高中物理專題復(fù)習(xí)（六）-機械振動機械波

1、高中物理專題復(fù)習(xí)（六）-機械振動機械波 專題(六)機械振動與機械波 一、大綱解讀 振動在介質(zhì)中的傳播形成波，本專題涉及的級要求有三個：彈簧振子、簡諧運動、簡諧運動的振幅、周期和頻率、簡諧運動的位移時間圖象；單擺，在小振幅條件下單擺做簡譜運動，周期公式；振動在介質(zhì)中的傳播波、橫波和縱波、橫波的圖像、波長、頻率和波速的關(guān)系。它們是高考考查的重點，其中振動與波動的結(jié)合問題是高考出題的一個重要方向，單擺的問題經(jīng)常結(jié)合實際的情景進行考查，有時也綜合題出現(xiàn)，但往往比較簡單，以考查l 要求掌握簡諧運動的判斷方法，知道簡諧運動中各物理量的變化特點，知道簡諧運動具有周期性，其運動周期由振動系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定，清

2、楚簡諧運動涉及到的物理量較多，且都與簡諧運動物體相對平衡位置的位移x存在直接或間接關(guān)系，如果弄清了圖6-1的關(guān)系，就很容易判斷各物理量的變化情況。 2.理解和掌握機械波的特點：（1）在簡諧波傳播方向上，每一個質(zhì)點都以它自己的平衡位置為中心做簡諧運動；后一質(zhì)點的振動總是落后于它前一質(zhì)點的振動。（2）波傳播的只是運動形式（振動）和振動能量，介質(zhì)并不隨波的傳播而遷移。（3）同一列波上所有質(zhì)點的振動都具有相同的周期和頻率。 3理解波長是兩個相鄰的在振動過程中對平衡位置的位移總相等的質(zhì)點間的距離。也是波在一個周期內(nèi)向前傳播的距離，波的周期決定于振源的周期，一列波上所有質(zhì)點振動的周期都相等。 4掌握衍射、

3、干涉是波的特有現(xiàn)象。知道在兩列波相遇疊加時遵從疊加原理，兩列波疊加時不受波的頻率限制；干涉是一種特殊的疊加，即在兩波的頻率相同時使某些振動加強點總加強振動減弱點總減弱的現(xiàn)象。 5本專題難點有：（1）波速與質(zhì)點的振動速度無關(guān)。波的傳播速度是由介質(zhì)的物理性質(zhì)決定的，在同一種介質(zhì)中波的傳播速度不變；而波上各質(zhì)點的運動是在自身平衡位置附近的振動，是變加速運動。（2）振動圖象和波動圖象的相同 點和不同點。（3）波的多解問題往往是由波的傳播方向的雙向性、波長的多種可能性 、周期的多種可能性而引起的，在個別問題中的多解可能是由多種因素造成的，在求解過程中要特別注意。 三、考點透視 考點1： 簡諧振動的回復(fù)力

4、與振幅 例1（08年四川延考區(qū)） 光滑的水平面上盛放有質(zhì)量分別為m 和m/2 的兩木塊，下方木塊與一勁度系數(shù)為k的彈簧相連，彈簧的另一端固定在墻上，如圖所示。已知兩木塊之間的最大靜摩擦力為f，為使這兩個木塊組成的系統(tǒng)象一個整體一樣地振動，系統(tǒng)的最大振幅為（ ） fa kb 3fc k4fd k解析：對于整個物體由f回?kx，由于m 和m/2 的兩木塊之間的最大靜摩擦力為f，故f回?3f，即3f?kx，最大振幅為x?答案：c。 點撥：本題主要考查簡諧振動回復(fù)力的計算，利用整體法與隔離法相結(jié)合求解出回復(fù)力與兩物體之間的最大靜摩擦力之間的關(guān)系是關(guān)鍵。該試題取材于大學(xué)階段知識，但問題可利用高中的方法解

5、決，更加強調(diào)考查考生的基礎(chǔ)知識和應(yīng)變能力。 考點2：用單擺測重力加速度 例2（08年上海）在“用單擺測重力加速度”的實驗中: （1）某同學(xué)的操作步驟為：a取一根細線，下端系住直徑為d的金屬小球，上端固定在鐵架臺上。b用米尺量得細線長度lc在擺線偏離豎直方向5位置釋放小球。d用秒表記錄小球完成n次全振動的總時間t，得到周期tt/n。 4?2le用公式g?2計算重力加速度。 t3f，故c正確。 k按上述方法得出的重力加速度值與實際值相比（選填“偏大”、“相同”或“偏小”）。 （2）已知單擺在任意擺角時的周期公式可近似為 ?式中t0為擺角趨近于0時的周t?t0?1?asin2?， ?2?期，a為常數(shù)

6、。為了用圖像法驗證該關(guān)系式，需要測量 的物理量有；若某同學(xué)在實驗中得到了如圖所示的圖線，則圖像中的橫軸表示。 解析：（1）由于在計算擺長時，只記了擺線長，沒有記擺球半徑，所以結(jié)果偏小。（2）從物理關(guān)系可以看出，需要測的物理量有t（或t、n）、。圖中的 1函數(shù)關(guān)系應(yīng)為：sin2(?/2)?(t?t0) ，所以橫軸為t。 a 答案：(1) 偏小 (2) t（或t、n）、 t 點撥：只有理解用單擺測定重力加速度的原理，知道單擺周期公式的理解是解題的基礎(chǔ)，靈活應(yīng)用測量原理，綜合性理解實驗過程的基礎(chǔ)上進行了實驗結(jié)果的分析，進一步深化了目的，將理想化的單擺模型向?qū)嶋H轉(zhuǎn)化，將要求學(xué)生以物理規(guī)律為核心，設(shè)計實

7、驗過程，得到實驗測得量，運用科學(xué)探究的理念，進而與圖表信息轉(zhuǎn)化，得到規(guī)律的體現(xiàn)，考生能將物理關(guān)系與圖表信息的相互轉(zhuǎn)化是解題的關(guān)鍵，在高三復(fù)習(xí)時要加強這方面的訓(xùn)練。 3.由振動圖象分析波動的問題 例3（xxxx年全國卷）一列橫波沿x軸傳播，在x=0與x=1cm的兩質(zhì)點的振動圖線分別如圖6-7中實線與虛線所示由此可以得出（ ） a波長一定是4cm b波的周期一定是4s c波的振幅一定是2cm d波的傳播速度一定是1cm/s 解析：本題考查波的空間周期性和雙向性，波的周期和振幅與質(zhì)點振動的周期和振幅相同，由振動圖象可知波的周期一定是4s，波的振幅一定是2cm，bc正確；根據(jù)兩質(zhì)點的振動圖象和波傳播的

8、空間周 ?4?期性和雙向性知：?x=n? 解得：cm（n0,1,2?），由v?得： 242n?1t v（2n+1）m/s（n0,1,2?），故ad選項是錯誤，故正確答案bc。 答案：bc 點評：理解不同位置處振動圖象之間的關(guān)系，弄清波的多解的性、周期性是解決本題的關(guān)鍵。 4. 波動圖線與振動圖線相結(jié)合的物理量問題。 例4（08年江蘇卷） 一列沿著x 軸正方向傳播的橫波，在t=o時刻的波形如圖甲所示。圖2甲中某質(zhì)點的振動圖象如圖乙所示。 質(zhì)點n的振幅是 m，振動周期為 s，圖2乙表示質(zhì)點 (從質(zhì)點k、l、m、n中選填)的振動圖象。該波的波速為 m/s。 解析：由波動圖線圖2甲可直接讀出振幅0.8

9、m，波長?2m；由振動圖線圖2乙可直接讀出振幅0.8m，周期t?4s；由于波沿著x 軸正方向傳播，在質(zhì)點k、l、m、n中，開始時刻是從平衡位置向上振動的只有質(zhì)點l；波速 ?2v?m/s?0.5m/s。 t4答案：0.8，4，l，0.5 反思：本題是一道很好考查考生雙基的問題，屬于容易題，做題時，只要細心，基本知識掌握牢固，從波動圖線可直接讀出振幅與波長，從振動圖線可直接讀出振幅與周期，然后利用波速，波長與周期(頻率)之間的關(guān)系求出波速，就能得到正確答案。 四、熱點分析 1.從質(zhì)點的振動分析波的形成與傳播 例1（xxxx年山東）湖面上一點o上下振動，振幅為0.2m，以o點為圓心形成圓形水波，如圖

10、6-8所示，a、b、o三點在一條直線上，oa間距離為4.0m，ob間距離為2.4m。某時刻o點處在波峰位置，觀察發(fā)現(xiàn)2s后此波峰傳到a點，此時o點正通過平衡位置向下運動，oa間還有一個波峰。將水波近似為簡諧波。 （1）求此水波的傳播速度、周期和波長。 （2）以o點處在波峰位置為0時刻，某同學(xué)打算根據(jù)ob間距離與波長的關(guān)系，確定b點在0時刻的振動情況，畫出b 點的振動圖像你認為該同學(xué)的思路是否可行？若可行，畫出b點振動圖像，若不可行，請給出正確思路并畫出b點的振動圖象。 解析：（1）由波的傳播知vx/t=2 m/s；由2s后o點處的波峰傳到a點，此時o點正通過平衡位置向下運動，oa間還有一個波峰

11、知oa間距離為1.25?，即?3.2m，所以t?/v=1.6s （2）可行，ob間距離為2.4 m為0.75?，波從o點向右傳播，則b點振動狀態(tài)落后o點0.75t，故o點處在波峰 時，b點由平衡位置向下運動，周期也是1.6s， 振動圖象如圖6-9所示。 反思：理解機械振動和波動的關(guān)系，熟練掌握波速、周期和波長是正確解答該題的基礎(chǔ)。 2.從質(zhì)點的振動圖象分析波動圖象 例2（xxxx年全國卷）一列簡諧橫波沿x軸負方向傳播，波速為v=4m/s。已知坐標(biāo)原點（x=0）處質(zhì)點的振動圖像如圖6-10所示，在下列4幅圖中能夠正確表示t=0.15s時波形的圖是（ ） 解析：本題考查由一個質(zhì)點的振動圖象和波的傳

12、播方向分析不同時刻的波形圖，由振動圖象得到原點處的質(zhì)點在t=0.15s時位于y正半軸且向下運動，由于波沿負x軸方向傳播，所以此時刻靠近波源的右側(cè)相鄰質(zhì)點在其下方，正確答案為a 反思：物理圖象能形象地表達物理規(guī)律、直觀地描述物理過程、鮮明地表示物理量之間的相互關(guān)系，是分析解決物理問題的有效手段，是高考的熱點，復(fù)習(xí)時要重視。 3.由波的圖像分析質(zhì)點的振動情況 例4 （08年全國卷） 一列簡諧橫波沿x軸傳播，周期為t，t=0時刻的波形如圖所示。此時平衡位置位于x=3m處的質(zhì)點正在向上運動，若a、b兩質(zhì)點平衡位置的坐標(biāo)分別為xa=2.5 m，xb =5.5 m，則（ ） a.當(dāng)a質(zhì)點處在波峰時，b質(zhì)點

13、恰在波谷 b.t=t/4時，a質(zhì)點正在向y軸負方向運動 c.t=3t/4時，b質(zhì)點正在向y軸負方向運動 d.在某一時刻，a、b兩質(zhì)點的位移和速度可能相同 解析：由圖3的波動圖線可直接讀波長?4m；a、b位置的質(zhì)點間距離為 33m，即?，此時平衡位置位于x=3m處的質(zhì)點正在向上運動，說明波沿x軸負 4方向傳播。對于上述四個選項可用特殊點分析法進行判定，從圖所示時刻，經(jīng)過t=3t/4時，a質(zhì)點處在波峰時，b質(zhì)點恰在平衡位置且向y軸正方向運動，故a錯誤、c正確；t=t/4時，a質(zhì)點正在向y軸正方向運動，故b錯誤；在圖3所示時刻，a、b兩質(zhì)點的位移和速度大小相同，但速度方向相反，故d錯誤。 答案：c 反思：