Q在波峰,答案BDE由波速公式:v=λf得λ==0.8m,LSP=λ=19λ,LSQ=λ=18λ,由波動的周期性,采用“去整留零”的方法,可在波形圖上標出S、P、Q三點的位置,如圖所示,由圖可知,P、Q兩點的運動方向始終相反,A項錯誤,B項正確;S在平衡位置時,P、Q一個在波峰,一個在波谷,C項錯誤;當S恰通過平衡位置向上運動時,P在波峰,Q在波谷,反之則相反,故D、E項正確。,6.[2014課標Ⅱ,34(1),5分](多選)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處的質點,Q是平衡位置在x=4.0m處的質點;圖(b)為質點Q的振動圖象。下列說法正確的是。A.在t=0.10s時,質點Q向y軸正方向運動B.在t=0.25s時,質點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,質點P通過的路程為30cmE.質點Q簡諧運動的表達式為y=0.10sin10πt(國際單位制),答案BCE由圖(a)得λ=8m,由圖(b)得T=0.2s,所以v==40m/s。由圖(b)知,在t=0.10s時,質點Q通過平衡位置向y軸負方向運動,A錯誤。結合圖(a),由“同側法”判得波沿x軸負方向傳播,畫出t=0.25s時的波形圖,標出P、Q點,如圖,此時P點在x軸下方,其加速度向上,B正確。Δt=0.25s-0.10s=0.15s,Δx=vΔt=6m,C正確。P點起始位置不在平衡位置或最大位移處,故D錯誤。由圖知A=0.10m,ω==10πrad/s,所以Q點簡諧運動表達式為y=0.10sin10πt(國際單位制),E正確。,7.[2018課標Ⅱ,34(1),5分]聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,在鋼鐵中的傳播速度為4900m/s。一平直橋由鋼鐵制成,某同學用錘子敲擊一下橋的一端發(fā)出聲音,分別經空氣和橋傳到另一端的時間之差為1.00s。橋的長度為m。若該聲波在空氣中的波長為λ,則它在鋼鐵中的波長為λ的倍。,答案365,解析本題考查聲波的傳播。設橋長為x,則有-=1.00s,解得:x=365m。波在不同介質中傳播時,頻率不變,由λ=,有λ鋼=λ=λ。,關聯(lián)知識機械波的傳播特點機械波在不同介質中傳播時,其頻率只決定于波源的振動頻率,與介質無關;傳播速度與介質有關。,8.[2018課標Ⅰ,34(2),10分]一列簡諧橫波在t=s時的波形圖如圖(a)所示,P、Q是介質中的兩個質點。圖(b)是質點Q的振動圖像。求(ⅰ)波速及波的傳播方向;(ⅱ)質點Q的平衡位置的x坐標。,答案(ⅰ)18cm/s沿x軸負方向傳播(ⅱ)xQ=9cm,9.[2015課標Ⅰ,34(2),10分,0.253]甲、乙兩列簡諧橫波在同一介質中分別沿x軸正向和負向傳播,波速均為v=25cm/s。兩列波在t=0時的波形曲線如圖所示。求(ⅰ)t=0時,介質中偏離平衡位置位移為16cm的所有質點的x坐標;(ⅱ)從t=0開始,介質中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為-16cm的質點的時間。,答案(ⅰ)x=(50+300n)cm,n=0,1,2,…(ⅱ)0.1s,解析(ⅰ)t=0時,在x=50cm處兩列波的波峰相遇,該處質點偏離平衡位置的位移為16cm。兩列波的波峰相遇處的質點偏離平衡位置的位移均為16cm。從圖線可以看出,甲、乙兩列波的波長分別為λ1=50cm,λ2=60cm①甲、乙兩列波波峰的x坐標分別為x1=50+k1λ1,k1=0,1,2,…②x2=50+k2λ2,k2=0,1,2,…③由①②③式得,介質中偏離平衡位置位移為16cm的所有質點的x坐標為x=(50+300n)cm,n=0,1,2,…④(ⅱ)只有兩列波的波谷相遇處的質點的位移為-16cm。t=0時,兩波波谷間的x坐標之差為Δx=[50+(2m2+1)]-[50+(2m1+1)]⑤式中,m1和m2均為整數(shù)。將①式代入⑤式得Δx=10(6m2-5m1)+5⑥由于m1、m2均為整數(shù),相向傳播的波谷間的距離最小為,Δx0=5cm⑦從t=0開始,介質中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為-16cm的質點的時間為t=⑧代入數(shù)據(jù)得t=0.1s⑨,評分細則第(ⅰ)問6分,①式2分,②③式各1分,④式2分;第(ⅱ)問4分,⑤⑦⑧⑨式各1分。,解后反思該題難度較大,解答過程中要注意數(shù)學知識在物理學中的應用,尤其是對于通式的表達。同時該題要求學生具有較強的計算能力。,10.[2016課標Ⅱ,34(2),10分]一列簡諧橫波在介質中沿x軸正向傳播,波長不小于10cm。O和A是介質中平衡位置分別位于x=0和x=5cm處的兩個質點。t=0時開始觀測,此時質點O的位移為y=4cm,質點A處于波峰位置;t=s時,質點O第一次回到平衡位置,t=1s時,質點A第一次回到平衡位置。求(ⅰ)簡諧波的周期、波速和波長;(ⅱ)質點O的位移隨時間變化的關系式。,答案見解析,解析(ⅰ)設振動周期為T。由于質點A在0到1s內由最大位移處第一次回到平衡位置,經歷的是個周期,由此可知T=4s①由于質點O與A的距離5cm小于半個波長,且波沿x軸正向傳播,O在t=s時回到平衡位置,而A在t=1s時回到平衡位置,時間相差s。兩質點平衡位置的距離除以傳播時間,可得波的速度v=7.5cm/s②利用波長、波速和周期的關系得,簡諧波的波長λ=30cm③(ⅱ)設質點O的位移隨時間變化的關系為y=Acos④將①式及題給條件代入上式得⑤,解得φ0=,A=8cm⑥質點O的位移隨時間變化的關系式為y=0.08cos(國際單位制)⑦或y=0.08sin(國際單位制),解題方法機械波中的各質點都在做簡諧運動,簡諧運動位移與時間的關系式為y=Asin(ωt+φ)或者是y=Acos(ωt+φ),式中ω=,把數(shù)學中的三角函數(shù)知識與物理中的簡諧運動結合起來,就能夠順利得出結果。,B組自主命題省(區(qū)、市)卷題組,考點一機械振動,1.(2018天津理綜,8,6分)(多選)一振子沿x軸做簡諧運動,平衡位置在坐標原點。t=0時振子的位移為-0.1m,t=1s時位移為0.1m,則()A.若振幅為0.1m,振子的周期可能為sB.若振幅為0.1m,振子的周期可能為sC.若振幅為0.2m,振子的周期可能為4sD.若振幅為0.2m,振子的周期可能為6s,答案AD本題考查簡諧運動的多解問題。簡諧運動的位移方程為x=Asin,當振幅A=0.1m時,由t=0時x=-0.1m得θ=-;由t=1s時x=0.1m有sin=1,則-=2kπ+(k=0,1,2,…),k=0時,T=2s;k=1時,T=s;k=2時,T=s。由以上分析可見,A項正確,B項錯誤。當振幅A=0.2m時,由t=0時x=-0.1m得θ=-或θ=-;若θ=-,由t=1s時x=0.1m有sin=,則當-=時,T=6s;當-=π時,T=2s。同理,若θ=-,則周期T最大值為2s。由以上分析可見C項錯誤,D項正確。,疑難突破解多解問題的方法對于多解問題,一般先分析各種可能的情況,寫出通式,然后再由通式得到各種可能的解。,2.(2017北京理綜,15,6分)某彈簧振子沿x軸的簡諧運動圖象如圖所示,下列描述正確的是()A.t=1s時,振子的速度為零,加速度為負的最大值B.t=2s時,振子的速度為負,加速度為正的最大值C.t=3s時,振子的速度為負的最大值,加速度為零D.t=4s時,振子的速度為正,加速度為負的最大值,答案A本題考查簡諧運動圖象。由圖象可知,t=1s和t=3s時振子在最大位移處,速度為零,加速度分別為負向最大值、正向最大值;而t=2s和t=4s時振子在平衡位置,加速度為零,而速度分別為負向最大、正向最大。綜上所述,A項說法正確。,解題關鍵簡諧運動圖象與運動情景的關聯(lián)通過圖象,不僅要提取出圖象中的相關信息,更需與振子運動情景相關聯(lián),細致分析出各物理量的大小和方向,這是解答本題的關鍵。,3.(2017上海單科,10,4分)做簡諧運動的單擺,其擺長不變,若擺球的質量增加為原來的倍,擺球經過平衡位置的速度減為原來的,則單擺振動的()A.周期不變,振幅不變B.周期不變,振幅變小C.周期改變,振幅不變D.周期改變,振幅變大,答案B本題考查單擺。由單擺的周期公式T=2π可知,當擺長L不變時,周期不變,故C、D錯誤;由能量守恒定律可知mv2=mgh,其擺動的高度與質量無關,因平衡位置的速度減小,則最大高度減小,即振幅減小,選項B正確、A錯誤。,易錯警示擺球經過平衡位置時,因質量增加為原來的倍,速度減為原來的,故動能Ek=mv2不變,不要誤認為擺球的振幅不變而錯選A。,4.[2015天津理綜,9(2)]某同學利用單擺測量重力加速度。①為了使測量誤差盡量小,下列說法正確的是。A.組裝單擺須選用密度和直徑都較小的擺球B.組裝單擺須選用輕且不易伸長的細線C.實驗時須使擺球在同一豎直面內擺動D.擺長一定的情況下,擺的振幅盡量大②如圖所示,在物理支架的豎直立柱上固定有擺長約1m的單擺。實驗時,由于僅有量程為20cm、精度為1mm的鋼板刻度尺,于是他先使擺球自然下垂,在豎直立柱上與擺球最下端處于同一水平面的位置做一標記點,測出單擺的周期T1;然后保持懸點位置不變,設法將擺長縮短一些,再次使擺球自然下垂,用同樣方法在豎直立柱上做另一標記點,并測出單擺的周期T2;最后用鋼板刻度尺量出豎直立柱上兩標記點之間的距離ΔL。用上述測量結果,寫出重力加速度的表達式g=。,答案①BC②,解析①應選用密度較大且直徑較小的擺球,A錯。在擺動中要盡力保證擺長不變,故應選用不易伸長的細線,B對。擺動中要避免單擺成為圓錐擺,擺球要在同一豎直面內擺動,C對。擺動中擺角要控制在5以內,所以D錯。②設兩次擺動時單擺的擺長分別為L1和L2,則T1=2π,T2=2π,則ΔL=(-),因此,g=。,考點二機械波,5.(2018北京理綜,16,6分)如圖所示,一列簡諧橫波向右傳播,P、Q兩質點平衡位置相距0.15m。當P運動到上方最大位移處時,Q剛好運動到下方最大位移處,則這列波的波長可能是()A.0.60mB.0.30mC.0.20mD.0.15m,答案B本題考查機械波的相關知識。由題意知,P位于波峰時,Q位于波谷,故兩點平衡位置間距0.15m=+nλ(n=0,1,2,…),所以波長λ=m(n=0,1,2,…),當n=0時,λ=0.30m,故選項B正確。,規(guī)律總結機械波傳播方向上兩質點平衡位置間距與波長的關系平衡位置間距Δx=,6.(2017天津理綜,5,6分)手持較長軟繩端點O以周期T在豎直方向上做簡諧運動,帶動繩上的其他質點振動形成簡諧波沿繩水平傳播,示意如圖。繩上有另一質點P,且O、P的平衡位置間距為L。t=0時,O位于最高點,P的位移恰好為零,速度方向豎直向上,下列判斷正確的是()A.該簡諧波是縱波B.該簡諧波的最大波長為2LC.t=時,P在平衡位置上方D.t=時,P的速度方向豎直向上,答案C本題考查機械波。由題意知繩上的質點在豎直方向上振動,波水平向右傳播,故該波為橫波,選項A錯誤;在t=0時刻,P點在如圖所示位置時,波長最大,則有λ=L,λ=4L,選項B錯誤;t=0時,P在平衡位置且向上振動,當t=時,P在平衡位置上方,選項C正確;當t=T時,P處于從最高點向平衡位置運動過程中,故速度方向向下,選項D錯誤。,思路分析t=0時,O位于最高點——波峰,P位移為零,速度向上——平衡位置,作出波動圖象,確定P點的可能位置,判斷P點在不同時刻的運動方向和最大波長。,7.(2016天津理綜,7,6分)(多選)在均勻介質中坐標原點O處有一波源做簡諧運動,其表達式為y=5sin(t),它在介質中形成的簡諧橫波沿x軸正方向傳播,某時刻波剛好傳播到x=12m處,波形圖象如圖所示,則()A.此后再經6s該波傳播到x=24m處B.M點在此后第3s末的振動方向沿y軸正方向C.波源開始振動時的運動方向沿y軸負方向D.此后M點第一次到達y=-3m處所需時間是2s,答案AB由波源振動表達式可知ω=s-1,而ω=,所以T=4s,由波形圖知λ=8m,波速v==2m/s,Δx=vΔt=12m,故A項正確;經過Δt=3s,波向前傳播的距離為Δx,Δx=vΔt=6m,畫出這一時刻的波形圖如圖中虛線所示,由圖可知,M點振動方向沿y軸正方向,B項正確;在波的傳播過程中,各質點的起振方向都與波源的起振方向相同,可得波源起振方向沿y軸正方向,C項錯誤;此時M點在y=3m處且沿y軸負方向振動,第一次到達y=-3m處所用時間小于,故D項錯誤。,規(guī)律總結根據(jù)波的傳播方向判斷質點振動方向的方法:順著波的傳播方向看,處在上坡處的質點向下振動,處在下坡處的質點向上振動,即“上坡下,下坡上”。,評析本題考查了機械振動與機械波的內容,理解振動與波的關系,熟練掌握質點振動方向與波的傳播方向的互判方法是解題的關鍵。,8.(2015福建理綜,16,6分)簡諧橫波在同一均勻介質中沿x軸正方向傳播,波速為v。若某時刻在波的傳播方向上,位于平衡位置的兩質點a、b相距為s,a、b之間只存在一個波谷,則從該時刻起,下列四幅波形圖中質點a最早到達波谷的是(),答案D根據(jù)波的傳播方向,可分別判定四幅波形圖中質點a的振動方向,A圖中向上振動,B圖中向下振動,C圖中向上振動,D圖中向下振動;各圖中波的周期分別為TA=,TB=,TC=,TD=,故從該時刻起,各圖中質點a第一次到達波谷的時間分別為tA=TA=,tB=TB=,tC=TC=,tD=TD=,可知tD
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