2011届高考物理机械振动与机械波复习.ppt

专题一简谐运动,第十三部分机械振动与机械波,专题二机械波,专题一简谐运动,备考导航,例题剖析,（一）知识与技能本专题考查机械振动、简谐运动、简谐运动图象；受迫振动、共振等知识点，考查理解能力，分析综合能力和应用数学知识解决物理问题的能力.(二)过程与方法1.在专题复习过程中首先要理解简谐运动的回复力、位移、振幅、周期和频率等概念,知道并会用简谐运动的位移时间图象,理解单摆的周期公式及单摆在复合场中的周期变化,了解自由振动、受迫振动和共振,会分析振动中的能量转化.2.要弄清简谐运动过程中位移、速度、加速度的周期性变化规律,掌握简谐,运动的受力分析、运动分析、能量分析及位移，时间分析的方法.掌握简谐运动时间和空间对应关系,熟练掌握单摆周期公式并会运用,掌握共振产生的条件及应用和防止,理解简谐运动中能量转化的规律.3.本专题在近年高考中出现的频率较高.命题热点在对简谐运动的各物理量、图象的分析和应用、测单摆周期和用单摆测重力加速度等,命题的题型呈现出多样化的趋势,命题将突出对相应知识的理解和简单应用.,【例1】关于简谐运动的下述各物理量，说法正确的是()A振幅是由平衡位置指向最大位移处的矢量B周期和频率的乘积为一常量C振幅越大，周期越长D振幅越小，频率越大,【思路剖析】要熟练掌握简谐运动各物理量及其关系.,解析:振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量，周期和频率的乘积等于1，简谐运动的周期和频率同振幅无关，选项B正确.,【思维拓展】振幅是指在振动过程中，振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量，其值等于最大位移的大小，因为最大位移还是有方向的.,【答案】B,【例2】一个质点做简谐运动的图象如下图所示，下列说法正确的是()A质点振动频率为4HzB在10s内质点经过的路程是20cmC在5s末，速度为零，加速度最大D在t=1.5s和t=4.5s两时刻质点的位移大小相等,【思路剖析】要学会通过图象了解简谐运动各物理量的值.,解析:由振动图象可直接得到周期为T=4s.振动频率f=1/T=0.25Hz,故A错；一个周期内，简谐运动的质点经过的路程是4A=8cm,10s为2.5个周期，质点经过和路程是20cm,选项B对；在5s末，质点位移最大为2cm，此时加速度最大，速度为零，选项C对；在1.5s和4.5s两时刻，质点位移大小相等，则D正确。,【答案】BCD,【思维拓展】简谐运动的质点，经过一个周期位移不变（相对于平衡位置），但经过的路程是振幅的4倍，在某时刻对应的位移应根据正弦函数的特点求解。,【例3】单摆是为研究振动而抽象出来的理想化模型,其理想化条件是（）A摆线质量不计B摆线长度不伸缩C摆球的直径比摆线长度短得多D只要是单摆的运动就是一种简谐运动,【思路剖析】要熟悉单摆中主要矛盾和次要矛盾,单摆是实际摆的理想化模型.,解析:单摆由摆线摆球组成,摆线只计长度不计质量,摆球只计质量不计大小,且摆线不伸缩,A、B、C正确.但把单摆作为简谐运动来处理是有条件的,只有在摆角很小的情况下才能视为简谐运动.,【答案】ABC,【思维拓展】对于理想化的理解,关键是要知道单摆的摆线有质量,但质量不计是因为其数值较小,在摆球运动过程中摆线的质量不会影响研究问题的结论,摆角小是因为当摆角大时,其回复力不再遵守F=-kx的规律,也就是说小球的摆动不是近似的简谐运动.,【例4】某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中，先测得摆线长为101.00cm,摆球直径为2.00cm,然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为101.5s.则（1）他测得的重力加速度g=m/s2.（2）他测得的g值偏小，可能的原因是（）,A测摆线长时摆线拉得过紧B摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了C开始计时时秒表过早按下D实验中误将49次全振动数为50次(3)为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆长l并测出相应的周期T,从而得出一组对应的l与T的数据，再以l为横坐标、T2为纵坐标将所得数据连成直线，并求得该直线的斜率k.则重力加速度g=.（用k表示）,【思路剖析】要熟悉“利用单摆测重力加速度”实验的原理、操作过程、数据处理方法及误差分析.,解析:（1）本次实验中的摆长L=l+r=101.00+1.00=1.0200m,周期T=t/N=101.5/50=2.03s,由公式可以解得g=9.76m/s2;（2）根据公式知，g偏小的原因可能是L的测量值偏小或T的测量值偏大.A中的测量值偏大，B中则是振动摆长大于测量值，所以正确，C中秒表过早计时，总时间偏大，T的测量值偏大，所以正确.而D中测得的周期偏小，所以D会使g值偏大.故只有BC正确.（3）42k.由公式得：这是一条T2关于L的一元一次函数(如y=Rx),所以它的斜率是k=42/g,所以g=42/k.,【答案】（1）9.76m/s2（2）BC(3)g=42/k,【思维拓展】测定重力加速度有两种数据处理的方法：，把测得的数据直接代入计算；(2)由于,可用T2-L图象进行数据处理，,【例5】如右图所示,把一个筛子用四根弹簧支起来,筛子上装一个电动偏心轮,它每转一周,给筛子一个驱动力,这就做成了一个共振筛.不开电动机让这个筛子自由振动时,完成20次全振动用15s；在某电压下,电动偏心轮的转速是88r/min.已知增大,电动偏心轮的电压可以使其转速提高,而增加筛子的总质量可以增大筛子的固有周期.为使共振筛的振幅增大,以下做法正确的是（）A降低输入电压B提高输入电压C增加筛子质量D减小筛子质量,解析:筛子的固有频率为固=4/3Hz=133Hz,而当时的驱动力频率为驱=88/60Hz=147Hz,即固驱.为了达到振幅增大,应该减小这两个频率差,所以应该增大固有频率或减小驱动力频率.本题应选AD.,【答案】AD,【思维拓展】要利用共振,应尽量使驱动力的频率等于或接近物体的固有频率.在需要防止共振时,应使驱动力的频率与物体的固有频率不同,而且相差越大越好.,专题二机械波,备考导航,例题剖析,（一）知识与技能本专题考查机械波的形成，波长、波速、频率，波的干涉和波的衍射等知识点.考查理解能力、综合分析能力和逻辑推理能力等.（二）过程与方法1.理解机械波的产生条件、形成的过程以及反映机械波的几个物理量（波长、频率、波速）之间的关系，理解横波图象的物理意义，能借助图象分析解决有关问题，了解纵波的特点.2.理解波的叠加、波的干涉和衍射现象，并能对有关现象进行分析与解释，了解声波、超声波、多普勒效应.3.在理解机械波形成过程及其特点时，要根据与平衡位置间的距离比较两质点间的振动情况.理解横波和纵波的区别、振动图象和波的图象的联系与区别，能根据波的图象形状、波的传播方向、波速等画出下一时刻波的图象.,【例1】沿x轴负方向传播的简谐波在t=0时刻的波形如下图（1）所示，已知波速v=5m/s，试画出平衡位置在x=10cm的质点A的振动图象.,解析:由波的传播方向确定x=10cm的质点A振动方向，然后画出A的振动图象.由于波沿x轴负方向传播，所以t=0时刻A点向下振动，由图可知=10cm.由得,画出A点的振动图象如上图（2）所示.,【思维拓展】振动图象和波的图象互换的命题在高考中出现的不多，但判断两个图象关系是否正确的命题可能性还是有的，同学们应当注意相关命题的训练.,【思路剖析】弄清振动图象和波动图象的物理意义的区别.,【思路剖析】理解波的传播方向与质点振动方向之间的关系.,解析:(1)振幅是质点偏离平衡位置的最大位移，波长是两个相邻的波峰或波谷之间的距离，所以振幅A5cm，波长20m.(2)根据波的传播方向和波的形成过程，可以知道质点B开始振动的时间比它左边的质点A要滞后一些，质点A已到达正向最大位移处，所以质点B此时刻的运动方向是向上的，同理可判断出C、D质点的运动方向是向下的.(3)由于波是向右传播的，由此时刻经T/4后波的图象，即为此时刻的波形沿波的传播方向推进/4的波的图象，如（a）图所示.,【思维拓展】从波的图象上可获取的物理信息是：(1)波长和振幅.(2)已知波的传播方向可求各个质点的振动方向.(若已知某一质点的振动方向也可确定波的传播方向.可以提出问题，启发学生思考.(3)经过一段时间后的波形图.(4)质点在一段时间内通过的路程和位移.,【例3】关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是（）A.两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B.两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点C.两列频率相同的波相遇时，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D.两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点位移大,【思路剖析】理解波的干涉和叠加及波的独立传播原理.,解析:根据波的叠加和干涉的概念可知，只要两列波相遇就会叠加，但如果两列波的频率不同，在叠加区域就没有稳定的干涉图样，则A错；发生干涉时振动加强点还有波谷和波谷相遇的点，则B错；因为某质点振动加强仅是振幅加大，但只要仍在振动就一定有位移为零的时刻，所以C正确，D错.,【思维拓展】相关的命题在高考中可能出现，其热点主要是干涉加强点和减弱点的判断，波的干涉的强弱在今后学习电磁波的过程中还会用到相关的知识，特别是振动强弱与波程差关系问题.,【答案】C,【例4】甲、乙两人分乘两只船在湖中钓鱼，两船相距24m，有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动10次.当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有一个波峰，则此水波的波长为多少？波速是多少？若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆，是否会发生明显的衍射现象？,【思路剖析】本题考查了两个知识点：一是如何根据物理情景，求出描述波的物理量；二是发生明显衍射的条件.,【答案】见解析,【思维拓展】近年高考命题特别关注从生活中取材的热点