高考物理总复习专题十三机械振动与机械波课件.ppt

专题十三机械振动与机械波,高考物理(江苏省专用),一、单项选择题1.2013江苏单科,12B(1)如图所示的装置,弹簧振子的固有频率是4Hz。现匀速转动把手,给弹簧振子以周期性的驱动力,测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1Hz,则把手转动的频率为()A.1HzB.3HzC.4HzD.5Hz,A组自主命题江苏卷题组,五年高考,答案A因把手每转动一周,驱动力完成一次周期性变化,即把手转动频率即为驱动力的频率。弹簧振子做受迫振动,而受迫振动的频率等于驱动力的频率,与振动系统的固有频率无关,故A正确。,2.2015江苏单科,12B(1)一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比()A.波速变大B.波速不变C.频率变高D.频率不变,二、多项选择题,答案BC超声波的波速由介质决定,介质不变,则波速不变,B项正确;当鱼群向渔船靠近时,由于多普勒效应,被鱼群反射回来的超声波频率高于波源发出的频率,C正确。,3.2017江苏单科,12B(2)野生大象群也有自己的“语言”。研究人员录下象群“语言”交流时发出的声音,发现以2倍速度快速播放录音时,能听到比正常播放时更多的声音。播放速度变为原来的2倍时,播出声波的(选填“周期”或“频率”)也变为原来的2倍,声波传播速度(选填“变大”、“变小”或“不变”)。,三、非选择题,答案频率不变,解析受迫振动的频率等于驱动力的频率,故播放速度变为原来的2倍时,播出的声波的频率也变为原来的2倍。声波的传播速度取决于传播的介质,故速度不变。,4.2015江苏单科,12B(2)用2106Hz的超声波检查胆结石,该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2250m/s和1500m/s,则该超声波在结石中的波长是胆汁中的倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波长较短,遇到结石时(选填“容易”或“不容易”)发生衍射。,4.2015江苏单科,12B(2)用2106Hz的超声波检查胆结石,该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2250m/s和1500m/s,则该超声波在结石中的波长是胆汁中的倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波长较短,遇到结石时(选填“容易”或“不容易”)发生衍射。,答案1.5不容易,解析由于波长、波速、频率三者的关系为v=f,而同一超声波在不同介质中传播时频率不变(不发生多普勒效应),则波长之比等于波速之比,所以该超声波在结石中的波长是胆汁中的=1.5倍;发生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸与波长相差不多,或小于波长。因为超声波的波长较短,所以遇到结石不容易发生衍射。,考点一机械振动单项选择题1.(2017北京理综,15,6分)某弹簧振子沿x轴的简谐运动图像如图所示,下列描述正确的是()A.t=1s时,振子的速度为零,加速度为负的最大值,B组统一命题、省（区、市）卷题组,B.t=2s时,振子的速度为负,加速度为正的最大值C.t=3s时,振子的速度为负的最大值,加速度为零D.t=4s时,振子的速度为正,加速度为负的最大值,答案A本题考查简谐运动图像。由图像可知,t=1s和t=3s时振子在最大位移处,速度为零,加速度分别为负向最大值、正向最大值;而t=2s和t=4s时振子在平衡位置,加速度为零,而速度分别为负向最大、正向最大。综上所述,A项说法正确。,解题关键简谐运动图像与运动情景的关联通过图像,不仅要提取出图像中的相关信息,更需与振子运动情景相关联,细致分析出各物理量的大小和方向,这是解答本题的关键。,2.(2017上海单科,10,4分)做简谐运动的单摆,其摆长不变,若摆球的质量增加为原来的倍,摆球经过平衡位置的速度减为原来的,则单摆振动的()A.周期不变,振幅不变B.周期不变,振幅变小C.周期改变,振幅不变D.周期改变,振幅变大,答案B本题考查单摆。由单摆的周期公式T=2可知,当摆长L不变时,周期不变,故C、D错误;由能量守恒定律可知mv2=mgh,其摆动的高度与质量无关,因平衡位置的速度减小,则最大高度减小,即振幅减小,选项B正确、A错误。,易错警示摆球经过平衡位置时,因质量增加为原来的倍,速度减为原来的,故动能Ek=mv2不变,不要误认为摆球的振幅不变而错选A。,3.(2016北京理综,15,6分)如图所示,弹簧振子在M、N之间做简谐运动。以平衡位置O为原点,建立Ox轴。向右为x轴正方向。若振子位于N点时开始计时,则其振动图像为(),答案A振子在N点时开始计时,其位移为正向最大,并按正弦规律变化,故选项A正确。,4.(2014浙江理综,17,6分)一位游客在千岛湖边欲乘坐游船,当日风浪较大,游船上下浮动。可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动,振幅为20cm,周期为3.0s。当船上升到最高点时,甲板刚好与码头地面平齐。地面与甲板的高度差不超过10cm时,游客能舒服地登船。在一个周期内,游客能舒服登船的时间是()A.0.5sB.0.75sC.1.0sD.1.5s,答案C解法一由题意知,游客舒服登船时间t=2=1.0s。解法二设振动表达式为y=Asint,由题意可知t1=或t2=,其中=rad/s,解得t1=0.25s或t2=1.25s,则游客舒服登船时间t=t2-t1=1.0s。,1.(2017天津理综,5,6分)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。t=0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2LC.t=时,P在平衡位置上方D.t=时,P的速度方向竖直向上,考点二机械波一、单项选择题,思路分析t=0时,O位于最高点波峰,P位移为零,速度向上平衡位置,作出波动图像,确定P点的可能位置,判断P点在不同时刻的运动方向和最大波长。,2.(2015福建理综,16,6分)简谐横波在同一均匀介质中沿x轴正方向传播,波速为v。若某时刻在波的传播方向上,位于平衡位置的两质点a、b相距为s,a、b之间只存在一个波谷,则从该时刻起,下列四幅波形图中质点a最早到达波谷的是(),答案D根据波的传播方向,可分别判定四幅波形图中质点a的振动方向,A图中向上振动,B图中向下振动,C图中向上振动,D图中向下振动;各图中波的周期分别为TA=,TB=,TC=,TD=,故从该时刻起,各图中质点a第一次到达波谷的时间分别为tA=TA=,tB=TB=,tC=TC=,tD=TD=,可知tDtBtC0.5s,则由题图知波在0.5s内沿x轴正方向传播的距离为,传播时间t=T=0.5s,T=s,频率f=1.5Hz,选项C正确;波速v=6m/s,选项B正确;1s=T,t=1s时,x=1m处的质点处于波谷,选项D错误;2s=3T,t=2s时,x=2m处的质点经过平衡位置,选项E正确。,关联知识(1)波长、波速、周期间的关系。(2)由波形图和波的传播方向确定一段时间内波的传播距离与波长的关系,进而求出波的周期。,6.2016课标,34(1),5分由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的频率为20Hz,波速为16m/s。已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧,且P、Q和S的平衡位置在一条直线上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8m、14.6m。P、Q开始振动后,下列判断正确的是()A.P、Q两质点运动的方向始终相同B.P、Q两质点运动的方向始终相反C.当S恰好通过平衡位置时,P、Q两点也正好通过平衡位置D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰E.当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰,答案BDE由波速公式:v=f得=0.8m,LSP=19,LSQ=18,由波动的周期性,采用“去整留零”的方法,可在波形图上标出S、P、Q三点的位置,如图所示,由图可知,P、Q两点的运动方向始终相反,A项错误,B项正确;S在平衡位置时,P、Q一个在波峰,一个在波谷,C项错误;当S恰通过平衡位置向上运动时,P在波峰,Q在波谷,反之则相反,故D、E项正确。,7.(2016四川理综,6,6分)简谐横波在均匀介质中沿直线传播,P、Q是传播方向上相距10m的两质点。波先传到P,当波传到Q开始计时,P、Q两质点的振动图像如图所示。则()A.质点Q开始振动的方向沿y轴正方向B.该波从P传到Q的时间可能为7sC.该波的传播速度可能为2m/sD.该波的波长可能为6m,答案AD由图可知,t=0时质点Q处于平衡位置,t=时运动至波峰,故其起振方向沿y轴正方向,A正确;仍由图可知,T=6s,质点Q比质点P到达同一振动状态晚了t=nT+T=(6n+4)s(n=0,1,2,),此即为该波从P传到Q所需的时间,当t=7s时n=,故B错误;由v=m/s知,当v=2m/s时n=,故C错误;再由=vT=m知,当n=1时=6m,故D正确。,8.2014山东理综,38(1),4分一列简谐横波沿直线传播。以波源O由平衡位置开始振动为计时零点,质点A的振动图像如图所示,已知O、A的平衡位置相距0.9m。以下判断正确的是()A.波长为1.2mB.波源起振方向沿y轴正方向C.波速大小为0.4m/sD.质点A的动能在t=4s时最大,答案AB由图可知波源起振后3s质点A开始振动,故波速大小v=0.3m/s,C错误;由图知波的周期即质点A的振动周期T=4s,故该波的波长=vT=1.2m,A正确;因介质中各质点的起振方向与波源的起振方向相同,故由图知B正确;由图知t=4s时质点A处于正向最大位移处,此时质点A的速度为零、动能为零,故D错误。,9.2014课标,34(1),5分图(a)为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图,P是平衡位置在x=1.0m处的质点,Q是平衡位置在x=4.0m处的质点;图(b)为质点Q的振动图像。下列说法正确的是()A.在t=0.10s时,质点Q向y轴正方向运动B.在t=0.25s时,质点P的加速度方向与y轴正方向相同C.从t=0.10s到t=0.25s,该波沿x轴负方向传播了6mD.从t=0.10s到t=0.25s,质点P通过的路程为30cmE.质点Q简谐运动的表达式为y=0.10sin10t(国际单位制),答案BCE由图(a)得=8m,由图(b)得T=0.2s,所以v=40m/s。由图(b)知,在t=0.10s时,质点Q通过平衡位置向y轴负方向运动,A错误。结合图(a),由“同侧法”判得波沿x轴负方向传播,画出t=0.25s时的波形图,标出P、Q点,如图,此时P点在x轴下方,其加速度向上,B正确。t=0.25s-0.10s=0.15s,x=vt=6m,C正确。P点起始位置不在平衡位置或最大位移处,故D错误。由图知A=0.10m,=10rad/s,所以Q点简谐运动表达式为y=0.10sin10t(国际单位制),E正确。,10.2017课标,34(1),5分如图(a),在xy平面内有两个沿z方向做简谐运动的点波源S1(0,4)和S2(0,-2)。两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示。两列波的波速均为1.00m/s。两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互(填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互(填“加强”或“减弱”)。,三、非选择题,答案2减弱加强,解析本题考查波的干涉。A到两波源的距离差为AS1-AS2=m-8m=2m。由图(b)或图(c)得T=2s,得=vT=2m,因BS1-BS2=m-m=0,而两波源振动步调相反,故B点振动减弱;同理,CS1-CS2=(4-0.5)m-0.5-(-2)m=1m,恰好为半个波长,故C点振动加强。,11.(2017上海单科,14)机械波产生和传播的条件是:存在一个做振动的波源,在波源周围存在;机械波传播的是和。,答案介质振动形式能量,解析机械波是机械振动在介质中的传播,传播的是振动形式和能量。,12.2016课标,34(2),10分一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播,波长不小于10cm。O和A是介质中平衡位置分别位于x=0和x=5cm处的两个质点。t=0时开始观测,此时质点O的位移为y=4cm,质点A处于波峰位置;t=s时,质点O第一次回到平衡位置,t=1s时,质点A第一次回到平衡位置。求()简谐波的周期、波速和波长;()质点O的位移随时间变化的关系式。,答案见解析,解析()设振动周期为T。由于质点A在0到1s内由最大位移处第一次回到平衡位置,经历的是个周期,由此可知T=4s由于质点O与A的距离5cm小于半个波长,且波沿x轴正向传播,O在t=s时回到平衡位置,而A在t=1s时回到平衡位置,时间相差s。两质点平衡位置的距离除以传播时间,可得波的速度v=7.5cm/s利用波长、波速和周期的关系得,简谐波的波长=30cm()设质点O的位移随时间变化的关系为y=Acos将式及题给条件代入上式得,解得0=,A=8cm质点O的位移随时间变化的关系式为y=0.08cos(国际单位制)或y=0.08sin(国际单位制),解题方法机械波中的各质点都在做简谐运动,简谐运动位移与时间的关系式为y=Asin(t+)或者是y=Acos(t+),式中=,把数学中的三角函数知识与物理中的简谐运动结合起来,就能够顺利得出结果。,13.2016浙江自选,13(2),6分如图所示,在t=0时刻,位于波源O处的质点从平衡位置开始向上振动,形成沿x轴正方向传播的一列简谐横波,波长为8m。位于P处的质点在t=1.5s时开始向上运动,当t=2.5s时第一次达到正最大位移。求波的周期T;波速v;O、P之间的距离。,答案4s2m/s3m,解析由题知波源的起振方向向上,则质点P从开始振动到其第一次达到正最大位移,正好振动了T,则有T=2.5s-1.5s解得周期T=4s波速v=2m/sOP=vt=21.5m=3m,1.(2014北京理综,17,6分)一简谐机械横波沿x轴正方向传播,波长为,周期为T。t=0时刻的波形如图1所示,a、b是波上的两个质点。图2是波上某一质点的振动图像。下列说法中正确的是(),一、单项选择题,C组教师专用题组,A.t=0时质点a的速度比质点b的大B.t=0时质点a的加速度比质点b的小C.图2可以表示质点a的振动D.图2可以表示质点b的振动,答案D由图1可知,t=0时,a在正向最大位移处,v=0,加速度最大;b在平衡位置,速度最大,加速度为0,且振动方向沿y轴负向,图2可以表示质点b的振动,选项A、B、C都错误,选项D正确。,2.(2013四川理综,5,6分)图1是一列简谐横波在t=1.25s时的波形图,已知c位置的质点比a位置的晚0.5s起振,则图2所示振动图像对应的质点可能位于()A.axbB.bxcC.cxdD.dxe,答案D由题图1知a、c位置间距离为半个波长,则波从a位置的质点传播到c位置的质点需要半个周期的时间,即T=1s。当t=1.25s=T时,由图2可以看出该质点正处于从波峰向平衡位置运动的过程中。因c位置的质点比a位置的质点的起振时间晚,故波是沿x轴正向传播的,结合图1可知t=1.25s时处于从波峰向平衡位置运动的质点可能在d、e两位置之间,故D正确。,3.(2013福建理综,16,6分)如图,t=0时刻,波源在坐标原点从平衡位置沿y轴正向开始振动,振动周期为0.4s,在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波。下图中能够正确表示t=0.6s时波形的图是(),答案C介质中各质点开始振动的方向与振源起振的方向相同,C正确,A、B、D错误。,4.2013课标,34(1),6分如图,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2m、4m和6m。一列简谐横波以2m/s的波速沿x轴正向传播,在t=0时刻到达质点a处,质点a由平衡位置开始竖直向下运动,t=3s时a第一次到达最高点。下列说法正确的是()A.在t=6s时刻波恰好传到质点d处B.在t=5s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4sD.在4st6s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,二、多项选择题,答案ACD波由a到d匀速传播,v=2m/s,t=6s,A项正确。第一个波峰在t1=3s时产生于a点,再经t2=3s到达c点,共计t=t1+t2=6s,B项错误。a点从向下起振至到达最高点用时3s,可知T=3s,即T=4s,则b点的振动周期也为4s,C项正确。波经t2=3s