2020高考物理二輪復習精品資料專題13 機械振動、機械波教學案（學生版）

1、2020高考物理二輪復習精品資料專題13 機械振動、機械波教學案（學生版）機械波是高中物理的一個比較重要的知識，也是每年高考的必考內容， 高考中的熱點內容主要包括振動和波的關系；波長、頻率和波速的關系；波的圖象及其應用等. 高考中機械波相關試題的特點是:(1)試題容量大、綜合性強，一道題往往要考查多個概念或多個規(guī)律；(2)用圖象考查理解能力和推理能力，特別是對波的圖象的理解和應用。本章所占的分值約為全卷總分的5%，個別年份將達到10 %以上,因此要認真對待，熟練掌握相關內容。 【重點知識整合】一、機械振動1簡諧運動的對稱性(1)振動質點經(jīng)過關于平衡位置對稱的兩點時，位移x、回復力F、速度v、加

2、速度a、動能Ek、勢能Ep的大小都相等，其中回復力F、加速度a與位移x方向相反，速度與位移x的方向可能相同，也可能相反(2)振動質點通過關于平衡位置對稱的兩段等長線段的時間相等2簡諧運動的周期性(1)周期性：簡諧運動的位移x、速度v、加速度a、回復力F、動能Ek和勢能Ep都隨時間作周期性變化，x、v、a、F的變化周期為T，Ek和Ep的變化周期為.(2)質點在任意時刻開始計時的一個周期內通過的路程s4A(A為振幅)，半個周期內通過的路程s2A.但從不同時刻開始計時的四分之一周期內，路程不一定等于振幅A.二、機械波1波長、波速與頻率(周期)的關系 vf波的頻率(周期)等于振源的頻率(周期)，與介質

3、無關，波從一種介質進入另一種介質，頻率(周期)是不變的；波在介質中的傳播速度v由介質的性質決定；波長等于波在一個周期內向外傳播的距離，其大小取決于波的頻率及介質的性質(波速v)波速也可用公式v計算，其中x為t時間內波沿傳播方向傳播的距離2振動圖象與波的圖象的比較振動圖象反映了一個質點的位移x(位置坐標)隨時間t變化的關系，波動圖象反映了一系列質點在某一時刻相對其平衡位置的位移隨質點的平衡位置變化的關系；由振動圖象可確定周期T、振幅A、各時刻的位移及速度方向，由波動圖象可確定波長、振幅A、波峰和波谷的位置、各個質點的位置及速度方向(結合傳播方向)注意：(1)簡諧運動與其在介質中的傳播形成的簡諧波

4、的振幅、頻率均相同(2)簡諧振動和簡諧波的圖象均為正弦(或余弦)曲線(3)振動和波動的圖象中質點振動方向判斷方法不同3波的干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域互相隔開，這種現(xiàn)象叫波的干涉路程差x(n0,1,2)的點為振動減弱點；路程差xn(n0,1,2)的點為振動加強點4波的衍射：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象發(fā)生明顯衍射的條件是，波長大于障礙物、小孔的尺寸或差不多三、光1光的折射定律：光從真空(或空氣)射入透明介質時，n；光從透明介質射入真空(或空氣)時，.2折射率n：n(v為透明介質中的光速)，折射率是表征透明介質的光學性質的

5、物理量3全反射和臨界角(1)發(fā)生全反射的條件：光從光密介質進入光疏介質；入射角不小于臨界角(2)臨界角C：sinC.【高頻考點突破】考點一 基本概念和規(guī)律的理解例1 有以下說法A在“探究單擺的周期與擺長的關系”實驗中，為減小偶然誤差,應測出單擺作n次全振動的時間t，利用T求出單擺的周期B如果質點所受的合外力總是指向平衡位置，質點的運動就是簡諧運動C變化的磁場一定會產(chǎn)生變化的電場D圖1振蕩電路中的電容器正處于放電狀態(tài)EX射線是比紫外線頻率低的電磁波F只有波長比障礙物的尺寸小的時候才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象G在同種均勻介質中傳播的聲波，頻率越高，波長越短其中正確的是_題型2波動和振動關系的應用例2 、

6、在O點有一波源，t0時刻開始向上振動，形成向右傳播的一列橫波t14 s時，距離O點為3 m的A點第一次達到波峰；t27 s時，距離O點為4 m的B點第一次達到波谷則以下說法正確的是( )A該橫波的波長為2 mB該橫波的周期為4 sC該橫波的波速為1 m/sD距離O點為1 m的質點第一次開始向上振動的時刻為6 s末題型3兩種圖象和波速公式的理解及應用例3 、漁船常利用超聲波來探測遠處魚群的方位，已知某超聲波的頻率為1.0105 Hz，某時刻該超聲波在水中傳播的波動圖象如圖3所示從該時刻開始計時，畫出x7.5103 m處質點做簡諧運動的振動圖象(至少一個周期)現(xiàn)測得超聲波信號從漁船到魚群往返一次所

7、用的時間為4 s，求魚群與漁船間的距離(忽略船和魚群的運動)圖3【難點探究】難點一振動圖象與波動圖象問題1由振動圖象判定質點在某時刻的振動方向振動圖象中質點在某時刻的振動方向可根據(jù)下一個時刻(遠小于)質點的位移(位置坐標)確定，也可根據(jù)圖象中該時刻對應的曲線斜率的正負確定2波動圖象中質點的振動方向與波的傳播方向(1)“上下坡法”：將波形想象成一段坡路，沿著波傳播的方向看，位于“上坡”處的各質點振動方向向下，位于“下坡”處的各質點振動方向向上(2)微平移法：波的傳播過程其實是波形沿傳播方向的平移，作出微小時間t后的波形，可確定各質點經(jīng)t后到達的位置，由此可確定各質點的振動方向3振動圖象與波動圖象

8、結合解答振動圖象和波動圖象結合的問題，應注意兩種圖象意義的理解，波動圖象是某時刻一系列質點的振動情況的反映，振動圖象是某一質點在不同時刻的振動情況的反映；其次要從一種圖象中找到某一質點的振動信息，由此結合題設條件及相應的振動或波動規(guī)律推導另一種圖象的相關情況關鍵提醒：要特別關注波動圖象是哪個時刻的圖象，振動圖象是哪個質點的圖象例1、介質中坐標原點O處的波源在t0時刻開始振動，產(chǎn)生的簡諧波沿x軸正向傳播，t0時刻傳到L處，波形如圖5121所示圖5122中能描述x0處質點振動的圖象是()圖5121 AB CD圖5122【點評】 解答本題的關鍵是，明確振動圖象是波動圖象中x0處質點的振動圖象，波動圖

9、象是tt0時的波動圖象解題時應根據(jù)波動圖象中x0處質點的振動方向確定振動圖象t0及tt0時刻的振動情況下面的變式題則是根據(jù)振動圖象中某時刻質點的振動情況確定波動圖象中某位置質點的振動方向【變式探究】如圖5123甲所示，一條水平張緊的彈性長繩上有等間距的Q、P、O、P、Q等質點，相鄰兩質點間距離為1 m，t0時刻質點O從平衡位置開始沿y軸正方向振動，并產(chǎn)生分別向左、向右傳播的簡諧橫波，質點O振動圖象如圖乙所示當質點O第一次到達正方向最大位移時刻，質點P剛開始振動，則下列說法正確的是() 甲 乙圖5123A這列波的波長為2 m，傳播速度為2 m/sB當質點O第二次達到正向最大位移時，質點O已經(jīng)走過

10、35 cm路程Ct3 s時，質點P、P均在平衡位置且向上運動Dt2 s時，質點P位于波峰，質點P則位于波谷【變式探究】一列簡諧橫波沿x軸傳播，波長為1.2 m，振幅為A.當坐標為x0處質元的位移為A且向y軸負方向運動時，坐標為x0.4 m處質元的位移為A.當坐標為x0.2 m處的質元位于平衡位置且向y軸正方向運動時，x0.4 m處質元的位移和運動方向分別為()AA、沿y軸正方向BA、沿y軸負方向CA、沿y軸正方向 DA、沿y軸負方向【歷屆高考真題】【2020高考】（2020大綱版全國卷）20.一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，圖（a）是t=0時刻的波形（2020福建）13、 .一列簡諧波沿x軸傳播

11、，t=0時刻的波形如圖甲所示，此時質點P正沿y軸負方向運動，其振動圖像如圖乙所示，則該波的傳播方向和波速分別是A沿x軸負方向，60m/s B沿x軸正方向，60m/sC沿x軸負方向，30 m/s D沿x軸正方向，30m/s（2020浙江）16、用手握住較長軟繩的一端連續(xù)上下抖動，形成一列簡諧橫波。某一時刻的波形圖如圖所示，繩上a、b兩質點均處于波鋒位置。下列說法正確的是A. a、b兩點之間的距離為半個波長B. a、b兩點開始時刻相差半個周期C. b點完成全振動的次數(shù)比a點多一次D. b點完成全振動的次數(shù)比a點少一次（2020天津）7 沿x軸正方向傳播的一列簡諧橫波在t = 0時刻的波形如圖所示，

12、M為介質中的一個質點，該波的傳播速度為40m/s，則t = 1 40s時A質點M對平衡位置的位移一定為負值B質點M的速度方向與對平衡位置的位移方向相同C質點M的加速度方向與速度方向一定相同D質點M的加速度方向與對平衡位置的位移方向相反（2020四川）19在xoy平面內有一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波速為2m/s，振幅為A。M、N是平衡位置相距2m的兩個質點，如圖所示。在t = 0時，M通過其平衡位置沿y軸正方向運動，N位于其平衡位置上方最大位移處。已知該波的周期大于1s。則A該波的周期為 53 sB在t = 13 s時，N的速度一定為2m/sC從t = 0到t = 1s，M向右移動了2mD

13、從t = 13 s到t = 23 s，M的動能逐漸增大（2020全國新課標卷）34.物理選修3-4（15分）（1）（6分）一簡諧橫波沿x軸正向傳播，t=0時刻的波形如圖（a）所示，x=0.30m處的質點的振動圖線如圖（b）所示，該質點在t=0時刻的運動方向沿y軸_（填“正向”或“負向”）。已知該波的波長大于0.30m，則該波的波長為_m。（2）（9分）一玻璃立方體中心有一點狀光源。今在立方體的部分表面鍍上不透明薄膜，以致從光源發(fā)出的光線只經(jīng)過一次折射不能透出立方體。已知該玻璃的折射率為，求鍍膜的面積與立方體表面積之比的最小值。（2020上海）24如圖，簡諧橫波在t時刻的波形如實線所示，經(jīng)過t=

14、3s，其波形如虛線所示。己知圖中x1與x2相距1m，波的周期為T，且2Tt4T 。則可能的最小波速為_m/s，最小周期為_s。（2020安徽）15.一列簡諧被沿X軸正方向傳播，在t=0j時波形如圖1所示，已知波速度為10m/s。則t=0.1s時正確的波形應是圖2中的 （ ）（2020重慶） 裝有砂粒的試管豎直靜浮于水面，如圖所示將試管豎直提起少許，然后由靜止釋放并開始計時，在一定時間內試管在豎直方向近似做簡諧運動若取豎直向上為正方向，則以下描述試管振動的圖象中可能正確的是()【2020高考】1.（全國）一列簡諧橫波沿x軸傳播，波長為1.2 m，振幅為A。當坐標為x = 0處質元的位移為-A且向

15、y軸負方向運動時，坐標為x=0.4 m處質元的位移為A。當坐標x=0.2m處的質元位于平衡位置且向y軸正方向運動時，x=0.4 m處質元的位移和運動方向分別為（ ）A-A、沿y軸正方向B-A、沿y軸負方向C-A、沿y軸正方向D-A、沿y軸負方向3.（重慶）介質中坐標原點0處的波源在t=0時刻開始振動，產(chǎn)生的簡諧波沿x軸正向傳播，t0時刻傳到L處，波形如題17圖所示。下列能描述x0處質點振動的圖象是（ ）4（浙江）關于波動，下列說法正確的是（ ）A.各種波均會發(fā)生偏振現(xiàn)象B.用白光做單縫衍射與雙縫干涉實驗，均可看到彩色條紋C.聲波傳播過程中，介質中質點的運動速度等于聲波的傳播速度D.已知地震波得

16、縱波速度大于橫波速度，此性質可用于橫波的預警5（天津）位于坐標原點處的波源A沿y軸做簡諧運動，A剛好完成一次全振動時，在介質中形成的簡諧橫波的波形如圖所示，B是沿波傳播方向上介質的一個質點，則（ ）A波源A開始振動時的運動方向沿y軸負方向B此后周期內回復力對波源A一直做負功C經(jīng)半個周期時間質點B將向右遷移半個波長D在一個周期時間內A所受回復力的沖量為零6（四川）如圖為一列沿x軸負方向傳播的簡諧橫波在t=0時的波形圖，當Q點在t=0時的振動狀態(tài)傳到P點時，則（ ）A.1cmx3cm范圍內的質點正在向y軸的負方向運動B.Q處的質點此時的加速度沿y軸的正方向C. Q處的質點此時正在波峰位置D. Q處

17、的質點此時運動到p處9（上海）兩列簡諧波沿x軸相向而行，波速均為，兩波源分別位于A、B處，時的波形如圖所示。當時，M點的位移為 cm，N點的位移為 cm?！?020高考】一、選擇題12020重慶14一列簡諧波在兩時刻的波形如題14圖中實踐和虛線所示，由圖可確定這列波的（ ）A周期 B波速C波長 D頻率22020全國卷21一簡諧振子沿x軸振動，平衡位置在坐標原點。 時刻振子的位移；時刻；時刻。該振子的振幅和周期可能為 （ ）A0. 1 m， B0.1 m, 8s C0.2 m， D0.2 m，8s10. 2020上海物理20如圖，一列沿軸正方向傳播的簡諧橫波，振幅為，波速為，在波的傳播方向上兩質

18、點的平衡位置相距（小于一個波長），當質點在波峰位置時，質點在軸下方與軸相距的位置，則（A）此波的周期可能為（B）此波的周期可能為（C）從此時刻起經(jīng)過，點可能在波谷位置（D）從此時刻起經(jīng)過，點可能在波峰位置132020海南物理18(2)右圖為某一報告廳主席臺的平面圖，AB是講臺，、 是與講臺上話筒等高的喇叭，它們之間的相互位置和尺寸如圖所示報告者的聲音放大后經(jīng)喇叭傳回話筒再次放大時可能會產(chǎn)生嘯叫為了進免嘯叫，話筒最好擺放在講臺上適當?shù)奈恢?，在這些位置上兩個喇叭傳來的聲音因干涉而相消。已知空氣中聲速為340m/s，若報告人聲音的頻率為136Hz，問講臺上這樣的位置有多少個？【2020高考】一、選擇

19、題1.（09全國20）一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖如圖1所示，圖中P、Q兩質點的橫坐標分別為x=1.5m和x=4.5m。P點的振動圖像如圖2所示。2.（09全國卷14）下列關于簡諧振動和簡諧波的說法，正確的是（ ）A媒質中質點振動的周期一定和相應的波的周期相等B媒質中質點振動的速度一定和相應的波的波速相等C波的傳播方向一定和媒質中質點振動的方向一致D橫波的波峰與波谷在振動方向上的距離一定是質點振幅的兩倍3.（09北京15）類比是一種有效的學習方法，通過歸類和比較，有助于掌握新知識，提高學習效率。在類比過程中，既要找出共同之處，又要抓住不同之處。某同學對機械波和電磁波進行類比，總結出下列內容，

20、其中不正確的是 （ ）A機械波的頻率、波長和波速三者滿足的關系，對電磁波也適用B機械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象C機械波的傳播依賴于介質，而電磁波可以在真空中傳播D機械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波4.（09北京17）一簡諧機械波沿x軸正方向傳播，周期為T，波長為。若在x=0處質點的振動圖像如右圖 所示，則該波在t=T/2時刻的波形曲線為 （ ）5.（09上海物理4）做簡諧振動的單擺擺長不變，若擺球質量增加為原來的4倍，擺球經(jīng)過平衡位置時速度減小為原來的1/2，則單擺振動的 （ ）A頻率、振幅都不變 B頻率、振幅都改變C頻率不變、振幅改變 D頻率改變、振幅不變6.（09天津8）某質點

21、做簡諧運動，其位移隨時間變化的關系式為xAsin，則質點 （ ）A.第1 s末與第3 s末的位移相同B.第1 s末與第3 s末的速度相同C.3 s末至5 s末的位移方向都相同D.3 s末至5 s末的速度方向都相同9.（09福建17）圖甲為一列簡諧橫波在t=0.10s時刻的波形圖，P是平衡位置為x=1 m處的質點，Q是平衡位置為x=4 m處的質點，圖乙為質點Q的振動圖象，則 （ ）A.t=0.15s時，質點Q的加速度達到正向最大B.t=0.15s時，質點P的運動方向沿y軸負方向C.從t=0.10s到t=0.25s，該波沿x軸正方向傳播了6 mD.從t=0.10s到t=0.25s，質點P通過的路程

22、為30 cm10.（09浙江21）一列波長大于1m的橫波沿著軸正方向傳播，處在和的兩質點、的振動圖像如圖所示。由此可知 （ ）A波長為mB波速為C末、兩質點的位移相同D末點的振動速度大于點的振 動速度12.（09廣東物理14）（2）圖為聲波干涉演示儀的原理圖。兩個U形管A和B套在一起，A管兩側各有一小孔。聲波從左側小孔傳入管內，被分成兩列頻率 的波。當聲波分別通過A、B傳播到右側小孔時，若兩列波傳播的路程相差半個波長，則此處聲波的振幅 ；若傳播的路程相差一個波長，則此處聲波的振幅 。14.（09江蘇物理12.B）（4分）(2)在時刻，質點A開始做簡諧運動，其振動圖象如圖乙所示。質點A振動的周期

23、是 s；時，質點A的運動沿軸的 方向（填“正”或“負”）；質點B在波動的傳播方向上與A相距16m，已知波的傳播速度為2m/s，在時，質點B偏離平衡位置的位移是 cm。16.（09海南物理18）有一種示波器可以同時顯示兩列波形。對于這兩列波，顯示屏上橫向每格代表的時間間隔相同。利用此中示波器可以測量液體中的聲速，實驗裝置的一部分如圖1所示：管內盛滿液體，音頻信號發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖信號由置于液體內的發(fā)射器發(fā)出，被接受器所接受。圖2為示波器的顯示屏。屏上所顯示的上、下兩列波形分別為發(fā)射信號與接受信號。若已知發(fā)射的脈沖信號頻率為，發(fā)射器與接收器的距離為，求管內液體中的聲速。（已知所測聲速應在13001600m/s之間，結果保留兩位有效數(shù)字。）【2020高考】1.（08全國16）一列簡諧橫波沿x