（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(nèi)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(zhì)點的振動相互(填“加強”或“減弱”),點C(0,0.5)處質(zhì)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(nèi),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(nèi),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(zhì)點在t=0.70s時位于波谷D.x=0.08m的質(zhì)點在t=0.12s時位于波谷E.若此波傳入另一介質(zhì)中其波速變?yōu)?.80m/s,則它在該介質(zhì)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(zhì)點振動了T+T,則可知t=0.70s時,該質(zhì)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(nèi)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(zhì)點處于波谷,選項D錯誤;2s=3T,t=2s時,x=2m處的質(zhì)點經(jīng)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(nèi)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(zhì)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(zhì)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(jīng)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(zhì)中向左、右傳播。波源振動的頻率為20Hz,波速為16m/s。已知介質(zhì)中P、Q兩質(zhì)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(zhì)點運動的方向始終相同B.P、Q兩質(zhì)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(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。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(zhì)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(jīng)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(zhì)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(zhì)中傳播時,其頻率只決定于波源的振動頻率,與介質(zhì)無關;傳播速度與介質(zhì)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(zhì)中的兩個質(zhì)點。圖(b)是質(zhì)點Q的振動圖像。求(ⅰ)波速及波的傳播方向;(ⅱ)質(zhì)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(zhì)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(zhì)中偏離平衡位置位移為16cm的所有質(zhì)點的x坐標;(ⅱ)從t=0開始,介質(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為-16cm的質(zhì)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(zhì)點偏離平衡位置的位移為16cm。兩列波的波峰相遇處的質(zhì)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(zhì)中偏離平衡位置位移為16cm的所有質(zhì)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(zhì)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(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為-16cm的質(zhì)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(zhì)中沿x軸正向傳播,波長不小于10cm。O和A是介質(zhì)中平衡位置分別位于x=0和x=5cm處的兩個質(zhì)點。t=0時開始觀測,此時質(zhì)點O的位移為y=4cm,質(zhì)點A處于波峰位置;t=s時,質(zhì)點O第一次回到平衡位置,t=1s時,質(zhì)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(zhì)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(zhì)點A在0到1s內(nèi)由最大位移處第一次回到平衡位置,經(jīng)歷的是個周期,由此可知T=4s①由于質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量增加為原來的倍,擺球經(jīng)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(zhì)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(jīng)過平衡位置時,因質(zhì)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(nèi)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(nèi)擺動,C對。擺動中擺角要控制在5以內(nèi),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(zhì)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(zhì)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(zhì)點振動形成簡諧波沿繩水平傳播,示意如圖。繩上有另一質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(jīng)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(jīng)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(zhì)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(zhì)點振動方向的方法:順著波的傳播方向看,處在上坡處的質(zhì)點向下振動,處在下坡處的質(zhì)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(nèi)容,理解振動與波的關系,熟練掌握質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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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