浙江专用版2020版高考物理二轮复习专题六选修第13讲机械振动和机械波电磁波讲义.docx

教学资料范本浙江专用版2020版高考物理二轮复习专题六选修第13讲机械振动和机械波电磁波讲义编 辑：_时 间：_机械振动和机械波 电磁波专题定位1.掌握机械振动和机械波的产生和描述、理解波长、波速和频率及其相互关系；2.通过画光路图、结合几何知识解决光的折射及全反射问题；3.理解光的干涉、衍射、色散及双缝干涉实验；4.理解光电效应现象、氢原子模型与原子结构、会书写核反应方程、会根据质量亏损计算核能第13讲机械振动和机械波电磁波1简谐运动的特征(1)受力特征：回复力满足Fkx.(2)运动特征：当物体靠近平衡位置时、a、F、x都减小、v增大；当物体远离平衡位置时、a、F、x都增大、v减小(3)能量特征：对同一弹簧振子或单摆来说、振幅越大、能量越大、在振动过程中、动能和势能相互转化、机械能守恒(4)周期性特征：物体做简谐运动时、其位移、回复力、加速度、速度等矢量都随时间做周期性的变化(5)对称性特征：速率、加速度等关于平衡位置对称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)能够比较不同时刻质点的速度、加速度的大小3单摆4.受迫振动与共振例1(多选)甲、乙两单摆的振动图象如图中A、B图线所示已知乙摆的摆长为0.992m下列判断正确的是()A甲摆的摆长小于0.992mB甲摆的振幅比乙摆的振幅大C甲摆振动的频率比乙摆振动的频率高D在t1s时、乙摆有负向的最大速度答案AC解析由题图可得：T甲1.5s、T乙2s、根据T2可知甲摆的摆长小于0.992m、故A正确；由题图象可得：A乙9cm、A甲6cm、甲摆的振幅比乙摆的振幅小、故B错误；由题图象可得：T甲1.5s、T乙2s、根据T可知、甲摆振动的频率比乙摆振动的频率高、故C正确；由题图象可知在t1s时、乙图线处于最低点、说明乙摆动到最高点、速度为零、故D错误拓展训练1如图为某质点的振动图象、由图象可知()A质点的振动方程为x2sin50t(cm)B在t0.01s时质点的加速度为负向最大CP时刻质点的振动方向向下D从0.02s至0.03s质点的动能减小、势能增大答案D解析由题图知、振幅A2cm、周期T4102s、则角速度rad/s50 rad/s、可得质点的振动方程为xAsint2sin50t(cm)、故A错误；在t0.01s时质点的位移为负向最大、由a知、加速度为正向最大、故B错误；P时刻图象的斜率为正、则质点的振动方向向上、故C错误；从0.02s至0.03s、质点的位移增大、远离平衡位置、则质点的动能减小、势能增大、故D正确拓展训练2(20xx市区3月适应性练习)如图甲所示、弹簧振子在竖直方向做简谐运动以其平衡位置为坐标原点、竖直向上为正方向建立坐标轴、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()A振子的振幅为4cmB振子的振动周期为1sCt1s时、振子的速度为正的最大值Dt1s时、振子的加速度为正的最大值答案C解析由振动图象可知、该弹簧振子的振幅为2cm、周期为2s、t1s时、振子在平衡位置、正向速度最大、加速度为零、故C正确1波的传播问题(1)沿波的传播方向上、各质点的起振方向与波源的起振方向一致(2)介质中各质点随波振动、但并不随波迁移(3)沿波的传播方向上、波每个周期传播一个波长的距离(4)在波的传播方向上、平衡位置之间的距离为n、n1,2,3的质点、振动步调总相同；平衡位置间的距离为(2n1)、n0,1,2,3的质点、振动步调总相反2波的叠加问题(1)两个振动情况相同的波源形成的波、在空间某点振动加强的条件为该点到两波源的路程差xn、振动减弱的条件为xn.两个振动情况相反的波源形成的波、在空间某点振动加强的条件为xn、振动减弱的条件为xn、以上各式中n取0,1,2.(2)振动加强点的位移随时间而改变、振幅最大3波的多解问题(1)波的图象的周期性：相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同、从而使题目的解答出现多解的可能(2)波传播方向的双向性：在题目未给出波的传播方向时、要考虑到波可沿正向或负向传播两种可能性4关系式：vf.5特有现象例2(多选)(20xx金丽衢十二校联考)如图所示、S1为点振源、由平衡位置开始上下振动、产生一列简谐横波沿S1S2直线传播、S1、S2两点之间的距离为9mS2点的左侧为一种介质、右侧为另一种介质、波在这两种介质中传播的速度之比为34.某时刻波正好传到S2右侧7m处、且S1、S2均在波峰位置则()AS2开始振动时方向可能向下也可能向上B波在S2左侧的周期比在右侧时大C右侧的波长2m(n0,1,2,3)D左侧的波长1m(n0,1,2,3)答案AD解析S2开始运动时方向与振源的起振方向相同、由于振源的起振方向不知道、所以无法确定S2开始运动时的方向、波的振动周期由振源决定、波在S2左侧的周期和右侧的周期相等、故A正确、B错误；若传到S2时、S2质点从平衡位置向下振动、则有：则n227m、解得：2m(n0,1,2,3)、此时在S2的左边、有：(4n3)、解得：1m(n0,1,2,3)；若传到S2时、S2质点从平衡位置向上振动、则有：则n227m、解得：2m(n0,1,2,3)、此时在S2的左边、有：(4n1)、解得：1m(n0,1,2,3)；因S1、S2均在波峰位置、可知(4n1)和(4n3)都应该是整数、根据数学知识可知、这两个数包含了所有的奇数、即可表示为2n1、则1可表示为1m(n0,1,2,3)、故C错误、D正确拓展训练3(多选)(20xx全国卷34(1)改编)一列简谐横波沿x轴正方向传播、在t0和t0.20s时的波形分别如图中实线和虚线所示已知该波的周期T0.20s下列说法正确的是()A波速为0.40m/sB波长为0.08mCx0.08m的质点在t0.70s时位于波谷D若此波传入另一介质中其波速变为0.80m/s、则它在该介质中的波长为0.32m答案ACD解析因周期T0.20s、故波在t0.20s内传播的距离小于波长、由图象可知波的传播距离x0.08m、故波速v0.40m/s、A对；由图象可知波长0.16m、B错；由v得、波的周期T0.4s、根据振动与波动的关系知t0时、x0.08m的质点沿y轴正方向振动、t0.7s1T、故此时该质点位于波谷；C对；根据vT得、波速变为0.80m/s时波长0.32m、D对拓展训练4(多选)(20xx市3月模拟)如图所示、两列简谐横波在同一绳上传播、已知甲波向左传播、t0时刻恰好传播到x0.5cm处、乙波向右传播、t0时刻恰好传播到x0.5cm处、经过0.5s后甲波刚好到达O点、两列波的振幅均为2cm、则以下说法正确的是()A甲波的波速为1.0cm/sB两列波相遇后、x0cm处质点的振幅为4cmCx1.5cm处的质点在03s内、通过的路程为16cmDt1s时、x1.25cm处的质点的振动方向沿y方向答案ACD解析甲波波速v11.0cm/s、T甲2s；波速由介质决定、则v2v11.0cm/s、f乙f甲0.5Hz、结合题图知两列波相遇后、x0处是振动减弱点、始终不振动、即振幅A0；乙波传播到x1.5cm质点处所用时间t12s、且起振方向向下、则x1.5cm处质点在02s内、以A2cm振动一个周期、路程s14A8cm,23s后以A4cm振动半个周期、路程s24A8cm、路程为s1s216cm.t1s、此时乙波还未传到x1.25cm处、知x1.25cm处质点振动方向沿y方向、故B错误、A、C、D正确图象类型振动图象波的图象研究对象一个振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一个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)质点在各时刻的位移(4)质点在各时刻速度、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着时间推移、图象延续、但已有形状不变随着时间推移、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互判方法“上下坡”法“同侧”法“微平移”法例3(多选)(20xx福建市五月检测)如图甲所示是一列简谐波在t0时刻的波形图、质点P刚开始振动、如图乙所示是介质中的另一质点Q的振动图象、则下列说法正确的是()A这列波沿x轴正方向传播B这列波的波速是24m/sC质点Q平衡位置的坐标为xQ36mD从t0时刻开始、经过2.5s质点Q处在波峰答案ACD解析由题图乙可知、质点Q刚开始振动时方向沿y轴负方向、结合题图甲可知质点P在t0时刻沿y轴负方向振动、所以这列波沿x轴正方向传播、选项A正确；根据题图甲可知波长24m、根据题图乙可知周期为T2s、则v12m/s、选项B错误；质点P开始振动后经过t1s质点Q开始振动、则PQ间的距离xPQvt12m、所以质点Q平衡位置的坐标为xQ36m、选项C正确；距Q点最近的波峰到Q点的距离为x30m、所以有t(2.52n) s、n0,1,2,3、则t2.5s时质点Q第一次出现在波峰、选项D正确拓展训练5(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播、图甲是波刚传播到x5m处的M点时的波形图、图乙是质点N(x3m)从此时刻开始计时的振动图象、Q是位于x10m处的质点、下列说法正确的是()A这列波的波长是5mBM点以后的各质点开始振动时的方向都沿y轴正方向C由甲图对应时刻开始计时、经过6s、质点Q第一次到达波谷D这列波由M点传播到Q点需要5s答案CD解析由题图知4m、T4s、v1m/s、由题图甲知、质点M起振方向是沿y轴负方向的、则M点以后的各质点开始振动时的方向都沿y轴负方向；由题图甲所对应时刻开始计时时、此时x4m处的质点位于波谷位置、再经过t6s、Q第一次到达波谷波由M传到Q需时间tMQ5s故C、D正确拓展训练6(多选)(20xx浙南名校联盟期末)一列简谐横波、在t1.8s时刻的图象如图甲所示、此时、P、Q两质点的位移均为1cm、波上位于平衡位置的A质点振动图象如图乙所示、则以下说法正确的是()A这列波的波速是m/sB从t1.8s开始、紧接着的t0.3s时间内、A质点通过的路程是2cmC从t1.8s开始、质点P比质点Q早0.4s回到平衡位置D若该波在传播过程中遇到一个尺寸为22cm的障碍物、不能发生明显的衍射现象答案BC解析由题图甲知20cm、由题图乙知T1.2s、故vm/sm/s、故A错误；由题图乙知、t1.8s时A质点在平衡位置、又t0.3sT、则A质点振动的路程sA2cm、故B正确；由题图乙知、t1.8s时A向下振动、故波向x正方向传播、此时P质点向上振动先回到平衡位置；由题图甲所示时刻质点PQ平衡位置相距xPQm、相差ts0.4s、故C正确；由于波长20cm、与障碍物22cm相差不多、故能发生明显衍射、D错误1电磁波与机械波的主要区别(1)电磁波传播不需要介质、机械波传播需要介质(2)电磁波是横波、机械波可能是横波、也可能是纵波2电磁波谱的特性及应用电磁波谱特性应用递变规律无线电波容易发生衍射通信和广播波频长率减增小大红外线热效应红外线遥感可见光引起视觉照明等紫外线荧光效应、能杀菌灭菌消毒、防伪X射线穿透能力强医用透视、安检射线穿透能力很强工业探伤、医用治疗例4(多选)(20xx嘉、丽3月联考)下列说法正确的是()A机械波和电磁波既有横波又有纵波B电子仪器套上金属罩防止外界电场干扰是应用静电屏蔽原理C办公区域和家中常用的WiFi信号传输距离不长是因为其波长太长DLC振荡电路中自感系数L和电容C都减小一半可使振荡频率增大一倍答案BD解析机械波既有横波又有纵波、而电磁波是横波、故A错误；封闭金属罩有屏蔽静电的作用将电子设备置于接地封闭金属罩中、可以避免外界电场对设备的影响、故B正确；电磁波的传播距离和障碍物有关、若障碍物是金属等导电材料、则屏蔽能力较强、故传不远、C错误；根据f可知、自感系数L和电容C都减小一半、则振荡频率增大一倍、故D正确拓展训练7(多选)关于电磁波、下列说法正确的是()A电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B周期性变化的电场和磁场可以相互激发、形成电磁波C电磁波在真空中自由传播时、其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D利用电磁波传递信号可以实现无线通信、但电磁波不能通过电缆、光缆传输答案ABC解析电磁波在真空中传播速度等于光速、与频率无关、A正确；电磁波是周期性变化的电场和磁场互相激发得到的、B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直、C正确；光是一种电磁波、光可在光导纤维中传播、D错误拓展训练8(多选)(20xx贵州市上学期质量监测)下列说法中正确的是()A电磁波可以在真空中传播BX射线是原子的内层电子受到激发产生的C光从空气射入水中、传播速度一定减小D若波源的电磁振荡停止、空间的电磁波随即消失答案ABC解析电磁波可以在真空中传播、选项A正确X射线是原子的内层电子受到激发产生的、选项B正确；水相对空气是光密介质、则光从空气射入水中、传播速度一定减小、选项C正确；若波源的电磁振荡停止、空间的电磁波不会随即消失、选项D错误拓展训练9(多选)(20xx山东市第一次模拟)下列判断正确的是()A机械波既有横波又有纵波、而电磁波只有纵波B机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C介质中质点振动的周期一定和相应的波的周期相等D机械波的频率、波长和波速三者满足的关系对电磁波也适用答案BCD专题强化练基础题组1关于电磁波的说法中正确的是()A只要有电场和磁场、就能产生电磁波B电磁波会发生偏振现象、是纵波C电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象D紫外线的频率比红外线的频率小答案C解析由麦克斯韦电磁场理论知、变化的电场产生磁场、变化的磁场产生电场、振荡的电场和磁场交替产生、由近及远地传播、形成电磁波、A错误；电磁波会发生偏振现象、是横波、B错误；干涉和衍射现象是波特有的现象、电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象、C正确；紫外线的频率比红外线的频率大、D错误2(多选)(20xx浙南名校联盟高三期末)下列有关波动现象的特性与应用说法正确的是()A医学诊断时用“B超”仪器探测人体内脏、是利用超声波的多普勒效应B5G通信技术(采用33005000MHz频段)、相比现有的4G通信技术(采用18802635MHz频段)、5G容量更大、信号粒子性更显著C在镜头前装偏振片、可以减弱镜头反射光D电子显微镜的电子束速度越大、电子显微镜分辨本领越强答案BD3(多选)(20xx湖南长沙3月调研)下列各说法中正确的是()A对于受迫振动、驱动力的频率越大、受迫振动的振幅越大B摆钟偏慢时可缩短摆长进行校准C火车鸣笛驶出站台时、我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高D频率相同的两列波叠加、使某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱、并且加强区域和减弱区域相互间隔开来答案BD解析当驱动力的频率与振子的固有频率相等时、振子的振幅最大、故A错误；摆钟偏慢时、说明周期偏大、若要周期变小、则可缩短摆长、故B正确；火车鸣笛远离我们时、距离变大、则我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低、故C错误；由波的叠加原理可知、频率相同的两列波叠加、使某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱、并且加强区域和减弱区域相互间隔开来、故D正确4蜘蛛捕食是依靠昆虫落在丝网上引起的振动准确判断昆虫的方位已知丝网固有频率f0、某昆虫掉落在丝网上挣扎时振动频率为f、则该昆虫落在丝网上时()Af增大、则丝网振幅增大Bf减小、则丝网振幅减小C昆虫引起丝网振动的频率为f0D丝网和昆虫挣扎振动周期相同答案D解析当昆虫翅膀振动的频率与丝网的固有频率相等时、即丝网和昆虫挣扎振动周期相同时、振幅最大、故A、B、C错误、D正确5.(多选)(20xx超级全能生2月联考)如图所示、某同学在水槽中做水波干涉实验时拍了一张黑白照片、两振源的步调一致、A、B两处是“白”的、C处是“黑”的、下列说法正确的是()AA、B两点振幅相同BC处的小纸片会飘到水槽边缘CA点到两波源的距离差是波长的整数倍DB点位移始终小于A点答案AC解析由题知、A、B两处为振动加强点、C处为振动减弱点、振动加强点振幅相同、但位移不是时刻相同、A正确、D错误；因两水波振幅相同、则振动减弱点始终不振动、水面平静、小纸片始终在原处、B错误；A点到两波源的距离差是波长的整数倍、这是振动加强点的条件、C正确6(多选)物体A做简谐运动的振动方程是xA3sin100tm、物体B做简谐运动的振动方程是xB5sin100tm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100sCA振动的频率fA等于B振动的频率fBDA、B的周期都为6.28102s答案CD解析振幅是标量、A、B的振动范围分别是6m、10m、但振幅分别为3m、5m、A错；A、B的周期均为Ts6.28102s、A、B的频率均为fHz、B错、C、D对7(多选)(20xx湖南市第一次联考)甲、乙两弹簧振子、振动图象如图所示、则可知()A甲速度为零时、乙速度最大B甲加速度最小时、乙速度最小C两个振子的振动频率之比f甲f乙12D任一时刻两个振子受到的回复力都不相同答案AC解析由题图可知、t0.5s时、甲位于最大位移处、图象的斜率表示速度、此时甲的速度为零、而此时乙位于平衡位置、图象的斜率最大、速度最大、故A正确；在t1.0s或t2.0s时、甲的加速度最小、甲位于平衡位置、回复力为零、此时、乙也位于平衡位置、加速度为零、速度最大、故B错误；频率与周期互为倒数、频率之比为周期之比的反比、由图象可知、甲、乙的周期之比为21、故频率之比为12、故C正确；在t1.0s或t2.0s时、甲、乙都处于平衡位置、回复力都为0、故D错误8(多选)在均匀介质中坐标原点处有一波源做简谐运动、其表达式为y5sin (t)、它在介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播、某时刻波刚好传播到x12m处、波形图象如图所示、则()A此后再经6s该波传播到x24m处BM点在此后第3s末的振动方向沿y轴正方向C波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向D此后M点第一次到达y3m处所需时间是2s答案AB解析该波的周期Ts4s、波长8m、波速v2m/s、则再经过6s、该波传播的距离为xvt12m、该波传到x24m处、选项A正确；M点在此时振动方向沿y轴负方向、则此后第3s末、即经过了T、该点的振动方向沿y轴正方向、选项B正确；因该波传到x12m处时、质点向y轴正方向振动、故波源开始振动时的运动方向沿y轴正方向、选项C错误；M点第一次到达y3m位置时、所需的时间小于2s、选项D错误9(20xx天津理综5)手持较长软绳端点O以周期T在竖直方向上做简谐运动、带动绳上的其他质点振动形成简谐波沿绳水平传播、示意如图绳上有另一质点P、且O、P的平衡位置间距为L.t0时、O位于最高点、P的位移恰好为零、速度方向竖直向上、下列判断正确的是()A该简谐波是纵波B该简谐波的最大波长为2LCt时、P在平衡位置上方Dt时、P的速度方向竖直向上答案C解析绳波中质点的振动方向与波的传播方向垂直、属于横波、故A错误；根据波形图和波的传播方向可知、位移恰好为零且速度方向竖直向上的质点与O点的距离应为L、其中n0、1、2、波长、可知当n0时有波长的最大值、最大值为m4L、故B错误；0内P由平衡位置振动到波峰、内P由波峰回到平衡位置、可知t时P在平衡位置上方向上振动、t时P在平衡位置上方向下振动、故C正确、D错误能力题组10(多选)(20xx台州3月一模)一列简谐横波沿x轴正向传播、振幅为4cm、周期为T6s已知在t0时刻、质点a坐标为(5cm、2cm)、沿y轴正向运动、质点b坐标为(15cm,2cm)、沿y轴负向运动、如图所示下列说法正确的是()Aa、b两质点可以同时在波峰B在t0.5s时刻质点a的位移为0C该列简谐横波波长可能为10cmD当质点b在波谷时、质点a一定在波峰答案BD解析由a、b两质点的位置关系及振动方向、知a、b相距半波长的奇数倍、振动情况总是相反、故A错误、D正确；由(2n1)10cm可知不可能为10cm、故C错误；设质点a的振动方程xAsin(t)、其中t0时x2cm、且得、即x4sin(t) cm、t0.5s时、x0、故B正确11(多选)一列简谐横波沿直线传播、该直线上平衡位置相距9m的a、b两质点的振动图象如图所示、下列描述该波的图象可能正确的是()答案AC解析由振动图象可知、在t0时、质点a处在波峰位置、质点b处在平衡位置且向下运动若简谐横波沿直线由a向b传播、有n9、解得波长m(n0,1,2,3,4)、其波长可能值为12m、5.14m、选项C正确；若简谐横波沿直线由b向a传播、有n9、解得波长m(n0,1,2,3,4)、其波长可能值为36m,7.2m,4m、选项A正确12(多选)(20xx市“十校联考”)两列波速相同的简谐横波沿x轴相向传播、实线波的频率为3Hz、振幅为10cm、虚线波的振幅为5cm、t0时、两列波在如图所示区域内相遇、则()A两列波在相遇区域内会发生干涉现象B实线波和虚线波的频率之比为32Cts时、x9m处的质点实际振动方向向上Dts时、x4m处的质点实际位移大小|y|12.5cm答案BCD解析实线波的