2024年高二物理寒假提升（人教版）第6天 機(jī)械振動機(jī)械波問題 （原卷版）

第6天機(jī)械振動機(jī)械波問題（復(fù)習(xí)篇）目錄考點聚焦：核心考點+高考考點，有的放矢重點速記：知識點和關(guān)鍵點梳理，查漏補缺難點強(qiáng)化：難點內(nèi)容標(biāo)注與講解，能力提升學(xué)以致用：真題經(jīng)典題+提升專練，全面突破核心考點聚焦高考考點聚焦?？伎键c真題舉例振動圖像和波動圖像相結(jié)合問題2023·全國乙卷·高考真題波形圖波的疊加問題2023·全國甲卷·高考真題波的描述物理量、波的干涉問題2022·全國乙卷·高考真題波的描述物理量、波形圖2022·全國甲卷·高考真題一．彈簧振子的振動分析在平衡位置處所受的合力為零，加速度為零；而在最大位移處所受的合力最大，加速度最大．二、描述簡諧運動的物理量1．全振動：經(jīng)過一次全振動，位移(x)、加速度(a)、速度(v)三者第一次同時與初始狀態(tài)相同．2．振幅:一個振動系統(tǒng)的周期和頻率有確定的值，由振動系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定，與振幅無關(guān)．3.回復(fù)力(1)回復(fù)力的方向總是指向平衡位置．(2)回復(fù)力的性質(zhì):回復(fù)力是根據(jù)力的效果命名的，可能由合力、某個力或某個力的分力提供．它一定等于振動物體在振動方向上所受的合力．(3)回復(fù)力公式：F＝－kx:k是比例系數(shù)，不一定是彈簧的勁度系數(shù)．其值由振動系統(tǒng)決定，與振幅無關(guān);“－”號表示回復(fù)力的方向與偏離平衡位置的位移的方向相反．4．簡諧運動的加速度：由a＝－eq\f(k,m)x，可得加速度a與位移x的大小成正比，方向與位移方向相反．三．物體是否做簡諧運動的判斷方法(1)簡諧運動的回復(fù)力滿足F＝－kx；(2)簡諧運動的振動圖像是正弦曲線．四、簡諧運動的能量是指物體在經(jīng)過某一位置時所具有的勢能和動能之和．1．簡諧運動的能量由振動系統(tǒng)和振幅決定，對同一個振動系統(tǒng)，振幅越大，能量越大．2．在簡諧運動中，振動的總能量保持不變．3．在振動的一個周期內(nèi)，動能和勢能完成兩次周期性變化．物體的位移減小，勢能轉(zhuǎn)化為動能，位移增大，動能轉(zhuǎn)化為勢能．五、典型的簡諧運動一：單擺周期公式的理解(1)單擺的周期公式在單擺偏角很小時成立(偏角為5°時，由周期公式算出的周期和準(zhǔn)確值相差0.01%)．(2)公式中l(wèi)是擺長，即懸點到擺球球心的距離l＝l線＋r球．(3)公式中g(shù)是單擺所在地的重力加速度，由單擺所在的空間位置決定．(4)周期T只與l和g有關(guān)，與擺球質(zhì)量m及振幅無關(guān)，所以單擺的周期也叫固有周期．六、典型的簡諧運動二：共振1．共振的條件：驅(qū)動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等，即f驅(qū)＝f固．2．共振曲線如圖所示，共振曲線的橫坐標(biāo)為驅(qū)動力的頻率，縱坐標(biāo)為受迫振動的振幅．(1)從受力角度看：當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，它的每一次作用都使物體的振幅增加，直到振幅達(dá)到最大．(2)從功能關(guān)系看：當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，驅(qū)動力對物體做正功，使振動能量不斷增加，振幅不斷增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量，振幅才不再增加．振動能量最大，振幅最大．(3)認(rèn)識曲線的形狀：f＝f0時發(fā)生共振；f＞f0或f＜f0時振幅較?。甪與f0相差越大，振幅越?。?、機(jī)械波的特點(1)機(jī)械振動在介質(zhì)中的傳播形成機(jī)械波．(2)介質(zhì)中各質(zhì)點都在做受迫振動，所以各質(zhì)點振動的周期(頻率)均與波源的振動周期(頻率)相同．(3)離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點振動越滯后，但每一個質(zhì)點的起振方向與波源起振方向相同．(4)機(jī)械波向前傳播的是振動這種運動形式，各質(zhì)點只在各自的平衡位置附近振動，并不隨波遷移．3．振動和波動的聯(lián)系(1)振動是波動的原因，波動是振動的結(jié)果；有波動必然有振動，有振動不一定有波動．(2)波動中各質(zhì)點振動的性質(zhì)、頻率和振幅均與波源相同．八、波長、頻率和波速1．波長的三種確定方法(1)定義法：在波動中，振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離等于一個波長．(2)圖像法①在波的圖像上，無論從什么位置開始，一個完整的正弦曲線對應(yīng)的水平距離為一個波長．②在波的圖像上，振動位移總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離為一個波長．(3)公式法：根據(jù)公式λ＝vT來確定．2．波長、頻率和波速的關(guān)系(1)波的周期和頻率由波源決定，與v、λ無關(guān)，當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，周期和頻率不發(fā)生改變．(2)波速由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定，在同一種均勻介質(zhì)中波速不變．(3)由λ＝eq\f(v,f)可知，波長由波速和頻率共同決定．九、波的干涉1．發(fā)生干涉的條件：(1)兩列波的頻率相同；(2)相位差恒定．2．．干涉圖樣及其特點(1)干涉圖樣的特點①加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化)．②加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變，加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．(3)振動加強(qiáng)點和減弱點的理解①加強(qiáng)點：振幅最大，為兩列波的振幅之和，即A＝A1＋A2②減弱點：振幅最小，為兩列波的振幅之差，即A＝|A1－A2|③每個質(zhì)點都在各自的平衡位置附近做簡諧運動，質(zhì)點的位移都隨時間變化，如加強(qiáng)點的位移也可以為零，某時刻減弱點的位移也可以大于加強(qiáng)點的位移，若兩列波的振幅相等，則減弱點的合振幅為零，并不振動．例題1．均勻介質(zhì)中，波源位于O點的簡諧橫波在xOy水平面內(nèi)傳播，波面為圓。t=0時刻，波面分布如圖（a）所示，其中實線表示波峰，虛線表示相鄰的波谷。A處質(zhì)點的振動圖像如圖（b）所示，z軸正方向豎直向上。下列說法正確的是（）

A．該波從A點傳播到B點，所需時間為B．時，處質(zhì)點位于波峰C．時，處質(zhì)點振動速度方向豎直向上D．時，處質(zhì)點所受回復(fù)力方向豎直向上E．處質(zhì)點起振后，內(nèi)經(jīng)過的路程為例題2．一列簡諧橫波沿x軸傳播，如圖所示，實線為時的波形圖，虛線為時的波形圖。以下關(guān)于平衡位置在O處質(zhì)點的振動圖像，可能正確的是（）A． B．C． D．例題3．如圖所示，在傾角為θ=30°的固定光滑斜面上，有兩個用輕質(zhì)彈簧相連的物體A和B，他們的質(zhì)量均為m=2kg，彈簧的勁度系數(shù)為k=100N/m，C為一固定擋板，現(xiàn)讓一質(zhì)量也為m=2kg的物體D在A上方某處由靜止釋放，D和A相碰后立即粘為一體，此后做簡諧運動，運動過程中，物體B對C的最小彈力為F=5N，重力加速度g取10m/s2.。求：（1）BC間彈力最小時，彈簧的形變量是多少；（2）簡諧運動的振幅；（3）若彈簧振子的周期為，m為振子質(zhì)量，k為彈簧進(jìn)度系數(shù)。以平衡位置為原點，沿斜面向下為正方向，振子在最低點作為0時刻，請寫出振子的振動方程。一、單選題1．圖1、2分別是甲、乙兩個單擺在同一位置處做簡諧運動的圖像，則下列說法中正確的是（）

A．甲、乙兩單擺的振幅之比為4∶1B．t=2s時，甲單擺的重力勢能最大，乙單擺的動能最小C．甲、乙兩單擺的擺長之比為4∶1D．甲、乙兩單擺的擺球在最低點時，向心加速度大小一定不相等2．關(guān)于單擺的運動有下列說法，正確的是（）①單擺的回復(fù)力是重力沿擺球運動軌跡切向的分力②單擺的回復(fù)力是擺線的拉力與重力的合力③單擺的周期與質(zhì)量無關(guān)與振幅無關(guān)，與擺長和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P(guān)④單擺做簡諧運動的條件是擺角很小如小于5°⑤在山腳下走時準(zhǔn)確的擺鐘移到高山上走時將變快A．①③④ B．②③④ C．③④⑤ D．①④⑤3．如圖甲所示為一列沿軸傳播的簡諧橫波在時刻的波形圖，是平衡位置為處的質(zhì)點，圖乙為質(zhì)點的振動圖像，下列說法正確的是（）A．該波沿軸負(fù)方向傳播B．該波的波速C．時間內(nèi)，質(zhì)點運動的路程為D．坐標(biāo)原點處質(zhì)點做簡諧運動的表達(dá)式為4．下面上下兩圖分別是一列機(jī)械波在傳播方向上相距6m的兩個質(zhì)點P、Q的振動圖像，下列說法正確的是（

）

A．該波的周期是5s B．該波的波速是3m/sC．4s時P質(zhì)點向上振動D．4s時Q質(zhì)點向上振動二、多選題5．小說里“獅子吼”是一門用聲音給敵人造成巨大傷害的功夫，網(wǎng)絡(luò)游戲中也將“獅子吼”設(shè)為物理攻擊，某電影中主人公一聲“獅子吼”可將桌上的杯子震碎。用手指輕彈同樣的杯子，杯子發(fā)出清脆的聲音，測得聲音頻率為500Hz。結(jié)合所學(xué)知識推斷電影中主人公發(fā)出的“獅子吼”的攻擊原理及聲波的特點，下列說法可能的是（）A．“獅子吼”引發(fā)了共振現(xiàn)象 B．他發(fā)出的“獅子吼”頻率應(yīng)該遠(yuǎn)小于500HzC．“獅子吼”的音量一定很大 D．他發(fā)出的“獅子吼”頻率應(yīng)該接近500Hz6．一列簡諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正方向傳播，O和A是介質(zhì)中平衡位置分別為和處的兩個質(zhì)點，且兩質(zhì)點的振動情況始終相反。從t=0時開始，質(zhì)點O的振動圖像如圖所示。下列說法正確的是（）A．該波的波長可能為0.6mB．該波的周期一定為6sC．該波的波速可能為m/D．質(zhì)點O的振動方程為（m）7．一列繩波以4m/s的速度，沿x軸的負(fù)方向傳播時，以致輕質(zhì)細(xì)繩沿y方向振動。若以y代表細(xì)繩偏離平衡位置的位移，則時，繩中各質(zhì)點的位移如圖所示，P、Q質(zhì)點的平衡位置分別為1.0m、2.0m。下列說法正確的是（

）A．質(zhì)點P振動的周期B．時，質(zhì)點P的速度方向為y軸負(fù)方向C．時，質(zhì)點Q的位移方向為y軸正方向D．時，質(zhì)點P的速度大于質(zhì)點Q的速度E．時，質(zhì)點P的加速度大小等于質(zhì)點Q的加速度大小三、實驗題8．一學(xué)生小組做“用單擺測量重力加速度的大小”實驗。

（1）用實驗室提供的螺旋測微器測量擺球直徑。首先，調(diào)節(jié)螺旋測微器，擰動微調(diào)旋鈕使測微螺桿和測砧相觸時，發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動刻度上的零刻度線未對齊，如圖（a）所示，該示數(shù)為mm；螺旋測微器在夾有擺球時示數(shù)如圖（b）所示，該示數(shù)為mm，則擺球的直徑為mm。（2）單擺實驗的裝置示意圖如圖（c）所示，其中角度盤需要固定在桿上的確定點O處，擺線在角度盤上所指的示數(shù)為擺角的大小。若將角度盤固定在O點上方，則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時，實際擺角5°（填“大于”或“小于”）。（3）某次實驗所用單擺的擺線長度為81.50cm，則擺長為cm。實驗中觀測到從擺球第1次經(jīng)過最低點到第61次經(jīng)過最低點的時間間隔為54.60s，則此單擺周期為s，該小組測得的重力加速度大小為m/s2.（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字，π2取9.