高考物理一轮 专题34 机械振动 机械波学案 新课标.doc

2013届高三新课标物理一轮原创精品学案 专题34 机械振动 机械波教学目标：1知道简谐运动的概念，掌握简谐运动的公式和图象2知道机械波的产生与分类，理解横波的图象的物理意义3能够横波的图象、波速、波长、频率（周期）的关系解决有关问题本讲重点：简谐运动的公式和图象、横波的图象本讲难点：1简谐运动的公式和图象2横波的图象考点点拨：1简谐运动的公式和图象2受迫振动 共振3波的图象及应用4波的干涉、衍射、多普勒效应第一课时一、考点扫描3机械波（1）机械波的产生条件：_ _干涉。产生干涉的必要条件是：_。在稳定的干涉区域内，振动加强点始终_；振动减弱点始终_。“波峰和波峰叠加得到振动_点”，“波谷和波谷叠加也得到振动_点”，“波峰和波谷叠加得到振动_点”。（5）多普勒效应_，这种现象叫多普勒效应。学习“多普勒效应”必须弄清的几个问题：当波源以速率v匀速靠近静止的观察者a时，观察者“感觉”到的频率_。当波源静止，观察者以速率v匀速靠近波源时，观察者“感觉”到的频率_。当波源与观察者相向运动时，观察者“感觉”到的频率_。 当波源与观察者背向运动时，观察者“感觉”到的频率_。4振动图象和波的图象（完成下表）简谐振动简谐横波图象坐标横坐标纵坐标研究对象物理意义随时间的变化反映的物理信息（二）重难点阐释1理解简谐运动的对称性物体做简谐运动时，在同一位置p点，振子的位移相同，回复力、加速度、动能和势能也相同，速度大小相等，但方向可相同也可相反。在关于平衡位置对称的两个位置，动能、势能也对应相等，回复力、加速度大小相等，方向相反；速度的大小相等，方向也可相同，也可相反，运动时间也对应相等。一个做简谐运动的质点，经t=nt（n为正整数），则质点必回到出发点，而经过t=（2n+1）（n为正整数），则质点所处位置与原来位置关于平衡位置对称。t/sx/cmoa0.20.40.5二、高考要点精析（一）简谐运动的公式和图象考点点拨描述简谐运动的物理量有：振幅、周期、频率、相位等。简谐运动的振动方程为：x=asin（t+）如图所示是a、b两个弹簧振子的振动图象，则它们的相位差是=。 【例2】如图所示，a、b叠放在光滑水平地面上，b与自由长度为lo的轻弹簧相连，当系统振动时，a、b始终无相对滑动。已知ma=3m，mb=m，当振子距平衡位置的位移x=l0/2时，系统的加速度为a，求a、b间摩擦力f与位移x的函数关系。答案：ff=6max/l0 【例3】如图所示，光滑槽的半径r远大于小球运动的弧长，今有两个小球（可视为质点），同时由静止释放，其中甲球离圆槽最低点o远些，它们第一次相遇地点在（ ）ao点 bo点偏左 co点偏右 d无法确定分析：甲、乙两球做类似单摆的简谐运动，其周期与振幅无关。甲、乙到达o点的时间均为四分之一周期，选a点评：本题着重考察单摆的周期与振幅无关。3已知单摆摆长为l，悬点正下方3l/4处有一个钉子。让摆球做小角度摆动，其周期将是多大？（二）受迫振动 共振考点点拨物体在驱动力（即周期性外力）作用下的振动叫受迫振动。物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。物体做受迫振动的振幅由驱动力频率和物体的固有频率共同决定：两者越接近，受迫振动的振幅越大，两者相差越大受迫振动的振幅越小。当驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。考点精炼4如图所示，在一根张紧的水平绳上，悬挂有 a、b、c、d、e五个单摆，让a摆略偏离平衡位置后无初速释放，在垂直纸面的平面内振动；接着其余各摆也开始振动。下列说法中正确的有：（ ）a各摆的振动周期与a摆相同b各摆的振幅大小不同，c摆的振幅最大c各摆的振动周期不同，c摆的周期最长d各摆均做自由振动结论：（1）波在一个周期内传播的距离恰好为波长。由此：v=/t=f；=vt. 波长由波源和介质决定。（2）质点振动nt（波传播n）时，波形不变。（3）相隔波长整数倍的两质点，振动状态总相同；相隔半波长奇数倍的两质点，振动状态总相反。（4）波的图象中，波的图形、波的传播方向、某一介质质点的瞬时速度方向，这三者中已知任意两者，可以判定另一个。（口诀为“上坡下，下坡上” ；或者“右上右、左上左）50.20.40x/my/cmm【例7】如图是一列波在t1=0时刻的波形，波的传播速度为2m/s，若传播方向沿x轴负向，则从t1=0到t2=2.5s的时间内，质点m通过的路程为_，位移为_。 解析：由图：波长=0.4m，又波速v=2m/s，可得：周期t=0.2s，所以质点m振动了12.5t。对于简谐振动，质点振动1t，通过的路程总是4a；振动0.5t，通过的路程总是2a。所以，质点m通过的路程124a+2a=250cm=2.5m。质点m振动12.5t时仍在平衡位置。所以位移为0。考点精炼5在波的传播方向上，距离一定的p与q点之间只有一个波谷的四种情况，如图a、b、c、d所示。已知这四列波在同一种介质中均向右传播，则质点p能首先达到波谷的是（ ）6一列波在介质中向某一方向传播，如图是此波在某一时刻的波形图，且此时振动还只发生在m、n之间，并知此波的周期为t，q质点速度方向在波形中是向下的。则：波源是_；p质点的起振方向为_；从波源起振开始计时时，p点已经振动的时间为_。7如图是一列向右传播的简谐横波在t=0时刻（开始计时）的波形图，已知在t=1s时，b点第三次达到波峰（在1s内b点有三次达到波峰）。则： 周期为_ 波速为_；d点起振的方向为_；在t=_s时刻，此波传到d点；在t=_s和t=_s时d点分别首次达到波峰和波谷；在t=_s和t=_s时d点分别第二次达到波峰和波谷。（四）波的干涉、衍射、多普勒效应学习“多普勒效应”必须弄清的几个问题：当波源以速率v匀速靠近静止的观察者a时，观察者“感觉”到的频率变大了。但不是“越来越大”。当波源静止，观察者以速率v匀速靠近波源时，观察者“感觉”到的频率也变大了。当波源与观察者相向运动时，观察者“感觉”到的频率变大。 当波源与观察者背向运动时，观察者“感觉”到的频率变小。【例8】 如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅均为5 cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1m/s和0.5m。c点是be连线的中点，下列说法中正确的是 （ ）ac、e两点都保持静止不动b图示时刻a、b两点的竖直高度差为20cmc图示时刻c点正处于平衡位置且向水面上运动d从图示的时刻起经0.25s，b点通过的路程为20cm解析：由波的干涉知识可知图中的质点a、b、e的连线处波峰和波峰或波谷和波谷叠加是加强区，过d、f的连线处和过p、q的连线处波峰和波谷叠加是减弱区。c、e两点是振动的加强点，不可能静止不动。所以选项a是错误的。在图示时刻，a在波峰，b在波谷，它们振动是加强的，振幅均为两列波的振幅之和，均为10cm，此时的高度差为20cm，所以b选项正确。a、b、c、e均在振动加强区，且在同一条直线上，由题图可知波是由e处向a处传播，在图示时刻的波形图线如右图所示，由图可知c点向水面运动，所以c选项正确。 波的周期t=/v = 0.5s，经过0.25s，即经过半个周期。在半个周期内，质点的路程为振幅的2倍，所以振动加强点b的路程为20cm，所以d选项正确。点评： 关于波的干涉，要正确理解稳定的干涉图样是表示加强区和减弱区的相对稳定，但加强区和减弱区还是在做振动，加强区里两列波分别引起质点分振动的方向是相同的，减弱区里两列波分别引起质点分振动的方向是相反的，发生变化的是振幅增大和减少的区别，而且波形图沿着波的传播方向在前进。考点精炼8如图所示，s1、s2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的有a该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱 b该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强ca质点的振动始终是最弱的， b、c、d质点的振动始终是最强的d再过t/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱考点精炼参考答案1解析：由图可知a在t轴上方，位移x025cm，所以弹力fkx5n，即弹力大小为5n，方向指向x轴负方向，选项a不正确；由图可知过a点作图线的切线，该切线与x轴的正方向的夹角小于90，切线斜率为正值，即振子的速度方向指向x轴的正方向，选项b正确 由图可看出，t0、t4s时刻振子的位移都是最大，且都在t轴的上方，在04s内完成两次全振动，选项c错误由于t0时刻和t4s时刻振子都在最大位移处，所以在04s内振子的位移为零，又由于振幅为05cm，在04s内振子完成了2次全振动，所以在这段时间内振子通过的路程为24050cm4cm，故选项d错误综上所述，该题的正确选项为b4解析：a摆做的是自由振动，周期就等于a摆的固有周期，其余各摆均做受迫振动，所以振动周期均与a摆相同。 c摆与a摆的摆长相同，所以c摆所受驱动力的频率与其固有频率相等，这样c摆产生共振，故c摆的振幅最大。此题正确答案为a、b。8解析：该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，这不难理解。但是d既不是波峰和波峰叠加，又不是波谷和波谷叠加，如何判定其振动强弱？这就要用到充要条件：“到两波源的路程之差是波长的整数倍”时振动最强，从图中可以看出，d是s1、s2连线的中垂线上的一点，到s1、s2的距离相等，所以必然为振动最强点。本题答案应选b、c点评：描述振动强弱的物理量是振幅，而振幅不是位移。每个质点在振动过程中的位移是在不断改变的，但振幅是保持不变的，所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷，振动始终是最强的。9abc三、考点落实训练a组1做简谐运动的质点在通过平衡位置时，为零值的物理量有 （ ）加速度 速度 位移 动能a只有 b只有 c d2关于简谐运动，以下说法中正确的是 （ ）a回复力总指向平衡位置b加速度、速度方向永远一致c在平衡位置加速度、速度均达到最大值d在平衡位置速度达到最大值，而加速度为零8一质点做简谐运动，先后以相同的动量依次通过a、b两点，历时1 s，质点通过b点后再经过1 s又第二次通过b点，在这两秒钟内质点通过的总路程为12 cm，则质点的振动周期为_s，振幅为_cm.11甲乙两人先后观察同一弹簧振子在竖直方向上下振动情况，（1）甲开始观察时，振子正好在平衡位置并向下运动。试画出甲观察到的弹簧振子的振动图象。已知经过1 s后振子第一次回到平衡位置.振子振幅为5 cm（设平衡位置向上方为正方向，时间轴上每格代表0.5 s） （2）乙在甲观察3.5 s后，开始观察并记录时间，试画出乙观察到的弹簧振子的振动图象，画在图上。b组1关于机械波的概念，下列说法中正确的是 （ ）a质点振动的方向总是垂直于波的传播方向b简谐波沿长绳传播，绳上相距半个波长的两质点振动位移的大小相等c相隔一个周期的两时刻，简谐波的图象相同d任一质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长2沿波的传播方向上有a、b两质点，它们的振动方向始终相同，c是a、b的中点，则c的振动 （ ）a一定跟a、b两质点的振动方向相同b一定跟a、b两质点的振动方向相反c跟a振动方向相同，跟b点的振动方向相反d可能跟a、b两点振动方向相同，也可能跟a、b两点振动方向相反5下列关于多普勒效应的说法正确的是（ ）a若声源向观察者靠近，则声源发出声波的频率变小b若声源向观察者靠近，则声察者接收到声波的频率变大c观察者远离波源，则波源发出声波的频率变小d若波源与观察者相互靠近，则观察者接收到声波的频率变小6如图所示，在均匀介质中s1和s2是同时起振（起振方向相同）、频率相同的两个机械波源，它们发出的简谐波相向传播。在介质中s1和s2平衡位置的连线上有a、b、c三点，已知s1a=ab=bc=cs2=/2（为波长），则下列说法中正确的是 （ ）ab点的振动总是最强，a、c两点的振动总是最弱bb点的振动总是最弱，a、c两点的振动总是最强ca、b、c三点的振动都总是最强da、b、c三点的振动都是有时最强有时最弱8如图所示是一列简谐横波在t=0时刻的波形图已知这列波沿x轴正方向传播，波速为20 m/s，则在t=0.17 s时该质点p （ ）a速度和加速度都沿-y方向b速度沿+y方向，加速度沿-y方向c速度和加速度均正在增大d速度正在增大，加速度正在减少11如图所示，a、b是一列横波的两个质点，它们在x轴上的距离s为30m，波沿x轴正方向传播，当质点a达到最高点时，质点b恰好经过平衡位置且向下运动，经过3 s， a经过平衡位置时b恰好达到最高点，下列说法中正确的是：（ ）a这列波的周期可能是4s b这列波的波长可能是24mc这列波的周期可能是3sd这列波的速度可能是2m/s 12如图，质点s是x轴上的波源，垂直于x轴上下振动，频率为5hz，激起的简谐横波沿x轴左右传播，波速为10m/s，质点m、n分别至s的距离sm=14.8m，sn=5.2m，已知m、n已经振动，某时刻质点s正通过平衡位置向下振动，那么在该时刻，下列判断正确的是： （ ）a质点m位于x轴上方，运动方向向上b质点m位于x轴下方，运动方向向下c质点n位于x轴上方，运动方向向下d质点n位于x轴下方，运动方向向上考点落实训练参考答案a组1c 2ad 3c 4b 5b 6b