高考物理二轮复习 专题八 振动和波 光 电磁波 第26课时 机械振动 机械波课件.ppt

第26课时机械振动机械波 知识点一简谐运动简谐运动的回复力和能量 b 1 对简谐运动的回复力公式F kx的理解 正确的是 A k只表示弹簧的劲度系数B 式中的负号表示回复力总是负值C 位移x是相对平衡位置的位移D 回复力只随位移变化 不随时间变化解析位移x是相对平衡位置的位移 F kx中的负号表示回复力总是与振动物体的位移方向相反 答案C 2 沿水平方向振动的弹簧振子在做简谐运动的过程中 下列说法正确的是 A 在平衡位置 它的机械能最大B 在最大位移处 它的弹性势能最大C 从平衡位置向最大位移处运动过程中 它的弹性势能减小D 从最大位移处向平衡位置运动的过程中 它的机械能减小解析弹簧振子在振动过程中机械能守恒 故A D错误 位移越大 弹簧的形变量越大 弹性势能越大 故B正确 C错误 答案B 知识点二简谐运动的描述 c 3 多选 一质点做简谐运动 其位移x与时间t的关系图象如图1所示 由图可知 图1 A 质点振动的频率是4HzB 质点振动的振幅是2cmC t 3s时 质点的速度最大D 在t 3s时 质点的振幅为零 解析由题图可以直接看出振幅为2cm 周期为4s 所以频率为0 25Hz 所以选项A错误 B正确 t 3s时 质点经过平衡位置 速度最大 所以选项C正确 振幅等于质点偏离平衡位置的最大位移 与质点的位移有着本质的区别 t 3s时 质点的位移为零 但振幅仍为2cm 所以选项D错误 答案BC 4 多选 物体A做简谐运动的振动方程是xA 3sin100t m 物体B做简谐运动的振动方程是xB 5sin100t m 比较A B的运动 A 振幅是矢量 A的振幅是6m B的振幅是10mB 周期是标量 A B周期相等 都为100sC A振动的频率fA等于B振动的频率fBD A B的周期都为6 28 10 2s 答案CD 知识点三单摆 c 5 对于单摆振动 以下说法中正确的是 A 单摆振动时 摆球受到的向心力大小处处相等B 单摆运动的回复力就是摆球受到的合力C 摆球经过平衡位置时所受回复力为零D 摆球经过平衡位置时所受合外力为零 答案C 6 发生下列哪一种情况时 单摆周期会增大 A 增大摆球质量B 缩短摆长C 减小单摆振幅D 将单摆由山下移至山顶 答案D 知识点四外力作用下的振动 b 7 如图2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 图2 A 1HzB 3HzC 4HzD 5Hz解析因把手每转动一周 驱动力完成一次周期性变化 把手转动频率即为驱动力的频率 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 答案A 8 多选 如图3所示 在一根张紧的水平绳上悬挂五个摆 其中A E的摆长为l B的摆长为0 5l C的摆长为1 5l D的摆长为2l 先使A振动起来 其他各摆随后也振动起来 则摆球振动稳定后 图3 A D的振幅一定最大B E的振幅一定最大C B的周期一定最短D 四个摆的周期相同解析A振动起来后 使得B C D E做受迫振动 振动的频率都等于A振动的频率 即各摆振动的周期都相等 选项C错误 D正确 由于D与A的摆长相差最大 E与A的摆长相等 所以D的振幅最小 E发生共振 振幅最大 选项A错误 B正确 答案BD 知识点五波的形成和传播波的图象 b 9 多选 关于机械波的以下说法中 正确的是 A 发生波动需要两个条件 波源和介质B 波动过程是介质质点由近及远移动的过程C 波动过程是能量由近及远传递的过程D 波源与介质质点的振动都是自由振动 解析波源 即振源 振动时 依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来 形成机械波 各质点只在平衡位置附近做振动 并不随波向外迁移 仅把振源的振动和能量传播开来 波源和介质质点之间的相互作用力阻碍波源的振动 是一种阻力 所以波源的振动不可能是自由振动 相邻的介质质点间存在相互作用 故介质质点也不是自由振动 答案AC 10 多选 2016 浙江联考 简谐横波某时刻波形图如图4所示 a为介质中的一个质点 由图象可知 A 质点a加速度方向一定沿y轴负方向B 质点a的速度方向一定沿y轴负方向C 经过半个周期 质点a的位移一定为负值D 经过半个周期 质点a通过的路程一定为2A 图4 解析质点a做简谐运动 其回复力指向平衡位置 故其加速度一定沿y轴负方向 速度方向与波的传播方向有关 若波向右传播 则质点a向y轴正方向运动 若波向左传播 则质点a向y轴负方向运动 经半个周期后 质点a到了x轴下方对称点 故A C D项都正确 答案ACD 知识点六波长频率和波速 c 11 2016 9月绍兴适应性考试 一列沿x轴正方向传播的简谐横波 在t 0时刻的波形如图5所示 已知波的传播速度为1m s 下列说法正确的是 图5 A 此时P质点正向y轴正方向运动B 经过0 1s P Q两质点的位移可能相同C 经过0 2s Q质点运动的路程为30cmD 经过0 4s P质点向x轴正方向移动了40cm 答案AC 12 多选 一列简谐横波在某时刻的波形图如图6所示 已知图中质点b的起振时刻比质点a延迟了0 5s b和c之间的距离是5m 以下说法正确的是 图6 A 此列波的波长为2 5mB 此列波的频率为2HzC 此列波的波速为5m sD 此列波的传播方向为沿x轴正方向传播 答案CD 知识点七波的干涉和衍射多普勒效应惠更斯原理 b 13 下列物理现象 在春天里一次闪电过后 有时雷声轰鸣不绝 闻其声而不见其人 学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音 当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时 我们听到汽笛声的音调变高 分别属于波的 A 反射 衍射 干涉 多普勒效应B 折射 衍射 多普勒效应 干涉C 反射 折射 干涉 多普勒效应D 衍射 折射 干涉 多普勒效应 解析在春天里一次闪电过后 有时雷声轰鸣不绝 属于声波的反射 闻其声而不见其人 属于声波的衍射 学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干涉 当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时 我们听到汽笛声的音调变高属于多普勒效应 正确选项是A 答案A 14 多选 如图7所示是两个完全相同的波源在介质中形成的波相叠加而发生的干涉的示意图 实线表示波峰 虚线表示波谷 则下列说法正确的是 图7 A A点为振动加强点 经过半个周期 这一点振动仍加强B B点为振动减弱点 经过半个周期 这一点振动加强C C点为振动加强点 经过半个周期 这一点振动仍加强D D点为振动减弱点 经过半个周期 这一点振动加强 解析A C连线所在区域为振动加强区域 经过任意时间 该区域仍然是振动加强区域 选项A C正确 B D连线所在区域为振动减弱区域 经过任意时间 该区域仍然是振动减弱区域 选项B D错误 答案AC 易错点一简谐运动的五个特征1 动力学特征 F kx 表示回复力的方向与位移方向相反 k是比例系数 不一定是弹簧的劲度系数 2 运动学特征 简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成正比 而方向相反 为变加速运动 远离平衡位置时 x F a Ep均增大 v Ek均减小 靠近平衡位置时则相反 3 运动的周期性特征 相隔T或nT的两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同 2 如图8所示 振子经过关于平衡位置O对称的两点P P OP OP 时 速度的大小 动能 势能相等 相对于平衡位置的位移大小相等 图8 3 振子由P到O所用时间等于由O到P 所用时间 即tPO tOP 4 振子往复过程中通过同一段路程 如OP段 所用时间相等 即tOP tPO 5 能量特征 振动的能量包括动能Ek和势能Ep 简谐运动过程中 系统动能与势能相互转化 系统的机械能守恒 练1 如图9 一轻弹簧一端固定 另一端连接一物块构成弹簧振子 该物块是由a b两个小物块粘在一起组成的 物块在光滑水平面上左右振动 振幅为A0 周期为T0 当物块向右通过平衡位置时 a b之间的粘胶脱开 以后小物块a振动的振幅和周期分别为A和T 则 图9 A A A0T T0B A A0T T0C A A0T T0D A A0T T0 答案D 易错点二不能正确运用简谐运动的规律及图象处理问题1 简谐运动的数学表达式 x Asin t 2 振动图象提供的信息 1 由图象可以看出质点振动的振幅 周期 2 可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移 3 可以确定各时刻质点的振动方向 4 可以确定某时刻质点的回复力 加速度和速度的方向 5 比较不同时刻质点的速度 加速度的大小 练2 多选 2016 浙江瑞安测试 一水平弹簧振子做简谐运动的振动图象如图10所示 已知弹簧的劲度系数为20N cm 则 图10 A 图中A点对应的时刻振子所受的回复力大小为5N 方向指向x轴的负方向B 图中A点对应的时刻振子的速度方向指向x轴的正方向C 在0 4s内振子做了1 75次全振动D 在0 4s内振子通过的路程为3 5cm 解析由简谐运动的特点和弹簧弹力与伸长量的关系可知 图中A点对应的时刻振子所受的回复力大小为F kx 20 0 25N 5N 方向指向x轴的负方向 并且现在正在远离O点向x轴的正方向运动 A B正确 由图可读出周期为2s 4s内振子做两次全振动 通过的路程是s 2 4A 2 4 0 5cm 4cm C D错误 答案AB 练3 多选 某单摆做小角度摆动 其振动图象如图11所示 则以下说法正确的是 A t1时刻摆球速度最大 摆球向心加速度最大B t2时刻摆球速度最大 悬线对它的拉力最大C t3时刻摆球速度为零 摆球所受回复力最大D t4时刻摆球速度为零 摆球处于平衡状态 图11 解析在t1 t3时刻 摆球位于最大位移处 摆球的速度为零 所受的回复力最大 向心加速度为零 A错误 C正确 在t2 t4时刻 摆球位于平衡位置 速度最大 向心加速度最大 悬线对摆球的拉力最大 B正确 D错误 答案BC 易错点四波动图象与波速公式的应用1 波动图象的信息 如图12所示 1 直接读取振幅A和波长 以及该时刻各质点的位移 2 确定某时刻各质点加速度的方向 并能比较其大小 3 结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向 图12 练4 一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波 波速为4m s 某时刻波形如图13所示 下列说法正确的是 A 这列波的振幅为4cmB 这列波的周期为2sC 此时x 4m处质点沿y轴负方向运动D 此时x 4m处质点的加速度为0 图13 答案BD 易错点五波的多解问题1 造成波动问题多解的主要因素有 1 周期性 时间周期性 时间间隔 t与周期T的关系不明确 空间周期性 波传播距离 x与波长 的关系不明确 2 双向性 传播方向双向性 波的传播方向不确定 振动方向双向性 质点振动方向不确定 练5 多选 一列横波在x轴上沿x轴正方向传播 其中t时刻和t 0 4s时刻在x轴上 3m至3m区间内的波形图如图14中同一条图线所示 则下列说法中正确的是 图14 A 质点振动周期一定为0 4sB 该波最小波速为10m sC 从t时刻开始计时 x 2m处的质点比x 2 5m处的质点先回到平衡位置D 在t 0 8s时刻 x 2m处的质点位移为零 答案BC 真题示例 图15 答案ABC 例2 多选 2015 10月浙江选考 沿x轴正方向传播的简谐横波 振幅为5cm 质点A B的平衡位置离O点的距离分别为1 8m和3 0m t 0时的波形如图16所示 t 0 6s时质点A恰好第二次到达波峰 下列说法正确的是 图16 A 波速为3m sB 频率为2HzC 质点B在0 0 6s内路程为25cmD 质点B在t 0 6s时沿y轴正方向运动答案BD 例3 多选 2016 4月浙江选考 摆球质量相等的甲 乙两单摆悬挂点高度相同 其振动图象如图所示 选悬挂点所在水平面为重力势能的参考面 由图17可知 图17 答案AC 冲刺训练 1 平静湖面传播着一列水面波 横波 在波的传播方向上有相距3m的甲 乙两小木块随波上下运动 测得两小木块每分钟都上下30次 甲在波谷时 乙在波峰 且两木块之间有一个波峰 这列水面波 A 频率是30HzB 波长是3mC 波速是1m sD 周期是0 1s 答案C 2 一位游客在千岛湖边欲乘坐游船 当日风浪较大 游船上下浮动 可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动 振幅为20cm 周期为3 0s 当船上升到最高点时 甲板刚好与码头地面平齐 地面与甲板的高度差不超过10cm时 游客能舒服地登船 在一个周期内 游客能舒服登船的时间是 A 0 5sB 0 75sC 1 0sD 1 5s 解析游船的振动图象如图所示 答案C 3 多选 如图18所示 沿x轴正方向传播的一列横波在某时刻的波形图为一正弦曲线 其波速为200m s 则下列说法正确的是 图18 A 图中质点b的加速度在增大B 从图示时刻开始 经0 01s质点a通过的路程为40cm 此时相对平衡位置的位移为零C 从图示时刻开始 经0 01s质点b位于平衡位置上方 并向上做减速运动D 若产生明显的衍射现象 该波所遇到障碍物的尺寸一般不小于200m 解析从图示时刻开始 经0 01s质点a通过的路程为40cm 此时相对平衡位置的位移为 20cm 所以B项错误 若产生明显的衍射现象 该波所遇到障碍物的尺寸一般不大于4m 故D项错误 答案AC 4 多选 一列简谐横波从左向右以v 2m s的速度传播 某时刻的波形图如图19所示 下列说法正确的是 图19 答案BD