2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第14單元機械振動與機械波聽課正文.docx

機械振動與機械波高考熱點統(tǒng)計要求2015年2016年2017年2018年高考基礎(chǔ)要求及冷點統(tǒng)計單擺、周期公式、受迫振動和共振、機械波、橫波和縱波、波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系34(1)34(1)34(2)34(1)簡諧運動()簡諧運動的公式和圖像()實驗:探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度簡諧運動的公式和圖像是基本要求;“探究單擺的運動”實驗一般不單獨出題.橫波的圖像34(2)34(2)34(1)34(2)34(1)34(1)34(1)34(2)34(1)34(1)波的干涉和衍射現(xiàn)象、多普勒效應(yīng)34(1)考情分析1.本單元考查的熱點有簡諧運動的特點及圖像、波的圖像以及波長、波速、頻率的關(guān)系,題型有選擇、填空、計算等,難度中等偏下,波動與振動的綜合,以計算題的形式考查的居多.2.對振動和波動部分,復(fù)習(xí)時應(yīng)注意理解振動過程中回復(fù)力、位移、速度、加速度等各物理量的變化規(guī)律、振動與波動的關(guān)系及兩個圖像的物理意義,注意圖像在空間和時間上的周期性.3.對本單元的實驗,高考時直接考查的頻率不高,但復(fù)習(xí)時不能忽略,要注意對實驗原理、器材、步驟、數(shù)據(jù)處理方法、誤差分析等的理解.第35講機械振動用單擺測定重力加速度一、簡諧運動1.簡諧運動:質(zhì)點的位移與時間的關(guān)系遵從函數(shù)的規(guī)律,其振動圖像(x-t圖像)是一條曲線.2.特征:回復(fù)力F=,x是振動質(zhì)點相對位置的位移,可用該關(guān)系式判斷一個振動是否為簡諧運動.3.描述簡諧運動的物理量(1)位移x:由位置指向質(zhì)點所在位置的有向線段,是量.(2)振幅A:振動物體離開平衡位置的,是量,表示振動的強弱.(3)周期T:物體完成一次所需的時間.頻率f:單位時間內(nèi)完成全振動的.它們都是表示振動快慢的物理量,二者的關(guān)系為T=.4.簡諧運動的位移表達式:x=.二、簡諧運動的圖像1.物理意義:表示振動質(zhì)點的隨變化的規(guī)律.2.圖像特征:曲線.三、受迫振動1.受迫振動:系統(tǒng)在周期性作用下的振動.做受迫振動的系統(tǒng),它的周期(或頻率)等于的周期(或頻率),而與系統(tǒng)的固有周期(或頻率).2.共振:驅(qū)動力的頻率系統(tǒng)的固有頻率時,受迫振動的振幅最大.【辨別明理】(1)簡諧運動平衡位置就是質(zhì)點所受合力為零的位置.()(2)做簡諧運動的質(zhì)點先后通過同一點,回復(fù)力、速度、加速度、位移都是相同的.()(3)做簡諧運動的質(zhì)點,速度增大時,加速度可能增大.()(4)簡諧運動的周期與振幅成正比.()(5)振幅等于振子運動軌跡的長度.()(6)單擺在任何情況下的運動都是簡諧運動.()(7)單擺的振動周期由振子的質(zhì)量和擺角共同決定.()(8)物體做受迫振動時,其振動頻率與固有頻率有關(guān).()(9)簡諧運動的圖像描述的是振動質(zhì)點的軌跡.()考點一質(zhì)點的振動規(guī)律1.簡諧運動中路程(s)與振幅(A)的關(guān)系(1)質(zhì)點在一個周期內(nèi)通過的路程是振幅的4倍.(2)質(zhì)點在半個周期內(nèi)通過的路程是振幅的2倍.(3)質(zhì)點在四分之一周期內(nèi)通過的路程有三種情況:計時起點對應(yīng)質(zhì)點在三個特殊位置(兩個最大位移處和一個平衡位置)時,s=A;計時起點對應(yīng)質(zhì)點在最大位移和平衡位置之間且向平衡位置運動時,sA;計時起點對應(yīng)質(zhì)點在最大位移和平衡位置之間且向最大位移處運動時,s”“”“0.20s.圖36-1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變式題(多選)圖36-2一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波,波速為4m/s.某時刻其波形如圖36-2所示,下列說法正確的是()A.這列波的振幅為2cmB.這列波的周期為1sC.此時x=4m處質(zhì)點沿y軸負方向運動D.此時x=4m處質(zhì)點的加速度為0E.從此時開始5s后x=4m處的質(zhì)點沿y軸負方向運動考向二振動圖像和波動圖像的綜合應(yīng)用振動圖像波動圖像研究對象一個振動質(zhì)點沿波傳播方向的所有質(zhì)點研究內(nèi)容某一質(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)律圖像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)點的位移圖像信息(1)某一質(zhì)點振動周期(2)某一質(zhì)點振幅(3)某一質(zhì)點在各時刻的位移(4)某一質(zhì)點在各時刻速度、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)點在該時刻加速度的方向(4)傳播方向、振動方向的互判圖像變化隨時間推移,圖像延續(xù),但已有形狀不變隨時間推移,圖像沿傳播方向平移一個完整曲線占橫坐標的距離表示一個周期表示一個波長例32018全國卷一列簡諧橫波在t=s時的波形圖如圖36-3甲所示,P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點,圖乙是質(zhì)點Q的振動圖像.求:(1)波速及波的傳播方向;(2)質(zhì)點Q的平衡位置的x坐標.圖36-3變式題(多選)圖36-4甲為一列簡諧橫波在t=2s時刻的波形圖,圖乙為媒質(zhì)中平衡位置在x=1.5m處的質(zhì)點的振動圖像,P是平衡位置為x=2m的質(zhì)點.下列說法正確的是()圖36-4A.波速為0.5m/sB.波的傳播方向沿x軸正方向C.02s時間內(nèi),P運動的路程為8cmD.02s時間內(nèi),P向y軸正方向運動E.當t=7s時,P恰好回到平衡位置要點總結(jié)解決振動圖像與波動圖像的綜合問題的注意點:(1)分清振動圖像與波動圖像.(2)找準波動圖像對應(yīng)的時刻.(3)找準振動圖像描述的質(zhì)點.考點三機械波傳播過程中的多解問題1.造成波動問題多解的主要因素(1)周期性:時間周期性:時間間隔t與周期T的關(guān)系不明確.空間周期性:波傳播距離x與波長的關(guān)系不明確.(2)雙向性:傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定.振動方向雙向性:質(zhì)點振動方向不確定.(3)波形的隱含性形成多解:在波動問題中,往往只給出完整波形的一部分,或給出幾個特殊點,而其余信息均處于隱含狀態(tài).這樣,波形就有多種情況,形成波動問題的多解性.2.解決波的多解問題的思路一般采用從特殊到一般的思維方法,即找出一個周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系,若此關(guān)系為時間關(guān)系,則t=nT+t(n=0,1,2,);若此關(guān)系為距離關(guān)系,則x=n+x(n=0,1,2,).例42015全國卷甲、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36-5所示.求:圖36-5(1)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;(2)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.圖36-6變式題1(多選)一列簡諧橫波沿直線傳播,該直線上平衡位置相距9m的a、b兩質(zhì)點的振動圖像如圖36-6所示,則圖36-7中描述該波的圖像可能正確的是()圖36-7變式題2如圖36-8所示實線是一列簡諧橫波在t1=0時刻的波形,虛線是這列波在t2=0.5s時刻的波形,這列波的周期T滿足:3Tt2-t14T.(1)若波速向右,波速多大?(2)若波速向左,波速多大?(3)若波速大小為74m/s,波速方向如何?圖36-8考點四波的干涉、衍射、多普勒效應(yīng)波的干涉現(xiàn)象中加強點、減弱點的兩種判斷方法(1)公式法: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r.當兩相干波源振動步調(diào)一致時.若r=n(n=0,1,2,),則振動加強;若r=(2n+1)(n=0,1,2,),則振動減弱.當兩相干波源振動步調(diào)相反時.若r=(2n+1)(n=0,1,2,),則振動加強;若r=n(n=0,1,2,),則振動減弱.(2)現(xiàn)象法:在某時刻波的干涉的波形圖上,波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點,一定是加強點,而波峰與波谷的交點一定是減弱點,各加強點或減弱點各自連接而成以兩波源為中心向外輻射的連線,形成加強線和減弱線,兩種線互相間隔,加強點與減弱點之間各質(zhì)點的振幅介于加強點與減弱點的振幅之間.1.(波的衍射條件的應(yīng)用)(多選)圖36-9中S為在水面上振動的波源,M、N是水面上的兩塊擋塊,其中M板固定,N板可以上下移動,兩板中間有一狹縫,此時測得A處水沒有振動,為使A處水也能發(fā)生振動,可采用的方法圖36-9是()A.使波源的頻率增大B.使波源的頻率減小C.移動N使狹縫的間距增大D.移動N使狹縫的間距減小E.波沿直線傳播,所以只要A、B的連線不被擋塊擋住即可2.(波的干涉原理)兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇.圖36-10中實線表示波峰,虛線表示波谷,c和f分別為a、e和b、d的中點.圖36-10(1)在a、b、c、d、e、f六點中,振動加強的點是,振動減弱的點是.(2)若兩振源S1和S2振幅相同,此時刻位移為零的點是.(3)畫出此時刻a、c、e連線上,以a為起點的一列完整波形,標出e點.3.(波的多普勒效應(yīng)的應(yīng)用)(多選)如圖36-11甲所示,男同學(xué)站立不動吹口哨,一位女同學(xué)坐在秋千上來回擺動,據(jù)圖乙,下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的是()圖36-11A.女同學(xué)從A向B運動過程中,她感覺哨聲音調(diào)變高B.女同學(xué)從E向D運動過程中,她感覺哨聲音調(diào)變高C.女同學(xué)在點C向右運動時,她感覺哨聲音調(diào)不變D.女同學(xué)在點C向左運動時,她感覺哨聲音調(diào)變低E.女同學(xué)從B向D運動過程中,她感覺哨聲音調(diào)變高完成課時作業(yè)(三十六)第十四單元機械振動與機械波第35講機械振動用單擺測定重力加速度【教材知識梳理】一、1.正弦正弦2.-kx平衡3.(1)平衡矢(2)最大距離標(3)全振動次數(shù)4.Asin(t+)二、1.位移時間2.正弦(或余弦)三、1.驅(qū)動力驅(qū)動力無關(guān)2.等于辨別明理(1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()(7)()(8)()(9)()【考點互動探究】考點一1.ABE解析由關(guān)系式可知=rad/s,T=8s,A正確;將t=1s和t=3s代入關(guān)系式中求得兩時刻位移相同,B正確;作出質(zhì)點的振動圖像如圖所示,由圖像可以看出,第1s末和第3s末的速度方向不同,C錯誤;由圖像可知,第3s末至第4s末質(zhì)點的位移方向與第4s末至第5s末質(zhì)點的位移方向相反,而速度的方向相同,故D錯誤,E正確.2.0,所以圖像為c,d=1.2cm.測量周期時,擺球擺動過程中懸點O處擺線的固定點出現(xiàn)松動,擺長略微變大,則擺長的測量值偏小,測得的重力加速度偏小.(2)根據(jù)簡諧運動的圖線知,單擺的周期T=2.0s.根據(jù)T=2得T2=l+,對比圖線方程,可知圖線的斜率k=4.04s2/m,解得g=9.76m/s2.第36講機械波【教材知識梳理】一、機械振動有波源有介質(zhì)受迫垂直平行二、1.相同2.波源4.f三、1.平衡位置位移2.平衡位置四、1.(1)位移的矢量和(2)增大減小頻率2.(2)相差不多更小3.(2)相對運動(3)升高降低辨別明理(1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()(7)()(8)()(9)()(10)()【考點互動探究】考點一例1(1)133cm(2)125cm解析(1)由題意,O、P兩點間的距離與波長之間滿足OP=波速v與波長的關(guān)系為v=在t=5s的時間間隔內(nèi),波傳播的路程為vt.由題意有vt=PQ+式中,PQ為P、Q間的距離.聯(lián)立解得PQ=133cm(2)Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置時,波源運動的時間為t1=t+T波源從平衡位置開始運動,每經(jīng)過,波源運動的路程為A,由題給條件得t1=25故t1時間內(nèi),波源運動的路程為s=25A=125cm變式題1ABD解析由于沒有能量損失,故P與波源的振幅相同,A正確;波在傳播過程中周期不變,故B正確;介質(zhì)中所有質(zhì)點開始振動的方向都與波源的起振方向相同,故C錯誤;若P與波源距離s=vT,則質(zhì)點P與波源之間的距離為一個波長,故質(zhì)點P與波源的位移總是相同的,D正確.變式題2BDE解析波長=vT=0.8m,SQ=14.6m=18,當S處于平衡位置向上振動時,Q應(yīng)處于波谷;SP=15.8m=19,當S處于平衡位置向上振動時,P應(yīng)處于波峰;可見P、Q兩質(zhì)點運動的方向應(yīng)始終相反,A、C錯誤,B、D、E正確.考點二例2ACE解析由圖像可知,=0.16m,波向x軸正方向傳播,則有nT+=0.20s,已知周期T0.20s,所以取n=0,可得T=0.4s,故波速v=0.40m/s,A正確,B錯誤;由圖像可知,t=0時,x=0.08m處的質(zhì)點位于平衡位置向y軸正方向振動,則t=0.70s=T時位于波谷,t=0.12s=0.3T時在平衡位置上方向波峰處運動,C正確,D錯誤;波從一種介質(zhì)進入到另外一種介質(zhì),頻率、周期均不變,所以=vT=0.32m,E正確.變式題ADE解析由波動圖像知,波的振幅為2cm,選項A正確;波長=8m,周期T=s=2s,選項B錯誤;由于波沿x軸正方向傳播,由波傳播方向和質(zhì)點振動方向的關(guān)系知,x=4m處質(zhì)點此時向y軸正方向運動,選項C錯誤;此時x=4m處的質(zhì)點處于平衡位置,其加速度為零,選項D正確.t=5s=T,則從此時開始5s后x=4m處的質(zhì)點沿y軸負方向運動,選項E正確.例3(1)18cm/sx軸負方向(2)9cm解析(1)由圖甲可以看出,該波的波長為=36cm由圖乙可以看出,周期為T=2s波速為v=18cm/s由圖乙知,當t=s時,Q點向上運動,結(jié)合圖甲可得,波沿x軸負方向傳播.(2)設(shè)質(zhì)點P、Q平衡位置的x坐標分別為xP、xQ.由圖甲知,x=0處y=-=Asin(-30),因此xP=3cm由圖乙知,在t=0時Q點處于平衡位置,經(jīng)t=s,其振動狀態(tài)向x軸負方向傳播至P點處,由此及式有xQ-xP=vt=6cm由式得,質(zhì)點Q的平衡位置的x坐標為xQ=9cm變式題ACE解析由圖甲讀出波長=2m,由圖乙讀出周期T=4s,則v=0.5m/s,選項A正確;圖甲是t=2s時的波形圖,圖乙是x=1.5m處質(zhì)點的振動圖像,該質(zhì)點在t=2s時向下振動,所以波沿x軸負方向傳播,選項B錯誤;在02s內(nèi)質(zhì)點P由波峰向波谷振動,通過的路程s=2A=8cm,選項C正確,選項D錯誤;t=7s時,質(zhì)點P振動了個周期,所以此時質(zhì)點P位置與t=T=3s時位置相同,即在平衡位置,選項E正確.考點三例4(1)x=(50+300n)cm,n=0,1,2,(2)0.1s解析(1)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1=50cm,2=60cm甲、乙兩列波波峰的x坐標分別為x1=50+k11,k1=0,1,2,x2=50+k22,k2=0,1,2,聯(lián)立可得,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,(2)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x=-式中,m1和m2均為整數(shù).將波長代入,可得x=10(6m2-5m1)+5由于m1、m2均為整數(shù),相向傳播的波谷間的距離最小為x0=5cm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=代入數(shù)值得t=0.1s變式題1AC解析t=0時刻,a點在波峰,b點在平衡位置,且向下振動.若波由a傳到b,則a、b間距s=9m(n=0,1,2,),得=12m,m,m,;若波由b傳到a,則a、b間距s=9m(n=0,1,2,),得=36m,m,4m,故A、C正確.變式題2(1)54m/s(2)58m/s(3)波向左傳播解析(1)波向右傳播時,傳播距離x滿足x=k+(k=0,1,2,3,)由t=知傳播時間滿足t=kT+T(k=0,1,2,3,)由于3Tt2-t14T因此k=3故t=3T+T由波形圖知=8m波速v=54m/s(2)波向左傳播時,傳播距離x滿足x=k+(k=0,1,2,3,)傳播時間滿足t=kT+T(k=0,1,2,3,)由3Tt2-t14T可知k=3故t=3T+T波速v=58m/s(3)波速大小為74m/s時,波在t時間內(nèi)傳播的距離為x=vt=740.5m=37m=(4+5)m所以波向左傳播考點四1.BD解析使狹縫滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件即可,即將狹縫變小或?qū)⒉ㄩL變大,B、D正確.2.(1)a、c、eb、d、f(2)b、c、d、f(3)如圖所示解析(1)a、e兩點分別是波谷與波谷、波峰與波峰相交的點,故此兩點為振動加強點;c點處在a、e連線上,且從運動的角度分析a點的振動形式恰沿該線傳播,故c點是振動加強點;同理,b、d是振動減弱點,f也是振動減弱點.(2)因為S1、S2振幅相同,振動最強區(qū)的振幅為2A,最弱區(qū)的振幅為零,此時位移為零的點是b、c、d、f.(3)圖中對應(yīng)時刻a處在兩波谷的交點上,即此時刻a在波谷,同理e在波峰,所以對應(yīng)的波形如圖所示.3.ADE解析根據(jù)多普勒效應(yīng),女同學(xué)蕩秋千的過程中,只要她有向右的速度,即靠近聲源,她都會感到哨聲音調(diào)變高;反之,女同學(xué)向左運動時,她感到音調(diào)變低,選項A、D、E正確,B、C錯誤.1.(多選)2015海南卷一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形如圖36-1所示,質(zhì)點P的x坐標為3m.已知任意振動質(zhì)點連續(xù)2次經(jīng)過平衡位