高三物理复习课件机械振动和机械波高三物理课件

专题十六机械振动和机械波高考物理(课标Ⅲ专用)考点一机械振动五年高考A组统一命题·课标卷题组1.[2019课标Ⅱ,34(1),5分]如图,长为l的细绳下方悬挂一小球a,绳的另一端固定在天花板上O点处,在O点正下方 l的O’处有一固定细铁钉。将小球向右拉开,使细绳与竖直方向成一小角度(约为2°)后由静止释放,并从释放时开始计时。当小球a摆至最低位置时,细绳会受到铁钉的阻挡。设小球相对于其平衡位置的水平位移为x,向右为正。下列图像中,能描述小球在开始一个周期内的x-t关系的是 ()34答案A本题考查单摆问题中对单摆模型的理解及对周期公式的认识,体现出模型建构的素养。由单摆的周期公式T=2π 可知,单摆的摆长越大,周期越大,题中单摆在一个全振动中,当x0时摆长为l,T1=2π ;当x0时,摆长为 ,T2=π ,则T1=2T2,由机械能守恒定律可知,小球将运动到与初始位置等高的地方,由几何关系可知,当x0时,振幅变小,故A项正确。Lglg4llg解题关键将整个全振动分为x0与x0两种情况来分析,比较两种情况下的周期大小和振幅大小。2.[2017课标Ⅰ,34(1),5分]如图(a),在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4m)和S2(0,-2m)。两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示。两列波的波速均为1.00m/s。两列波从波源传播到点A(8m,-2m)的路程差为m,两列波引起的点B(4m,1m)处质点的振动相互(填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5m)处质点的振动相互(填“加强”或“减弱”)。答案2减弱加强解析本题考查波的干涉。若两波源同相,在干涉区域内,波程差Δx=nλ(n=0,1,2,…)的点振动加强,波程差为Δx=(2n+1) (n=0,1,2,…)的点振动减弱。若两相干波源反相,在干涉区域内,波程差Δx=nλ(n=0,1,2,…)的点振动减弱,波程差Δx=(2n+1) (n=0,1,2,…)的点振动加强。本题中两波源反相,A到两波源的距离差为AS1-AS2= m-8m=2m。由图(b)和图(c)得T=2s,则λ=vT=2m,因BS1-BS2=0,故B点振动减弱。CS1-CS2=1m,恰好为半个波长,故C点振动加强。2λ2λ22(80)(24)3.[2018课标Ⅰ,34(2),10分]一列简谐横波在t= s时的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图像。求(ⅰ)波速及波的传播方向;(ⅱ)质点Q的平衡位置的x坐标。13答案(ⅰ)18cm/s沿x轴负方向传播(ⅱ)xQ=9cm解析本题考查机械振动、机械波。(ⅰ)由图(a)可以看出,该波的波长为λ=36cm①由图(b)可以看出,周期为T=2s②波速为v= =18cm/s③由图(b)知,当t= s时,质点Q向上运动,结合图(a)可得,波沿x轴负方向传播。(ⅱ)设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ。由图(a)知,x=0处y=- =Asin(-30°),因此xP= λ=3cm④由图(b)知,在t=0时质点Q处于平衡位置,经Δt= s,其振动状态向x轴负方向传播至P点处,由此及③式有xQ-xP=vΔt=6cm⑤λT132A3036013由④⑤式得,质点Q的平衡位置的x坐标为xQ=9cm⑥疑难解析振动图像与波动图像的综合①由振动图像确定Q质点 s时的振动方向,再由“带动法”判断波的传播方向。②经过时间Δt= s,波传播的距离Δx=vtλ,说明Q点的振动状态向x轴负方向传播到P点处。③由振动方程y=Asinθ且y=- 得θ=-30°。④由v= = ,得出Δx。13132AλTxt考点二机械波4.[2019课标Ⅲ,34(1),5分](多选)水槽中,与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上。振动片做简谐振动时,两根细杆周期性触动水面形成两个波源。两波源发出的波在水面上相遇,在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样。关于两列波重叠区域内水面上振动的质点,下列说法正确的是 ()A.不同质点的振幅都相同B.不同质点振动的频率都相同C.不同质点振动的相位都相同D.不同质点振动的周期都与振动片的周期相同E.同一质点处,两列波的相位差不随时间变化答案BDE本题考查了机械波的干涉内容,突出了理解能力、综合分析能力的应用,体现了核心素养中模型建构、科学推理和科学论证要素。两列波发生干涉时,会出现振动加强区和振动减弱区,振动加强区的质点振幅大,振动减弱区的质点振幅小,故A错误。波动过程中质点的振动频率由波源决定,故B项正确。不同质点的振动相位不一定相同,故C错误。振动质点的周期由波源决定,故D项正确。由题意知,两列波在重叠区域发生干涉并形成干涉图样,则在同一质点处,两列波的相位在不断变化,但两列波的相位差不变,故E项正确。5.[2019课标Ⅰ,34(1),5分](多选)一简谐横波沿x轴正方向传播,在t= 时刻,该波的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点。图(b)表示介质中某质点的振动图像。下列说法正确的是 () A.质点Q的振动图像与图(b)相同B.在t=0时刻,质点P的速率比质点Q的大C.在t=0时刻,质点P的加速度的大小比质点Q的大D.平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图(b)所示E.在t=0时刻,质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大2T答案CDE本题考查了机械振动及机械波图像的综合应用,考查了学生的综合分析能力,体现了物理观念中运动与相互作用的素养要素。由图(b)可知,在 时刻,该质点处于平衡位置且向y轴负方向运动,再从图(a)中利用“上下坡法”,结合波沿x轴正方向传播可知,在 时刻,质点Q在平衡位置且向y轴正方向运动,平衡位置在原点处的质点在平衡位置且向y轴负方向运动,所以A选项错误,D选项正确。分析可知,在t=0时刻,质点P位于波谷,此时质点P的速率为0,加速度最大,位移大小最大,但质点Q在平衡位置,速率最大,加速度为0,位移为0,所以B选项错误,C和E选项均正确。2T2T解后反思本题重点理解机械振动和波形图中各质点在不同位置时的速度、加速度(回复力)、位移的特点,还需熟练掌握振动图像和波形图的有机结合,并灵活运用。6.[2018课标Ⅲ,34(1),5分](多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0和t=0.20s时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期T0.20s。下列说法正确的是 ()A.波速为0.40m/sB.波长为0.08mC.x=0.08m的质点在t=0.70s时位于波谷D.x=0.08m的质点在t=0.12s时位于波谷E.若此波传入另一介质中其波速变为0.80m/s,则它在该介质中的波长为0.32m答案ACE本题考查机械振动和机械波的综合应用。由图像可知,该波的波长λ=16cm=0.16m,选项B错误;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,选项A正确;Δt1=0.70s=T+ T,即从t=0时刻开始到t=0.70s时刻,x=0.08m的质点振动了T+ T,则可知t=0.70s时,该质点位于波谷,选项C正确;Δt2=0.12s= T T,则x=0.08m的质点在t=0.12s时位于平衡位置和波峰之间的某一位置,选项D错误;机械波传入另一介质中,其周期不变,则波长λ'=v'T=0.32m,选项E正确。1212tn0.20s12nλT0.160.403434310127.[2017课标Ⅲ,34(1),5分](多选)如图,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线为t=0时的波形图,虚线为t=0.5s时的波形图。已知该简谐波的周期大于0.5s。关于该简谐波,下列说法正确的是 ()A.波长为2mB.波速为6m/sC.频率为1.5HzD.t=1s时,x=1m处的质点处于波峰E.t=2s时,x=2m处的质点经过平衡位置答案BCE由题图可知,该波波长λ=4m,选项A错误;T0.5s,则由题图知波在0.5s内沿x轴正方向传播的距离为 λ,传播时间t= T=0.5s,T= s,频率f= =1.5Hz,选项C正确;波速v= =6m/s,选项B正确;1s= T,t=1s时,x=1m处的质点处于波谷,选项D错误;2s=3T,t=2s时,x=2m处的质点经过平衡位置,选项E正确。3434231TλT32关联知识(1)波长、波速、周期间的关系。(2)由波形图和波的传播方向确定一段时间内波的传播距离与波长的关系,进而求出波的周期。8.[2016课标Ⅲ,34(1),5分](多选)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的频率为20Hz,波速为16m/s。已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧,且P、Q和S的平衡位置在一条直线上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8m、14.6m。P、Q开始振动后,下列判断正确的是 ()A.P、Q两质点运动的方向始终相同B.P、Q两质点运动的方向始终相反C.当S恰好通过平衡位置时,P、Q两点也正好通过平衡位置D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰E.当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰答案BDE由波速公式:v=λf得λ= =0.8m,LSP= λ=19 λ,LSQ= λ=18 λ,由波动的周期性,采用“去整留零”的方法,可在波形图上标出S、P、Q三点的位置,如图所示,由图可知,P、Q两点的运动方向始终相反,A项错误,B项正确;S在平衡位置时,P、Q一个在波峰,一个在波谷,C项错误;当S恰通过平衡位置向上运动时,P在波峰,Q在波谷,反之则相反,故D、E项正确。 考查点波的传播特点vf15.80.83414.60.814方法技巧判断在波的传播方向上质点的运动情况,可求出质点平衡位置和波源间的距离与波长的关系,采用“去整留零”的方法,画出某时刻的波形图,确定质点的位置。解题关键①理解波传播方向与振动方向之间的关系。②理解波在传播过程中空间上的重复性。9.[2018课标Ⅱ,34(1),5分]声波在空气中的传播速度为340m/s,在钢铁中的传播速度为4900m/s。一平直桥由钢铁制成,某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音,分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00s。桥的长度为m。若该声波在空气中的波长为λ,则它在钢铁中的波长为λ的倍。答案365 24517解析本题考查声波的传播。设桥长为x,则有 - =1.00s,解得:x=365m。波在不同介质中传播时,频率不变,由λ= ,有λ钢= λ= λ。340m/sx4900m/sxvfvv钢气24517关联知识机械波的传播特点机械波在不同介质中传播时,其频率只决定于波源的振动频率,与介质无关;传播速度与介质有关。10.[2016课标Ⅱ,34(2),10分]一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长不小于10cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=5cm处的两个质点。t=0时开始观测,此时质点O的位移为y=4cm,质点A处于波峰位置;t= s时,质点O第一次回到平衡位置,t=1s时,质点A第一次回到平衡位置。求(ⅰ)简谐波的周期、波速和波长;(ⅱ)质点O的位移随时间变化的关系式。13答案见解析解析(ⅰ)设振动周期为T。由于质点A在0到1s内由最大位移处第一次回到平衡位置,经历的是 个周期,由此可知T=4s①由于质点O与A的距离5cm小于半个波长,且波沿x轴正向传播,O在t= s时回到平衡位置,而A在t=1s时回到平衡位置,时间相差 s。两质点平衡位置的距离除以传播时间,可得波的速度v=7.5cm/s②利用波长、波速和周期的关系得,简谐波的波长λ=30cm③(ⅱ)设质点O的位移随时间变化的关系为y=Acos  ④将①式及题给条件代入上式得  ⑤14132302tφT004cos0cos6AφAφ解得φ0= ,A=8cm⑥质点O的位移随时间变化的关系式为y=0.08cos (国际单位制) ⑦或y=0.08sin (国际单位制)考查