第五讲　机械振动和机械波-2026年高考物理总复习课件

专题一力与运动第五讲

机械振动和机械波1.简谐运动的规律考点一

机械振动规律x=Asin(ωt+φ)

图像反映同一质点在各个时刻的位移受力特征回复力F=-kx,F(或a)的大小与x的大小成正比,方向相反运动特征靠近平衡位置时,a、F、x都减小,v增大;远离平衡位置时,a、F、x都增大,v减小能量特征振幅越大,能量越大。在运动过程中,动能和势能相互转化,系统的机械能守恒周期性特征对称性特征关于平衡位置O对称的两点,加速度的大小、速度的大小、相对平衡位置的位移大小相等;动能、势能相等

【例2】(2024·广东汕头二模)某同学在探究单摆运动中,图甲是用力传感器对单摆运动过程进行测量的装置图,图乙是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F-t图像,下列说法正确的是 (

)A.摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力充当单摆的回复力B.从t=0时刻开始摆球第一次摆到最低点的时刻为0.5sC.用米尺量得摆线长度l,即摆长为lD.由图可计算出单摆的长度为1.0m【答案】B

考点二

机械波形成条件(1)波源;(2)传播介质,如空气、水等

传播特点(1)机械波传播的只是振动的形式和能量,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波迁移(2)介质中各质点振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同(3)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A,位移为零(4)一个周期内,波向前传播一个波长波的图像(1)坐标轴:横轴表示各质点的平衡位置,纵轴表示该时刻各质点的位移(2)意义:表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开平衡位置的位移波长、波速和频率(周期)的关系波的叠加波的多解问题由于波的周期性、波传播方向的双向性,波的传播易出现多解问题波的特性波的干涉

波的衍射【例3】(多选)(2025·山东卷)均匀介质中分别沿x轴负方向和正方向传播的甲、乙两列简谐横波,振幅均为2cm,波速均为1m/s,M、N为介质中的质点。t=0时刻的波形图如图所示,M、N的位移均为1cm。下列说法正确的是(

)A.甲波的周期为6sB.乙波的波长为6mC.t=6s时,M向y轴正方向运动D.t=6s时,N向y轴负方向运动【答案】BD

【例4】(2024·广东江门模拟预测)振源处于x轴原点处,分别向x轴正方向和负方向形成两列简谐横波,在x轴上有两点P和Q,它们的振动图像分别如图甲和乙所示,它们间的距离为d=10m。(1)如果它们都在x轴的正半轴,求这列波的最大速度;(2)如果P点在x轴的负半轴,坐标为(-E,0),Q点在x轴的正半轴,求这列波的可能速度(E为已知量)。【答案】(1)50

m/s

(2)见解析

【例5】(多选)(2024·广东佛山二模)中国京剧的特技水袖舞包容了戏曲和舞蹈的成分,别具美感。图甲是t=0时刻京剧花旦舞动水袖形成的一列简谐横波。P、Q为该波沿水平传播方向上相距0.6m的两个质点,P点振动领先Q点,t=0时刻Q质点正处于波峰(图中未画出),图乙为P质点的振动图像。下列说法正确的是 (

)A.t=0时刻,P质点所受合力沿y轴正方向B.P质点的振动方程为y=0.3sin(2.5πt)mC.该简谐横波的波长可能为0.48mD.该简谐横波的传播速度可能为1m/s【答案】BD

1.(多选)(2025·浙江卷)如图甲所示,两波源S1和S2分别位于x=0与x=12m处,以x=6m为边界,两侧为不同的均匀介质。t=0时两波源同时开始振动,其振动图像相同,如图乙所示。t=0.1s时x=4m与x=6m两处的质点开始振动。不考虑反射波的影响,则(

)A.t=0.15s时两列波开始相遇B.在6m<x≤12m间S2波的波长为1.2mC.两列波叠加稳定后,x=8.4m处的质点振动减弱D.两列波叠加稳定后,在0<x<6m间共有7个加强点BC

即此时刻左侧波在该点的振动在平衡位置向上运动,右侧波在该点的振动在平衡位置向下振动,可知该点的振动减弱,C正确;当右侧波传到x=6m位置所用时间为0.1s=5T,即此时x=6m处质点从平衡位置向上振动;此时x=0处的波源S1也在平衡位置向上振动,即振动方向相同,可知在0<x<6m内到x=0和x=6m两点的路程差为波长整数倍时振动加强,波在该区间内的波长λ1=v1T=40×0.02m=0.8m,可知x-(6-x)=nλ=0.8n,即x=3+0.4n,其中n取0、±1、±2、±3、±4、±5、±6、±7,则共有15个振动加强点,D错误。故选BC。2.(多选)(2025·广东·模拟预测)如图所示,S为波源,t=0时刻开始向上振动,产生的简谐横波向右传播。在t=2.4s时刻波传播到P点,t=3.2s时刻Q处质点第一次到达最低点,运动的路程为6cm,P、Q间的距离为1m,波速为2m/s,下列说法正确的是 (

)A.P处质点振动频率为2.5HzB.该简谐波的波长为0.8mC.波源处质点振幅为3cmD.P处质点与波源处质点振动总是相反AB

专题集训(五)

机械振动和机械波1.(2023·广东高考)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为1500m/s,若探测器发出频率为1.5×106Hz的声波,下列说法正确的是 (

)A.两列声波相遇时一定会发生干涉B.声波由水中传播到空气中,波长会改变C.该声波遇到尺寸约为1m的被探测物时会发生明显衍射D.探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关B

2.(2024·广东高考)一列简谐横波沿x轴正方向传播。波速为1m/s,t=0时的波形如图所示。t=1s时,x=1.5m处的质点相对平衡位置的位移为 (

)A.0 B.0.1mC.-0.1m D.0.2mB

3.(多选)(2025·广东佛山二模)如图(a)所示,t=0时,一列简谐横波从质点O(坐标原点)沿x轴正方向传播,实线和虚线分别为t1时刻和t2时刻的波形图,其中t2>t1,P,Q分别是平衡位置为x1=1.0m和x2=4.0m的两质点。图(b)为质点O的振动图像,下列说法正确的是 (

)A.从t=0到t=0.9s时间内,质点Q通过的路程是1.6mB.t2时刻Q的速度达到最小C.质点Q的振动比质点P滞后0.075sD.t1到t2内,P、Q运动的路程相等ABC

4.(2025·广东模拟)某介质中有沿x轴负方向传播的机械波,如图为t=0时刻的波形图,P为波源(平衡位置位于x=0.8m处),已知t=0.2s时,平衡位置位于x=0.1m处的质点Q第一次到达位移最大处,下列说法正确的是 (

)A.该机械波为纵波B.该机械波的周期为0.2sC.该机械波的波速为1.5m/sD.从t=0到t=1s,质点Q运动的路程为1mB

AD

6.(多选)(2024·广东韶关二模)波源S1和S2垂直于纸面做简谐运动,振动周期相同,但步调正好相反,所激发的横波在均匀介质中沿纸面向四周传播。图甲为两简谐波在t=0.2s时的俯视图,实线圆表示波峰,虚线圆表示波谷。该介质中某点的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是 (

)A.两简谐波的波速为0.15m/sB.图甲中的B点为振动减弱点C.图乙可能是A点的振动图像D.t=0.10s时刻,C点可能位于波谷BC

7.(2024·广东深圳中学三模)一列简谐横波在t1=0.2s的波形图如图甲所示,平衡位置在x=2m处的质点M的振动图像如图乙所示。已知质点N的平衡位置在x=3.5m处,下列说法正确的是 (

)A.N点在t1时刻偏离平衡位置的位移为0.1mB.t2=0.3s时,质点N的运动方向沿y轴负方向C.质点N从t=0时刻起每经过0.05s所通过的路程都是0.2mD.如果该波源沿波的传播方向移动,则在x正半轴较远处的观测仪器接收到该波的频率小于5HzB

8.(2024·广东一模)青蛙在平静的水面上鸣叫时引起水面振动,形成如图甲所示的水波(把水波当成横波处理)。假设原点O处为青蛙所在位置,O处的波源垂直xOy平面振动后,产生的简谐横波在xOy平面内传播。实线圆、虚线圆分别表示t=0时刻相邻的波峰和波谷,此时波恰好传到图甲中的实线圆处,图乙为图甲中质点B的振动图像,z轴垂直于xOy水平面且z轴的正方向为竖直向上。(1)写出质点B的振动方程;

(2)求波在水中的传播速度;(2)0.5m/s(3)求C点第10次到达波峰的时刻。(3)0.1s

9.(2025·广东湛江模拟)发生地震时,我国地震局能记录地震过程中的振动图像和波动图像,图(a)为传播方向上距离震源2km的质点P的振动图像,图(b)为地震发生后,质点P振动t=1.0s时的地震简