（江苏专用）2020届高考物理一轮复习 专题十五 机械振动与机械波课件

专题十五机械振动与机械波高考物理(江苏省专用)A组自主命题·江苏卷题组考点一机械振动五年高考1.[2013江苏单科,12B(1)]如图所示的装置,弹簧振子的固有频率是4Hz。现匀速转动把手,给弹簧振子以周期性的驱动力,测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz,则把手转动的频率为 () A.1HzB.3HzC.4HzD.5Hz答案A因把手每转动一周,驱动力完成一次周期性变化,即把手转动频率即驱动力的频率。弹簧振子做受迫振动,而受迫振动的频率等于驱动力的频率,与振动系统的固有频率无关,故A正确。考查点本题考查弹簧振子驱动力的频率与其振动频率的关系,属于容易题。错解分析易错选B或D,说明对受迫振动不理解,不知道其振动频率应和驱动力频率相等。2.[2011江苏单科,12B(3)]将一劲度系数为k的轻质弹簧竖直悬挂,下端系上质量为m的物块。将物块向下拉离平衡位置后松开,物块上下做简谐运动,其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期。请由单摆的周期公式推算出该物块做简谐运动的周期T。答案见解析解析单摆周期公式T=2π ,且kl=mg解得T=2π lgmk3.[2019江苏单科,13B(1)]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.机械能增大考点二机械波答案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。4.[2015江苏单科,12B(1)](多选)一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比 ()A.波速变大B.波速不变C.频率变高D.频率不变答案BC超声波的波速由介质决定,介质不变,则波速不变,B项正确;当鱼群向渔船靠近时,由于多普勒效应,被鱼群反射回来的超声波频率高于波源发出的频率,C正确。考查点本题考查波的传播、多普勒效应、波速、频率等知识,属于容易题。错解分析不清楚机械波的波速只与介质有关,在同种介质中波速不变,对多普勒效应的规律掌握不够。5.[2017江苏单科,12B(2)]野生大象群也有自己的“语言”。研究人员录下象群“语言”交流时发出的声音,发现以2倍速度快速播放录音时,能听到比正常播放时更多的声音。播放速度变为原来的2倍时,播出声波的(选填“周期”或“频率”)也变为原来的2倍,声波传播速度(选填“变大”、“变小”或“不变”)。答案频率不变解析受迫振动的频率等于驱动力的频率,故播放速度变为原来的2倍时,播出的声波的频率也变为原来的2倍。声波的传播速度取决于传播的介质,故速度不变。6.[2015江苏单科,12B(2)]用2×106Hz的超声波检查胆结石,该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2250m/s和1500m/s,则该超声波在结石中的波长是胆汁中的倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波长较短,遇到结石时(选填“容易”或“不容易”)发生衍射。答案1.5不容易解析由于波长、波速、频率三者的关系为v=λf,而同一超声波在不同介质中传播时频率不变(不发生多普勒效应),则波长之比等于波速之比,所以该超声波在结石中的波长是胆汁中的 =1.5倍;发生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸与波长相差不多,或小于波长。因为超声波的波长较短,所以遇到结石不容易发生衍射。22501500考查点本题考查波长、波速与频率的关系、波产生明显衍射现象的条件等知识,属于容易题。知识链接超声波检测胆结石的基本原理是:用脉冲发射器发出超声波,超声波传播过程中遇到胆结石时会被反射回来,反射波信号变换成电信号,并显示在屏幕上,可根据接收到回波时的信号强弱,分析推断病变情况。7.[2018江苏单科,12B(3)]一列简谐横波沿x轴正方向传播,在x=0和x=0.6m处的两个质点A、B的振动图像如图所示。已知该波的波长大于0.6m,求其波速和波长。答案2m/s0.8m解析由图像可知,周期T=0.4s由于波长大于0.6m,由图像可知,波从A到B的传播时间Δt=0.3s波速v= ,代入数据得v=2m/s波长λ=vT,代入数据得λ=0.8mxt解题关键由振动图像可知,质点B比质点A达到同一振动状态晚了Δt=nT+ T(n=0,1,2,…),由于波长大于0.6m,所以n=0,即Δt=0.3s。348.[2012江苏单科,12B(3)]地震时,震源会同时产生两种波,一种是传播速度约为3.5km/s的S波,另一种是传播速度约为7.0km/s的P波。一次地震发生时,某地震监测点记录到首次到达的P波比首次到达的S波早3min。假定地震波沿直线传播,震源的振动周期为1.2s,求震源与监测点之间的距离x和S波的波长λ。答案1260km4.2km解析设P波传播时间为t,则x=vPt,x=vS(t+Δt)解得x= Δt,代入数据得x=1260km由λ=vST,解得λ=4.2km。PSPSvvvvB组统一命题、省(区、市)卷题组考点一机械振动1.[2019课标Ⅱ,34(1)]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34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()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北京理综,15,6分)某弹簧振子沿x轴的简谐运动图像如图所示,下列描述正确的是 () A.t=1s时,振子的速度为零,加速度为负的最大值B.t=2s时,振子的速度为负,加速度为正的最大值C.t=3s时,振子的速度为负的最大值,加速度为零D.t=4s时,振子的速度为正,加速度为负的最大值答案A本题考查简谐运动图像。由图像可知,t=1s和t=3s时振子在最大位移处,速度为零,加速度分别为负向最大值、正向最大值;而t=2s和t=4s时振子在平衡位置,加速度为零,而速度分别为负向最大、正向最大。综上所述,A项说法正确。解题关键简谐运动图像与运动情景的关联通过图像,不仅要提取出图像中的相关信息,更需与振子运动情景相关联,细致分析出各物理量的大小和方向,这是解答本题的关键。3.(2017上海单科,10,4分)做简谐运动的单摆,其摆长不变,若摆球的质量增加为原来的 ,摆球经过平衡位置的速度减为原来的 ,则单摆振动的 ()A.周期不变,振幅不变B.周期不变,振幅变小C.周期改变,振幅不变D.周期改变,振幅变大9423答案B本题考查单摆。由单摆的周期公式T=2π 可知,当摆长L不变时,周期不变,故C、D错误;由能量守恒定律可知 mv2=mgh,其摆动的高度与质量无关,因平衡位置的速度减小,则最大高度减小,即振幅减小,选项B正确、A错误。/Lg12易错警示摆球经过平衡位置时,因质量增加为原来的 倍,速度减为原来的 ,故动能Ek= mv2不变,不要误认为摆球的振幅不变而错选A。9423124.(2016北京理综,15,6分)如图所示,弹簧振子在M、N之间做简谐运动。以平衡位置O为原点,建立Ox轴。向右为x轴正方向。若振子位于N点时开始计时,则其振动图像为 ()答案A振子在N点时开始计时,其位移为正向最大,并按正弦规律变化,故选项A正确。5.(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=Asin ,当振幅A=0.1m时,由t=0时x=-0.1m得θ=- ;由t=1s时x=0.1m有sin =1,则 - =2kπ+ (k=0,1,2,…),k=0时,T=2s;k=1时,T= s;k=2时,T= s。由以上分析可见,A项正确,B项错误。当振幅A=0.2m时,由t=0时x=-0.1m得θ=- 或θ=- ;若θ=- ,由t=1s时x=0.1m有sin = ,则当 - = 时,T=6s;当 - = π时,T=2s。同理,若θ=- ,则周期T最大值为2s。由以上分析可见C项错误,D项正确。2tθT222T2T222325656626T122T662T65656一题多解若振幅为0.1m,则有nT+ =1s,n=1时,T= s;n=2时,T= s,可见A对,B错。若振幅为0.2m,则下图反映振动的一种可能情况,由0.2sinθm=0.1m,得θ=30°,由此可知, = s,T=6s,故D正确。 若振幅为0.2m,周期为4s,则在Δt=1s= 时间内,振子不可能从位移为-0.1m处运动到位移为0.1m处,故C错误。2T232512T124T疑难突破解多解问题的方法对于多解问题,一般先分析各种可能的情况,写出通式,然后再由通式得到各种可能的解。6.(2019北京理综,13,6分)一列简谐横波某时刻的波形如图所示,比较介质中的三个质点a、b、c,则 () A.此刻a的加速度最小B.此刻b的速度最小C.若波沿x轴正方向传播,此刻b向y轴正方向运动D.若波沿x轴负方向传播,a比c先回到平衡位置考点二机械波答案C本题考查了机械波中对波动图像的理解,需分析质点的振动方向,体现了物理学科核心素养中的模型建构和科学推理素养。由-ky=ma可知,质点a的加速度最大,故A选项错误。质点b处于平衡位置,速度最大,故B选项错误。波沿x轴正方向传播时由“同侧法”得b向y轴正方向运动,故C选项正确。同理,波沿x轴负方向传播时,质点a向下运动,质点c向上运动,c先回到平衡位置,故D选项错误。方法总结判断波的传播方向和质点振动方向的四种常用方法:①带动法;②微平移法;③同侧法;④上下坡法。学习过程中熟练掌握其中一种即可。7.[2019课标Ⅰ,34(1)](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