2019-2020年高考物理 專題13 機械振動和機械波（含解析）.doc
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2019-2020年高考物理 專題13 機械振動和機械波（含解析） 【xx高考命題預測】 機械振動和機械波是選修3-4的重點內(nèi)容，也是考試命題的熱門考點，命題形式也多樣化，選擇題、計算題、填空題都會有所涉及。考題綜合性比較強，往往是機械振動和機械波綜合在一起。其中簡諧振動注重于力學內(nèi)容的考察，比如相對平衡位置的位移、回復力、加速度以及振動圖像等。對機械波的考查著重放在如下幾個方面：其一是波的形成過程即由質(zhì)點的振動在介質(zhì)中傳播而形成機械波，以及描述機械波的波長、波速、周期、頻率等相關(guān)物理量之間的關(guān)系；其二是波動圖像和振動圖像的結(jié)合，有振動圖像分析波動過程，或者由波動圖像分析質(zhì)點的振動；其三，波動圖像的多解問題，根據(jù)機械波傳播方向的不確定以及周期性的重復而產(chǎn)生的波速的多解。除此以外，單擺的周期性振動以及利用單擺測量重力加速度，簡諧振動的共振問題，機械波的疊加和波的多普勒效應在部分填空題和選擇題中也會涉及到。 機械振動和機械波的難點在于質(zhì)點的振動圖像和波動圖像結(jié)合，以及波的傳播過程中各個質(zhì)點振動的先后順序以及由此產(chǎn)生的振動方向問題。那么高考命題的計算題一般會在此處出題，而選擇題和填空題則會側(cè)重于波的疊加，振動圖像和簡諧振動過程中的力學物理量的變化。備考過程中做好計算題的同時一定要注意選擇和填空題，這些知識點可能比較瑣碎，但是準備不足就會丟分。 【xx高考考點定位】 近年來對機械振動的考查著重放在簡諧運動的運動學特征和動力學特征和振動圖象上；同時也通過簡諧運動的規(guī)律考查力學的主干知識.對機械波的考查著重放在波的形成過程、傳播規(guī)律、波長和波動圖象及波的多解上；對波的疊加、干涉和衍射、多普勒效應也有涉及.實際上許多考題是振動與波的綜合，考查振動圖象與波動圖象的聯(lián)系和區(qū)別；同時也加強了對振動和波的聯(lián)系實際的問題的考查。 【考點pk】名師考點透析 考點一、簡諧運動 【名師點睛】 1. 概念：質(zhì)點的位移和時間關(guān)系遵守正弦函數(shù)規(guī)律，即它的振動圖像也就是位移時間圖像是一條正弦曲線。相關(guān)物理量：使質(zhì)點回到平衡位置的力即為回復力，回復力的方向總是指向平衡位置，大小與偏離平衡位置的位移成正比即，質(zhì)點偏離平衡位置的最大位移即振幅，質(zhì)點振動過程偏離平衡位置的位移滿足，代表質(zhì)點振動的初相位，代表振動的相位。 2. 振動圖像如下：從振動圖像中可以找到質(zhì)點振動的振幅，振動的周期，偏離平衡位置的位移中的，從振動圖像中可以看到質(zhì)點在任一時刻所在的位置，當質(zhì)點位置在時間軸以上，表示位移為正方向，那么回復力即為負方向，加速度也是負方向，而且隨位移增大，回復力增大加速度增大，但是速度逐漸減小，圖像斜率表示速度大小和方向，平衡位置速度最大，偏離平衡位置位移最大時速度最小等于0，質(zhì)點的運動方向根據(jù)圖像斜率判斷，斜率位置及運動方向為正方向，斜率為負極運動方向為負方向。 3. 單擺：單擺擺角小于即可看做簡諧運動，單擺周期，即單擺擺動的周期與振幅無關(guān)，與擺球質(zhì)量無關(guān)，擺長是指從擺球球心到懸點的距離，為當?shù)刂亓铀俣?。秒擺周期為。 4. 受迫振動和共振：質(zhì)點在周期性外力驅(qū)動下的振動為受迫振動，受迫振動的頻率等于驅(qū)動力頻率，與固有頻率無關(guān)。當驅(qū)動力頻率等于質(zhì)點固有頻率時，質(zhì)點的振幅最大，此時即為共振。 考點一、機械波 【名師點睛】 1. 機械波的形成和傳播：質(zhì)點的簡諧運動在介質(zhì)中把振動的形式和能量向后傳播即形成機械波，機械波在傳播過程中，各個質(zhì)點都在重復波源的振動，但是各個質(zhì)點并不會重復隨波遷移，質(zhì)點向后傳遞的只是振動的形式振動的能量和信息。各個質(zhì)點的振動周期振幅和起振方向都與波源相同。機械波分為橫波和縱波，傳播方向和振動方向垂直的即為橫波，波形為凹凸相間，有波峰和波谷；傳播方向和振動方向同向的機械波為縱波，波形為疏密相間，有密部和疏部。 2. 橫波的波形圖如下： 橫坐標：傳播方向上各個質(zhì)點的平衡位置 縱坐標：各個質(zhì)點離開平衡位置的位移 從波形圖上可以看出某一時刻，各個質(zhì)點所處的位置。從圖像上可以直接讀出機械波的波長，質(zhì)點振動的振幅，以及該時刻各個質(zhì)點的位移。根據(jù)位移大小可以判斷質(zhì)點的回復力、加速度以及速度大小。 傳播方向和振動方向的關(guān)系：在波形圖中，任一質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向都在波形圖線的同一側(cè)。因此根據(jù)某一個質(zhì)點的振動方向可以判斷機械波的傳播方向，根據(jù)波的傳播方向可以判斷質(zhì)點的振動方向。 波長即沿波的傳播方向兩個相鄰的位移和振動方向總相同的兩個質(zhì)點間的距離，波速的大小由介質(zhì)決定，頻率和周期由波源決定。；。 3. 波的干涉和衍射：干涉條件兩列波的頻率相同振動步調(diào)相同，到兩個波源的距離差時，質(zhì)點為振動減弱點，到兩個波源的距離差時，質(zhì)點為振動加強點，形成加強區(qū)和減弱區(qū)相互間隔的穩(wěn)定的干涉圖樣。波的衍射，條件是當障礙物或者孔的尺寸比波長小或者與波長相差不多時才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。 4. 多普勒效應：波源和觀察者之間有相對運動時，波源頻率不變，觀察者接收到的頻率變化，如果波源和觀察者之間相互靠近，接收到的頻率增大，波源和觀察者之間相互遠離，接收到頻率減小。 【試題演練】 1.【xx黃岡高三上學期期末考試】（6分）一列簡諧橫波沿x軸傳播，t＝0時的波形如圖示，質(zhì)點A與質(zhì)點B相距1 m，A點速度沿y軸正方向；t＝0.02 s時，質(zhì)點A第一次到達正向最大位移處，由此可知 （填入正確選項前的字母。選對1個給3分，選對2個給4分，選對3個給6分。每錯1個扣3分，最低得分為0分）。 A．此波沿x軸負方向傳播 B．此波的傳播速度為25 m/s C．從t＝0時起，經(jīng)過0.04 s，質(zhì)點A沿波傳播方向遷移了1 m D．在t＝0.04 s時，質(zhì)點B處在平衡位置，速度沿y軸正方向 E．能與該波發(fā)生干涉的橫波的頻率一定為25Hz 2.【xx湖北重點中學高三聯(lián)考】（6分）波速均為v=2m/s的甲、乙兩列簡諧橫波都沿x軸正方向傳播，某時刻波的圖象分別如圖所示，其中P、Q處的質(zhì)點均處于波峰。關(guān)于這兩列波，下列說法正確的是（ ） A．甲波中的P處質(zhì)點比M處質(zhì)點先回平衡位置 B．從圖示的時刻開始，經(jīng)過1.0s，P質(zhì)點通過的位移為2m C．從圖示的時刻開始，P處質(zhì)點比Q處質(zhì)點先回平衡位置 D．此時刻，M點的運動方向沿ｘ軸正方向 E．如果這兩列波相遇不可能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣 【答案】ACE 【三年高考】 12、13、14 高考試題及其解析 1.【xx浙江卷】下列說法正確的是（ ） A.機械波的振幅與波源無關(guān) B.機械波的傳播速度由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定 C.物體受到的靜摩擦力方向與其運動方向相反 D.動摩擦因數(shù)的數(shù)值跟相互接觸的兩個物體的材料無關(guān) 2.【xx安徽卷】在科學研究中，科學家常將未知現(xiàn)象同已知現(xiàn)象進行比較，找出其共同點，進一步推測未知現(xiàn)象的特性和規(guī)律。法國物理學家?guī)靵鲈谘芯慨惙N電荷的吸引力問題時，曾將扭秤的振動周期與電荷間距離的關(guān)系類比單擺的振動周期與擺球到地心距離的關(guān)系。已知單擺擺長為l，引力常量為G，地球質(zhì)量為M，擺球到地心的距離為r，則單擺振動周期T與距離r的關(guān)系式為（ ） A. B. C. D. 3.【xx新課標全國卷Ⅱ】圖（a）為一列簡諧橫波在t=0.10s時刻的波形圖，P是平衡位置在x=1.0m處的質(zhì)點，Q是平衡位置在x=4.0m處的質(zhì)點；圖（b）為質(zhì)點Q的振動圖象，下列說法正確的是 。（填正確答案標號，選對1個給2分，選對2個得4分，選對3個得5分，每選錯1個扣3分，最低得分0分） A.在t=0.10s時，質(zhì)點Q向y軸正方向運動 B.在t=0.25s時，質(zhì)點P的加速度方向與y軸正方向相同 C.從t=0.10s到t=0.25s，該波沿x軸負方向傳播了6m D.從t=0.10s到t=0.25s，質(zhì)點P通過的路程為30cm E.質(zhì)點Q簡諧運動的表達式為（國際單位） 【答案】BCE 【解析】 試題分析：由Q點的振動圖線可知，t=0.10s時質(zhì)點Q向y軸負方向振動，選項A 錯誤；由波的圖象可知，波向左傳播，波的周期為T=0.2s，t=0.10s時質(zhì)點P向上振動，經(jīng)過0.15s=T時，即在t=0.25s時，質(zhì)點振4.【xx浙江卷】一位游客在千島湖邊欲乘游船，當日風浪很大，游船上下浮動?？砂延瓮Ц雍喕韶Q直方向的簡諧運動，振幅為20cm，周期為3.0s。當船上升到最高點時，甲板剛好與碼頭地面平齊。地面與甲板的高度差不超過10cm時，游客能舒服地登船。在一個周期內(nèi)，游客能舒服地登船的時間是（ ） A.0.5s B.0.75s C.1.0s D.1.5s 5.【xx新課標全國卷Ⅰ】圖（a）為一列波在t=2s時的波形圖，圖（b）為媒質(zhì)是平衡位置在x=1.5m處的質(zhì)點的振動圖象，P是平衡位置為x=2m的質(zhì)點，下列說法正確的是 （填正確答案標號，選對一個得3分，選對2個得4分，選對3個得6分。每選錯1個扣3分，最低得0分）。 A． 波速為0.5m/s B． 波的傳播方向向右 C． 0-2s時間內(nèi)，P運動的路程為8cm D． 時間內(nèi)，P向y軸正方向 運動 E．當t=7s時，P恰好回到平衡位置 6. 【xx海南卷】一列簡諧橫波沿x軸傳播，a、b為x軸上的兩質(zhì)點，平衡位置分別為，（）。A點的振動規(guī)律如圖所示。已知波速為m/s，在s時b的位移為0.05m，則下列判斷可能正確的是____________。（填入正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分；有選錯的得0分） A．波沿x軸正向傳播，m B．波沿x軸正向傳播，m C．波沿x軸負向傳播，m D．波沿x軸負向傳播，m 7．【xx全國大綱卷】兩列振動方向相同、振幅分別為A1和A2的相干簡諧橫波相遇。下列說法正確的是（ ） A．波峰與波谷相遇處質(zhì)點的振幅為|A1－A2| B．波峰與波峰相遇處質(zhì)點離開平衡位置的位移始終為A1＋A2 C．波峰與波谷相遇處質(zhì)點的位移總是小于波峰與波峰相遇處質(zhì)點的位移 D．波峰與波峰相遇處質(zhì)點的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質(zhì)點的振幅 【答案】 AD 【解析】 8．【xx四川卷】如圖所示，甲為t = 1s時某橫波的波形圖象，乙為該波傳播方向上某一質(zhì)點的振動圖象，距該質(zhì)點△x = 0.5m處質(zhì)點的振動圖象可能是（ ） 9.【xx山東卷】一列簡諧橫波沿直線傳播。以波源O為平衡位置開始振動為計時零點，質(zhì)點A的振動圖象如圖所示，已知O、A的平衡位置相距0.9m，以下判斷正確的是 。（雙選，填正確答案標號） a．波長為1.2m b．波源起振方向沿y軸正方向 c．波速大小為0.4m/s d．質(zhì)點A的動能在時最大 10. 【xx上海卷】（8分）某小組在做“用單擺測重力加速度”試驗后，為進一步研究，將單擺的輕質(zhì)細線改為剛性重桿。通過查資料得知，這樣做成的“復擺”做簡諧運動的周期，式中為由該擺決定的常量，m為擺的質(zhì)量，g為重力加速度，r為轉(zhuǎn)軸到重心C的距離。如圖（a），實驗時在桿上不同位置打上多個小孔，將其中一個小孔穿在光滑水平軸O上，使桿做簡諧運動，測量并記錄r和相應的運動周期T；然后將不同位置的孔穿在軸上重復實驗，實驗數(shù)據(jù)見表，并測得擺的質(zhì)量m=0.05kg。 （1）由實驗數(shù)據(jù)得出圖（b）所示的擬合直線，圖中縱軸表示 。 （2）的國際單位為 ，由擬合直線得到的值為 （保留到小數(shù)點后二位）； （3）若擺的質(zhì)量測量值偏大，重力加速度g的測量值 （選填：“偏大”、“偏小”或“不變”） 【答案】（1） （2） （3）不變 1.【xx北京卷】一列沿x軸正方向傳播的簡諧機械橫波，波速為4 m/s.某時刻波形如圖所示，下列說法正確的是（ ?。? A．這列波的振幅為4 cm B．這列波的周期為1 s C．此時x＝4 m處質(zhì)點沿y軸負方向運動 D．此時x＝4 m處質(zhì)點的加速度為0 【答案】D 【解析】 試題分析： 由圖像可知，這列波的振幅為2 cm，A項錯誤．波長λ＝8 m，故周期T＝＝ s＝2 s，B項錯誤．波向右傳播，左邊的質(zhì)點帶動右邊的質(zhì)點振動，故x＝4 m處質(zhì)點沿y軸正方向運動，C項錯誤．此時x＝4 m處質(zhì)點處于平衡位置，回復力為零，加速度為零，D項正確． 【考點】機械波 2.【xx全國卷】在學校運動場上50 m直跑道的兩端，分別安裝了由同一信號發(fā)生器帶動的兩個相同的揚聲器．兩個揚聲器連續(xù)發(fā)出波長為5 m的聲波．一同學從該跑道的中點出發(fā)，向某一端點緩慢行進10 m，在此過程中， 他聽到揚聲器聲音由強變?nèi)醯拇螖?shù)為（ ） A．2 B．4 C．6 D．8 3.【xx重慶卷】（6分）一列簡諧橫波沿直線傳播，某時刻該列波上正好經(jīng)過平衡位置的兩質(zhì)點相距6 m，且這兩質(zhì)點之間的波峰只有一個，則該簡諧波可能的波長為（ ） A．4 m、6 m和8 m B．6 m、8 m和12 m C．4 m、6 m和12 m D．4 m、8 m和12 m 4.【xx福建卷】如圖，t＝0時刻，波源在坐標原點從平衡位置沿y軸正向開始振動，振動周期為0.4 s，在同一均勻介質(zhì)中形成沿x軸正、負兩方向傳播的簡諧橫波．下圖中能夠正確表示t＝0.6 s時波形的圖是（ ?。? 5.【xx新課標全國卷Ⅰ】如圖，a、b、c、d是均勻媒質(zhì)中x軸上的四個質(zhì)點，相鄰兩點的間距依次為2 m、4 m和6 m．一列簡諧橫波以2 m/s的波速沿x軸正向傳播，在t＝0時刻到達質(zhì)點a處，質(zhì)點a由平衡位置開始豎直向下運動，t＝3 s時a第一次到達最高點．下列說法正確的是________ .（填正確答案標號．選對1個得3分，選對2個得4分，選對3個得6分．每選錯1個扣3分，最低得分為0分） A．在t＝6 s時刻波恰好傳到質(zhì)點d處 B．在t＝5 s時刻質(zhì)點c恰好到達最高點 C．質(zhì)點b開始振動后，其振動周期為4 s D．在4 s下載提示(請認真閱讀)
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