（山东专用）2020届高考物理一轮复习 专题十六 机械振动与机械波课件

专题十六机械振动与机械波高考物理(山东专用)A组山东省卷、课标Ⅰ卷题组五年高考考点一机械振动1.[2015山东理综,38(1)]如图,轻弹簧上端固定,下端连接一小物块,物块沿竖直方向做简谐运动。以竖直向上为正方向,物块简谐运动的表达式为y=0.1sin(2.5πt)m。t=0时刻,一小球从距物块h高处自由落下;t=0.6s时,小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速度的大小g=10m/s2。以下判断正确的是。(双选,填正确答案标号)a.h=1.7mb.简谐运动的周期是0.8sc.0.6s内物块运动的路程是0.2md.t=0.4s时,物块与小球运动方向相反答案ab解析由小物块的运动方程可知, =2.5πrad/s,T=0.8s,故b正确。0.6s内物块运动了 个周期,故路程应为0.3m,c错。t=0.4s时物块运动了半个周期,正向下运动,与小球运动方向相同,故d错。t=0.6s时,物块的位移y=-0.1m,小球下落距离H= gt2=1.8m,由题图可知,h=H+y=1.7m,故a正确。2T34122.[2013山东理综,37(1)]如图所示,在某一均匀介质中,A、B是振动情况完全相同的两个波源,其简谐运动表达式均为x=0.1sin(20πt)m,介质中P点与A、B两波源间的距离分别为4m和5m,两波源形成的简谐横波分别沿AP、BP方向传播,波速都是10m/s。 ①求简谐横波的波长。②P点的振动(填“加强”或“减弱”)。答案①1m②加强解析①设简谐波的波速为v,波长为λ,周期为T,由题意知T=0.1s①由波速公式v=  ②代入数据得λ=1m③②|Δs|= - =5m-4m=1m因Δs=λ,所以P点为加强点λTBPAP考点二机械波3.[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2TE.在t=0时刻,质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大答案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。4.[2016课标Ⅰ,34(1),5分](多选)某同学漂浮在海面上,虽然水面波正平稳地以1.8m/s的速率向着海滩传播,但他并不向海滩靠近。该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s。下列说法正确的是。A.水面波是一种机械波B.该水面波的频率为6HzC.该水面波的波长为3mD.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时能量不会传递出去E.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时振动的质点并不随波迁移答案ACE水面波是一种机械波,传播过程中各质点只在平衡位置上下往复运动,不随波的传播而迁移,因此水面波不会将该同学推向岸边,故D错,A、E均正确。由题意可知该波的周期T= s= s,频率f= =0.6Hz,波长λ=vT=1.8× m=3m,故B错、C正确。159531T53易错点拨第1个波峰到第10个波峰之间经历了9个周期的时间,而不是10个周期。5.[2014山东理综,38(1)]一列简谐横波沿直线传播。以波源O由平衡位置开始振动为计时零点,质点A的振动图像如图所示,已知O、A的平衡位置相距0.9m。以下判断正确的是。(双选,填正确答案标号) a.波长为1.2mb.波源起振方向沿y轴正方向c.波速大小为0.4m/sd.质点A的动能在t=4s时最大答案ab解析由图可知波源起振后3s质点A开始振动,故波速大小v= = =0.3m/s,c错误;由图知波的周期即质点A的振动周期T=4s,故该波的波长λ=vT=1.2m,a正确;因介质中各质点的起振方向与波源的起振方向相同,故由图知b正确;由图知t=4s时质点A处于正向最大位移处,此时质点A的速度为零、动能为零,故d错误。xt0.9m3s6.[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(0,4)和S2(0,-2)。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(8,-2)的路程差为m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互(填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)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)7.[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=9cm⑥8.[2015课标Ⅰ,34(2),10分,0.253]甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播,波速均为v=25cm/s。两列波在t=0时的波形曲线如图所示。求 (ⅰ)t=0时,介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标;(ⅱ)从t=0开始,介质中最早出现偏离平衡位置位移为-16cm的质点的时间。答案(ⅰ)x=(50+300n)cm,n=0,±1,±2,…(ⅱ)0.1s解析(ⅰ)t=0时,在x=50cm处两列波的波峰相遇,该处质点偏离平衡位置的位移为16cm。两列波的波峰相遇处的质点偏离平衡位置的位移均为16cm。从图线可以看出,甲、乙两列波的波长分别为λ1=50cm,λ2=60cm①甲、乙两列波波峰的x坐标分别为x1=50+k1λ1,k1=0,±1,±2,… ②x2=50+k2λ2,k2=0,±1,±2,… ③由①②③式得,介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标为x=(50+300n)cm,n=0,±1,±2,… ④(ⅱ)只有两列波的波谷相遇处的质点的位移为-16cm。t=0时,两波波谷间的x坐标之差为Δx'=[50+(2m2+1) ]-[50+(2m1+1) ] ⑤式中,m1和m2均为整数。将①式代入⑤式得Δx'=10(6m2-5m1)+5 ⑥由于m1、m2均为整数,相向传播的波谷间的距离最小为22λ12λΔx0'=5cm⑦从t=0开始,介质中最早出现偏离平衡位置位移为-16cm的质点的时间为t=  ⑧代入数据得t=0.1s⑨0'2xv评分细则第(ⅰ)问6分,①式2分,②③式各1分,④式2分;第(ⅱ)问4分,⑤⑦⑧⑨式各1分。解后反思该题难度较大,解答过程中要注意数学知识在物理学中的应用,尤其是对于通式的表达。同时该题要求学生具有较强的计算能力。9.[2012山东理综,37(1)]一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图所示,介质中质点P、Q分别位于x=2m、x=4m处。从t=0时刻开始计时,当t=15s时质点Q刚好第4次到达波峰。 ①求波速。②写出质点P做简谐运动的表达式(不要求推导过程)。答案①v=1m/s②y=0.2sin(0.5πt)m解析①设简谐横波的波速为v,波长为λ,周期为T,由图像知,λ=4m。由题意知t=3T+ T ①v=  ②联立①②式,代入数据得v=1m/s③②质点P做简谐运动的表达式为y=0.2sin(0.5πt)m④34λT10.[2011山东理综,37(1)]如图所示,一列简谐横波沿x轴传播,实线为t1=0时的波形图,此时P质点向y轴负方向运动,虚线为t2=0.01s时的波形图。已知周期T0.01s。①波沿x轴(填“正”或“负”)方向传播。②求波速。 答案①正②100m/s解析①根据“上坡下”判断,向正方向传播。②由题意知,λ=8mt2-t1= T ①v=  ②联立①②式,代入数据解得v=100m/s③18λTB组课标Ⅱ、Ⅲ及其他省(区、市)卷题组考点一机械振动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.[2019江苏单科,13B(1)](多选)一单摆做简谐运动,在偏角增大的过程中,摆球的 ()A.位移增大B.速度增大C.回复力增大D.机械能增大答案AC本题考查了机械振动的基本规律,体现了科学推理的核心素养。做简谐运动的单摆在偏角增大过程中距平衡位置的位移x增大,选项A正确。速度减小,选项B错误。回复力F=-kx,随x增大,回复力增大,选项C正确。单摆在摆动过程中悬线拉力不做功,故摆球机械能守恒,选项D错误。解题关键简谐运动的位移是以平衡位置为位移的起点的。3.(2018天津理综,8,6分)(多选)一振子沿x轴做简谐运动,平衡位置在坐标原点。t=0时振子的位移为-0.1m,t=1s时位移为0.1m,则 ()A.若振幅为0.1m,振子的周期可能为 sB.若振幅为0.1m,振子的周期可能为 sC.若振幅为0.2m,振子的周期可能为4sD.若振幅为0.2m,振子的周期可能为6s2345答案AD本题考查简谐运动的多解问题。简谐运动的位移方程为x