高中物理机械波Word版.docx

1、高中物理机械波Word版第1课时机械振动考点一简谐运动的规律简谐运动的运动规律：xAsin (t)(1)变化规律位移增大时(2)对称规律做简谐运动的物体，在关于平衡位置对称的两点，回复力、位移、加速度具有等大反向的关系，另外速度的大小、动能具有对称性，速度的方向可能相同或相反振动物体来回通过相同的两点间的时间相等，如tBCtCB；振动物体经过关于平衡位置对称的等长的两线段的时间相等，如tBCtBC，如图1所示图1(3)运动的周期性特征相隔T或nT的两个时刻振动物体处于同一位置且振动状态相同例1如图2所示， 弹簧振子在BC间振动，O为平衡位置，BOOC5 cm，若振子从B到C的运动时间是1 s，

2、则下列说法中正确的是()图2A振子从B经O到C完成一次全振动B振动周期是1 s，振幅是10 cmC经过两次全振动，振子通过的路程是20 cmD从B开始经过3 s，振子通过的路程是30 cm答案D递进题组1简谐运动的理解关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列说法中正确的是()A位移减小时，加速度减小，速度也减小B位移方向总是与加速度方向相反，与速度方向相同C物体的运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同D物体向负方向运动时，加速度方向与速度方向相同；向正方向运动时，加速度方向与速度方向相反答案C2简谐运动分析某质点做简谐运动，其位移随时间变化的

3、关系式为xAsin t，则质点()A第1 s末与第3 s末的位移相同B第1 s末与第3 s末的速度相同C3 s末至5 s末的位移方向都相同D3 s末至5 s末的速度方向都相同答案AD3利用对称性分析问题弹簧振子做简谐运动，O为平衡位置，当它经过点O时开始计时，经过0.3 s，第一次到达点M，再经过0.2 s第二次到达点M，则弹簧振子的周期为()A0.53 s B1.4 s C1.6 s D3 s答案AC考点二简谐运动的图象1简谐运动的图象图象横轴表示振动时间纵轴表示某时刻质点的位移物理意义表示振动质点的位移随时间的变化规律2.振动图象的信息(1)由图象可以看出振幅、周期(2)可以确定某时刻质点

4、离开平衡位置的位移(3)可以根据图象确定某时刻质点回复力、加速度和速度的方向回复力和加速度的方向：因回复力总是指向平衡位置，故回复力和加速度在图象上总是指向t轴速度的方向：速度的方向可以通过下一时刻位移的变化来判定，若下一时刻位移增大，振动质点的速度方向就是远离t轴，若下一时刻位移减小，振动质点的速度方向就是指向t轴例2一质点做简谐运动，其位移和时间的关系如图3所示图3(1)求t0.25102 s时质点的位移；(2)在t1.5102 s到t2102 s的振动过程中，质点的位移、回复力、速度、动能、势能如何变化？(3)在t0到t8.5102 s时间内，质点的路程、位移各多大？答案(1) cm(2

5、)变大变大变小变小变大(3)34 cm2 cm变式题组4振动图象的理解 一质点做简谐运动的振动图象如图4所示，质点的速度方向与加速度方向相同的时间段是()图4A00.3 sB0.30.6 sC0.60.9 sD0.91.2 s答案BD5应用图象分析运动过程如图5甲所示，弹簧振子以O点为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动取向右为正方向，振子的位移x随时间t的变化如图乙所示，下列说法正确的是()图5At0.8 s时，振子的速度方向向左Bt0.2 s时，振子在O点右侧6 cm处Ct0.4 s和t1.2 s时，振子的加速度完全相同Dt0.4 s到t0.8 s的时间内，振子的速度逐渐减小答案A6. 应

6、用图象求解有关物理量如图6所示为一弹簧振子的振动图象，试完成以下问题：图6(1)写出该振子简谐运动的表达式；(2)在第2 s末到第3 s末这段时间内，弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎样变化的？(3)该振子在前100 s的总位移是多少？路程是多少？故该振子简谐运动的表达式为x5sin t cm加速度达到最大值，速度等于零，动能等于零，弹性势能达到最大值 x0，振子的路程s2520 cm500 cm5 m.对“理想化模型”的理解(1)确定振动质点在任一时刻的位移，如图7所示，对应t1、t2时刻的位移分别为x17 cm，x25 cm.图7(2)确定振动的振幅，图象中最 大位移的值就是振幅

7、，如图所示，振动的振幅是10 cm.(3)确定振动的周期和频率，振动图象上一个完整的正弦(或余弦)图形在时间轴上拉开的“长度”表示周期由图可知，OD、AE、BF的间隔都等于振动周期，T0.2 s，频率f1/T5 Hz.(4)确定各质点的振动方向，例如图中的t1时刻，质点正远离平衡位置向正方向运动；在t3时刻，质点正向着平衡位置运动(5)比较各时刻质点加速度的大小和方向例如在图中t1时刻质点位移x1为正，则加速度a1为负，t2时刻质点位移x2为负，则加速度a2为正，又因为|x1|x2|，所以|a1|a2|.考点三单摆周期公式的应用1受力特征：重力和细线的拉力(1)回复力：摆球重力沿切线方向上的分

8、力，Fmgsin xkx，负号表示回复力F与位移x的方向相反(2)向心力：细线的拉力和重力沿细线方向的分力的合力充当向心力，F向FTmgcos .特别提醒当摆球在最高点时，F向0，FTmgcos .当摆球在最低点时，F向，F向最大，FTmgm.2周期公式：T2，f (1)只要测出单摆的摆长l和周期T，就可以根据g，求出当地的重力加速度g.(2)l为等效摆长，表示从悬点到摆球重心的距离，要区分摆长和摆线长，悬点实质为摆球摆动所在圆弧的圆心(3)g为当地的重力加速度例3如图8甲是一个单摆振动的情形，O是它的平衡位置，B、C是摆球所能到达的最远位置设向右为正方向图乙是这个单摆的振动图象根据图象回答：

9、图8(1)单摆振动的频率是多大？(2)开始时摆球在何位置？(3)若当地的重力加速度为10 m/s2，试求这个摆的摆长是多少？(计算结果保留两位有效数字)答案(1)1.25 Hz(2)B点(3)0.16 m拓展题组7周期公式的应用做简谐振动的单摆摆长不变，若摆球质量增加为原来的4倍，摆球经过平衡位置时速度减小为原来的1/2，则单摆振动的()A频率、振幅都不变 B频率、振幅都改变C频率不变、振幅改变 D频率改变、振幅不变答案C8周期公式的应用 如图9所示，一单摆悬于O点，摆长为L，若在O点的正下方的O点钉一个光滑钉子，使OO，将单摆拉至A处释放，小球将在A、B、C间来回振动，若振动中摆线与竖直方向

10、夹角小于5，则此摆的周期是()图9A2 B2 C2( ) D( )答案D9运动的周期性问题 如图10所示，光滑圆弧槽半径为R，A为圆弧的最低点，圆弧的最高点到A的距离远小于R.两个可视为质点的小球B和C都由静止开始释放，要使B、C两球在点A相遇，问点B到点A的距离H应满足什么条件？图10答案(n1,2，)考点四受迫振动和共振的应用1受迫振动(1)概念：振动系统在周期性外力作用下的振动(2)特点：受迫振动的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关2共振(1)现象：当驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大(2)条件：驱动力的频率等于系统的固有频率(3)特征：共振时振幅最大(4)共振

11、曲线：如图11所示图113自由振动、受迫振动和共振的关系比较 振动项目自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力受驱动力作用受驱动力作用振动周期或频率由系统本身性质决定，即固有周期T0或固有频率f0由驱动力的周期或频率决定，即TT驱或ff驱T驱T0或f驱f0振动能量振动物体的机械能不变由产生驱动力的物体提供振动物体获得的能量最大常见例子弹簧振子或单摆 (5)机械工作时底座发生的振动共振筛、声音的共鸣等例4一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图12甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动，匀速转动把手时，曲杆给弹簧振子以驱动力，使振子做受迫振动，把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的速

12、度就可以改变驱动力的周期，若保持把手不动，给砝码一个向下的初速度，砝码便做简谐运动，振动图线如图乙所示，当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，砝码的振动图线如图丙所示，若用T0表示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅，则()图12A由图线可知T04 sB由图线可知T08 sC当T在4 s附近时，y显著增大；当T比4 s小得多或大得多时，y很小D当T在8 s附近时，y显著增大；当T比8 s小得多或大得多时，y很小答案AC变式题组1受迫振动分析如图13所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，振动达到稳定时，下列说法中正确的是()图13A只有A

13、、C的振动周期相等BC的振幅比B的振幅小CC的振幅比B的振幅大DA、B、C的振动周期相等答案CD2.振动图象分析一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系)如图14所示，则()图14A此单摆的固有周期约为0.5 sB此单摆的摆长约为1 mC若摆长增大，单摆的固有频率增大D若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动答案B第2课时机械波考点一波动图象与波速公式的应用1. 波的图象反映了在某时刻介质中的各质点离开平衡位置的位移情况，图象的横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移，如图1所示图1图象的应用：(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

14、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2波速与波长、周期、频率的关系为：vf.例1(2013北京15) 一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为4 m/s.某时刻波形如图2所示，下列说法正确的是()图2A这列波的振幅为4 cmB这列波的周期为1 sC此时x4 m处的质点沿y轴负方向运动D此时x4 m处的质点的加速度为0答案D拓展题组1. 由波动图象分析质点的运动特点一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如图3所示，P为介质中的一个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度v和加速度a的大小变化情况是()图3Av

15、变小，a变大 Bv变小，a变小Cv变大，a变大 Dv变大，a变小答案D2波动问题的多解如图4所示，实线是某时刻的波形图，虚线是0.2 s后的波形图图4 (1)若波向左传播，求它的可能周期和最大周期(2)若波向右传播，求它可能的传播速度答案(1)(n0,1,2，)0.27 s(2)5(4n1)m/s(n0,1,2，)1由波动图象分析质点运动的方法(1)特殊点法在波形图上取数个特殊点(波峰、波谷或平衡位置)，先根据波传播的方向确定它们的振动方向，再判断t后各点运动到什么位置，最后连成曲线，即为另一时刻的波形图，适用于tn的情形(2)平移法先求出在t时间内波传播的距离xvt(v为波速)，再将原波形沿

16、波传播方向平移x(若要画tt时刻的波形图，则需逆着波传播方向平移x)，然后将新波形“修补”，使原有波形的区间充满波形2造成波动问题多解的主要因素(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：波传播的距离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考点二振动图象与波动图象振动图象波动图象研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)

17、各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图象变化随时间推移，图象延续，但已有形状不变随时间推移，波形沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长例2一列简谐横波沿x轴传播，t0时刻的波形图如图5甲所示，此时质点P正沿y轴负方向运动，其振动图象如图乙所示，则该波的传播方向和波速分别是()图5A沿x轴负方向，60 m/sB沿x轴正方向，60 m/sC沿x轴负方向，30 m/sD沿x轴正方向，30 m/s答案A递进题组3已知波动图象确定振动图象一列横波沿x轴正向传播，a、b、c、d为介质

18、中沿波传播方向上四个质点的平衡位置，某时刻的波形如图6甲所示，此后，若经过周期开始计时，则图乙描述的是()图6Aa处质点的振动图象 Bb处质点的振动图象Cc处质点的振动图象 Dd处质点的振动图象答案B4利用图象求解波动和振动问题如图7甲所示为一列沿水平方向传播的简谐横波在t2 s时的波形图，图乙是这列波中质点P的振动图线，那么：图7(1)该波的传播速度为_m/s；(2)该波的传播方向为_(填“向左”或“向右”)；(3)图甲中质点Q(坐标为x2.25 m处的点)的振动方程为y_cm.答案(1)0.5(2)向左(3)0.2cos t考点三波的干涉、衍射、多普勒效应1波的干涉中振动加强点和减弱点的判

19、断某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差r.(1)当两波源振动步调一致时若rn(n0,1,2，)，则振动加强；若r(2n1)(n0,1,2，)，则振动减弱(2)当两波源振动步调相反时若r(2n1)(n0,1,2，)，则振动加强；若rn(n0,1,2，)，则振动减弱2波的衍射现象波能绕过障碍物继续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长3多普勒效应的成因分析(1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数当波以速度v通过观察者时，时间t内通过的完全波的个数为N，因而单位时间内通过观察者的完全波的个数

20、即接收频率(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小例3如图8表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示波峰，虚线表示波谷，c和f分别为ae和bd的中点，则：图8(1)在a、b、c、d、e、f六点中，振动加强的点是_振动减弱的点是_(2)若两振源S1和S2振幅相同，此时刻位移为零的点是_(3)画出此时刻a、c、e连线上，以a为起点的一列完整波形，标出e点答案(1)a、c、eb、d、f(2)b、c、d、f(3)图见解析拓展题组5波的衍射条件的应用 图9中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡块，其中N

21、板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动，为使A处水也能发生振动，可采用的方法是()图9A使波源的频率增大B使波源的频率减小C移动N使狭缝的间距增大D移动N使狭缝的间距减小答案BD6波的干涉原理的应用 如图10所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷，此刻，M是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是()图10A该时刻质点O正处在平衡位置BP、N两点始终处于平衡位置C点M到两波源的距离之差一定是波长的整数倍D从该时刻起，经过周期，质点M到达平衡位置答案BD7波的多普勒效应的应用如图11甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，据图乙，下列关于女

22、同学的感受的说法正确的是()甲乙图11A女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高B女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高C女同学在点C向右运动时，她感觉哨声音调不变D女同学在点C向左运动时，她感觉哨声音调变低答案AD高考模拟明确考向1(2014浙江14)下列说法正确的是()A机械波的振幅与波源无关B机械波的传播速度由介质本身的性质决定C物体受到的静摩擦力方向与其运动方向相反D动摩擦因数的数值跟相互接触的两个物体的材料无关答案B2(2014四川5)如图12所示，甲为t1 s时某横波的波形图像，乙为该波传播方向上某一质点的振动图像，距该质点x0.5 m处质点的振动图像可能是()图12答案

23、A(2014大纲全国18)两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇下列说法正确的是()A波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1A2|B波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1A2C波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅答案AD4如图13所示，水平方向上有一列从A向B传播的简谐横波，波速为v，A、B是平衡位置相距为x(小于一个波长)的两个质点，在t0时，A质点通过其平衡位置竖直向上运动，B质点位于平衡位置下方最大位移处，则()图13A该波的频率可能为B在t时，A质点的速度可能为2vC从t0至t

24、过程中，B质点向右移动了5xD从t至t过程中，A质点的速度逐渐减小答案B练出高分一、单项选择题1(2013重庆11(1)一列简谐横波沿直线传播，某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距6 m，且这两质点之间的波峰只有一个，则该简谐波可能的波长为()A4 m、6 m和8 m B6 m、8 m和12 mC4 m、6 m和12 m D4 m、8 m和12 m答案C2一列简谐横波在t0时刻的波形如图1中的实线所示，t0.02 s时刻的波形如图中虚线所示，若该波的周期T大于0.02 s则该波的传播速度可能是()图1A2 m/s B3 m/s C4 m/s D5 m/s答案B二、多项选择题3(2013新

25、课标34(1)如图2，a、b、c、d是均匀媒质中x轴上的四个质点相邻两点的间距依次为2 m、4 m和6 m，一列简谐横波以2 m/s的波速沿x轴正向传播，在t0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t3 s时a第一次到达最高点下列说法正确的是()图2A在t6 s时刻波恰好传到质点d处B在t5 s时刻质点c恰好到达最高点C质点b开始振动后，其振动周期为4 sD在4 st6 s的时间间隔内质点c向上运动E当质点d向下运动时，质点b一定向上运动答案ACD4简谐横波某时刻波形图线如图3所示，由此图可知()图3A若质点a向下运动，则波是从左向右传播的B若质点b向上运动，则波是从左向右传播的

26、C若波从右向左传播，则质点c向下运动D若波从右向左传播，则质点d向上运动答案BD5. 如图4，一列沿x轴正方向传播的简谐横波，振幅为2 cm，波速为2 m/s，在波的传播方向上两质点a、b的平衡位置相距0.4 m(小于一个波长)，当质点a在波峰位置时，质点b在x轴下方与x轴相距1 cm的位置，则()图4A此波的周期可能为0.6 sB此波的周期可能为1.2 sC从此时刻起经过0.5 s，b点可能在波谷位置D从此时刻起经过0.5 s，b点可能在波峰位置答案ACD6. 沿x轴正方向传播的一列简谐横波在t0时刻的波形如图5所示，M为介质中的一个质点，该波的传播速度为40 m/s，则t s时()图5A质

27、点M对平衡位置的位移一定为负值B质点M的速度方向与对平衡位置的位移方向相同C质点M的加速度方向与速度方向一定相同D质点M的加速度方向与平衡位置的位移方向相反答案CD7一列简谐横波沿x轴正方向传播，t0时刻的波形如图6中实线所示，t0.1 s时刻的波形如图中虚线所示波源不在坐标原点O，P是传播介质中离坐标原点2.5 m处的一个质点则以下说法正确的是()图6A波的频率可能为7.5 HzB波的传播速度可能为50 m/sC质点P的振幅为0.1 mD在t0.1 s时刻与P相距5 m处的质点也一定向上振动答案BC三、非选择题8. 在t0时刻，质点A开始做简谐运动，其振动图象如图7所示，质点A振动的周期是_s；t8 s时，质点A的运动沿y轴的_(填“正”或“负”)方向；质点B在波的传播方向上与A相距16 m，已知波的传播速度为2 m/s，在t9 s时，质点B偏离平衡位置的位移是_cm.图7答案4正109. 如图8所示为声波干涉演示仪的原理图，两个U形管A和B套在一起，A管两侧各有一小孔，声波从左侧小孔传入管内，被分成两列频率_的波，当声波分别通过A、B传播到右侧小孔时，若两列波传播的路程相差半个波长，则此处声波的振幅等于_；若传播的路程相差一个波长，则此处声波的振幅等于_