江苏专版2019版高考物理一轮复习专题十三机械振动与机械波课件.pptx

1、专题十三机械振动与机械波,高考物理(江苏专用),考点一机械振动 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4 Hz。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1 Hz,则把手转动的频率为() A.1 HzB.3 HzC.4 HzD.5 Hz,五年高考,A组自主命题江苏卷题组,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。,考查点考查弹簧振子驱动力的频率与其振动频率的关系,属于容易题。本题,错解分析易错选B或D

2、,说明对受迫振动不理解,不知道其振动频率应和驱动力频率相等。,2.2011江苏单科,12B(3)将一劲度系数为k的轻质弹簧竖直悬挂,下端系上质量为m的物块。将物块向下拉离平衡位置后松开,物块上下做简谐运动,其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期。请由单摆的周期公式推算出该物块做简谐运动的周期T。,答案见解析,解析单摆周期公式T=2,且kl=mg 解得T=2,1.(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=1 s时,振子的速度为零,加速度为负的最大值 B.t=2 s时,振子的速度为负,加速度为正的最大值 C.t=3

3、s时,振子的速度为负的最大值,加速度为零 D.t=4 s时,振子的速度为正,加速度为负的最大值,B组统一命题、省(区、市)卷题组,答案A本题考查简谐运动图像。由图像可知,t=1 s和t=3 s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=2 s和t=4 s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

4、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,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=mv 2不变,不要误认为摆球的振幅不变而错选A。,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。,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。

5、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.(2018天津理综,8,6分)(多选)一振子沿x轴做简谐运动,平衡位置在坐标原点。t=0时振子的位移为-0.1 m,t=1 s时位移为0.1 m,则() A.若振幅为0.1 m,振子的周期可能为 s B.若振幅为0.1 m,振子的周期可能为 s C.若振幅为0.2 m,振子的周期可能为4 s D.若振幅为0.2 m,振子的周期可能为6 s,答案AD本题考查简谐运动的多解问题。简谐运动的位移方程为x=A sin,当振幅

6、 A=0.1 m时,由t=0时x=-0.1 m得=-;由t=1 s时x=0.1 m有sin=1,则-=2k+(k=0,1, 2,),k=0时,T=2 s;k=1时,T= s;k=2时,T= s。由以上分析可见,A项正确,B项错误。 当振幅A=0.2 m时,由t=0时x=-0.1 m得=-或=-;若=-,由t=1 s时x=0.1 m有sin= ,则当-=时,T=6 s;当-=时,T=2 s。同理,若=-,则周期T最大值为2 s。由以 上分析可见C项错误,D项正确。,一题多解若振幅为0.1 m,则有nT+=1 s,n=1时,T= s;n=2时,T= s,可见A对,B错。 若振幅为0.2 m,则下图

7、反映振动的一种可能情况,由0.2 sin m=0.1 m,得=30,由此可知,= s,T=6 s,故D正确。 若振幅为0.2 m,周期为4 s,则在t=1 s=时间内,振子不可能从位移为-0.1 m处运动到位移为0. 1 m处,故C错误。,疑难突破解多解问题的方法 对于多解问题,一般先分析各种可能的情况,写出通式,然后再由通式得到各种可能的解。,1.(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20 cm,周期为3.0 s。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10 cm时,游

8、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.0.5 sB.0.75 sC.1.0 sD.1.5 s,C组教师专用题组,答案C解法一由题意知,游客舒服登船时间t=2=1.0 s。,解法二设振动表达式为y=A sin t,由题意可知t1=或t2=,其中= rad/s,解得t1= 0.25 s或t2=1.25 s,则游客舒服登船时间t=t2-t1=1.0 s。,2.2014重庆理综,11(2),6分一竖直悬挂的弹簧振子,下端装有一记录笔,在竖直面内放置有一记录纸。当振子上下振动时,以速率v水平向左匀速拉动记录纸,记录笔在纸上留下如图所示的图像。y1、y2、x0、2x0为纸上印迹的位

9、置坐标。由此图求振动的周期和振幅。,答案,解析设周期为T,振幅为A。 由题意得T=和A= 。,3.2013课标,34(1),5分如图,一轻弹簧一端固定,另一端连接一物块构成弹簧振子,该物块是由a、b两个小物块粘在一起组成的。物块在光滑水平面上左右振动,振幅为A0,周期为T0。当物块向右通过平衡位置时,a、b之间的粘胶脱开;以后小物块a振动的振幅和周期分别为A和T,则AA0(填“”、“”、“”或“=”)。,答案,解析当物块向右通过平衡位置时,脱离前: 振子的动能Ek1=(ma+mb) 脱离后振子的动能Ek2=ma 由机械能守恒可知,平衡位置处的动能等于最大位移处的弹性势能,因此脱离后振子振幅变小

10、;由弹簧振子的周期T=2知,脱离后周期变小。,考点二机械波 A组自主命题江苏卷题组 1.2015江苏单科,12B(1)(多选)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,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。,考查点本题考查波的传播、多普勒效应、波速、频率等知识,属于容易题。,错解分析不清楚机械波的波速只与介质有关,在同种介质中波速不变,对多普勒效应的规律掌握不够。,2.2017江

11、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”)。,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。,3.2015江苏单科,12B(2)用2106 Hz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2 250 m/s和1 500 m/s,则该超声波在结

12、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。,考查点本题考查波长、波速与频率的关系、波产生明显衍射现象的条件等知识,属于容易题。,知识链接超声波检测胆结石的基本原理是:用脉冲发射器发出超声波,超声波传播

13、过程中遇到胆结石时会被反射回来,反射波信号变换成电信号,并显示在屏幕上,可根据接收到回波时的信号强弱,分析推断病变情况。,4.2018江苏单科,12B(3)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在x=0和x=0.6 m处的两个质点A、B的振动图像如图所示。已知该波的波长大于0.6 m,求其波速和波长。,解析由图像可知,周期T=0.4 s 由于波长大于0.6 m,由图像可知,波从A到B的传播时间t=0.3 s 波速v=,代入数据得v=2 m/s 波长=vT,代入数据得=0.8 m,答案2 m/s0.8 m,解题关键由振动图像可知,质点B比质点A达到同一振动状态晚了t=nT+T(n=0,1,2,),由 于

14、波长大于0.6 m,所以n=0,即t=0.3 s。,5.2012江苏单科,12B(3)地震时,震源会同时产生两种波,一种是传播速度约为3.5 km/s的S波,另一种是传播速度约为7.0 km/s的P波。一次地震发生时,某地震监测点记录到首次到达的P波比首次到达的S波早3 min。假定地震波沿直线传播,震源的振动周期为1.2 s,求震源与监测点之间的距离x和S波的波长。,答案1 260 km4.2 km,解析设P波传播时间为t,则x=vPt,x=vS(t+t) 解得x=t,代入数据得x=1 260 km 由=vST,解得=4.2 km。,1.(2017天津理综,5,6分)手持较长软绳端点O以周期

15、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2L C.t=时,P在平衡位置上方 D.t=时,P的速度方向竖直向上,B组统一命题、省(区、市)卷题组,答案C,本题考查机械波。由题意知绳上的质点在竖直方向上振动,波水平向右传播,故该波为横波,选项A错误;t=0时刻,P点在如图所示位置时波长最大,则=L,=4L,选项B错误;t=0时,P在 平衡位置且向上振动,当t=时,P在平衡位置上方,选项C

16、正确;当t=T时,P处于从最高点向平 衡位置运动过程中,故速度方向向下,选项D错误。,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。,2.2018课标,34(1),5分,(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0和t=0.20 s时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期T0.20 s。下列说法正确的是() A.波速为0.40 m/s B.波长为0.08 m C.x=0.08 m的质点在t=0.70 s时位于波谷 D.x=0.08 m的质点在t=0.12 s时位于波谷 E.若此波传入另一介质

17、中其波速变为0.80 m/s,则它在该介质中的波长为0.32 m,答案ACE本题考查机械振动和机械波的综合应用。由图像可知,该波的波长=16 cm=0.16 m,选项B错误;t=nT+T(n=0,1,2,),可得T=0.20 s,即0.20 s,解得n=0,T=0.40 s, 波速v= m/s=0.40 m/s,选项A正确;t1=0.70 s=T+ T,即从t=0时刻开始到t=0.70 s时刻,x= 0.08 m的质点振动了T+ T,则可知 t=0.70 s 时,该质点位于波谷,选项C正确;t2=0.12 s=T T,则x=0.08 m的质点在t=0.12 s时位于平衡位置和波峰之间的某一位置

18、,选项D错误;机械波传入另一介质中,其周期不变,则波长=vT=0.32 m,选项E正确。,3.2017课标,34(1),5分(多选)如图,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线为t=0时的波形图,虚线为t=0.5 s时的波形图。已知该简谐波的周期大于0.5 s。关于该简谐波,下列说法正确的是() A.波长为2 m B.波速为6 m/s C.频率为1.5 Hz D.t=1 s时,x=1 m处的质点处于波峰 E.t=2 s时,x=2 m处的质点经过平衡位置,答案BCE本题考查机械波图像。 由题图可知,该波波长=4 m,选项A错误;T0.5 s,则由题图知波在0.5 s内沿x轴正方向传播的距离为,传播时间t=T=0.5 s,T= s,频率f=1.5 Hz,选项C正确;波速v=6 m/s,选项B正确;1 s=T,t=1 s时,x=1 m处的质点处于波谷,选项D错误;2 s=3T,t=2 s时,x=2 m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。,4.2016课标,34(1),5分(多选)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20 Hz,波速为16 m/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