高考物理二轮复习专题15机械振动和机械波讲含解析

机械振动和机械波
纵观近几年高考试题，预测2019年物理高考试题还会考：
1、在新课标全国卷中，对本部分知识的考查是在选考题中出现。

从近几年的高考试题来看，主要考查简谐运动的图像、波动图像以及波的传播规律等；考点定位】简谐振动；自由落体运动.
【规律总结】首先要搞清简谐振动的特点及自由落体运动的规律；然后通过物块及小球的位置关系进行讨论.
【趁热打铁】如左图所示，t=0时刻，与M点间的距离为15m的波源O点由平衡位置开始上下振动，形成一列沿直线OM传播的简谐横波．右图为质点M的振动图象．下列判断正确的是_________．（填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分．选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．波源O的振动周期为3s
B．这列波的传播速度为2.5m/s
C．t=0时刻，波源O振动的方向沿y轴负方向
D．在0~9s时间内，这列波的传播距离为12m
E．在0~9s时间内，质点M的路程为6cm
【答案】 BCE
案例2．一“根不可伸长的细线。

上端悬挂在O点。

下端系一个小球,如图(1)所示,某同学利用此装置来探究周期与摆长的关系。

该用学用米尺测得细线两端的长度,用卡尺测量小球的直径,二着相加为l,通过改变细线的长度,测得对应的周期T,得到该装置的图象如图(2)所示利用所学单摆相关知识,选择下列说法正确的选项(取) _________
A.T=2s时摆长为为1m
B.T=2s时摆长为0.994m
C．摆球半径为0.006m
D．当地重力加速度为9.80m/s2
E.当地重力加速度为9.86m/s2
【答案】 BCD
点睛：该题是一道非常新颖的题，通过单摆的周期公式较好的考查了学生的读图能力和推导能力，解答该题时学生比较易凭借思维定式错选A，同时不经过CD的解答直接把g当做已知量来解答AB．
【正解】
7s时振子的位置应该和1s时的位置相同，处于波峰位置，从而画出的乙观察到的振子的振动图象如图所示
(2) 因为水波在7 s内传播了7 m，
所以波速为
又由图象得T＝2 s，
根据
所以λ＝2 m。

点睛：本题考查振动图象的画法，画的过程注意周期和开始的位置及振动方向，并掌握的应用，注意波动图象与振动图象的区别。

考向02 机械波
1.讲高考
（1）考纲要求
知道机械波的特点和分类；掌握波速、波长和频率的关系，会分析波的图象.3.理解波的干涉、衍射现象和多普勒效应，掌握波的干涉和衍射的条件．
（2）命题规律
考查的热点有波的图象以及波长、波速、频率的关系题型以选择题和填空题为主，难度中等偏下，波动与振动的综合也有计算题的形式考查．
案例1．如图所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15 m。

当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是
A. 0.60 m
B. 0.30 m
C. 0.20 m
D. 0.15 m
【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷）
【答案】 B
【解析】可以画出PQ之间的最简单的波形，如图所示：
同时由于PQ可以含有多个完整的波形，则：
整理可以得到：
当时，
当时，，故选项B正确，ACD错误。

点睛：解决机械波的题目关键在于理解波的周期性，即时间的周期性或空间的周期性，得到波长的通项，
再求解处波长的特殊值。

考点定位】机械波的传播、质点的振动
【名师点睛】本题知道两个时刻的波形，可以运用波形的平移法分析波传播的最短距离，要理解“该简谐波的周期大于0.5 s ”表达的意义。

2．讲基础
（1）机械波的形成条件：①波源；②介质．
（2） 机械波的特点
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介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同．
③各质点开始振动(即起振)的方向均相同．
④一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A ，位移为零．
（3） 波长、波速、频率及其关系
①波长：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，用λ表示．
②波速：波在介质中的传播速度．由介质本身的性质决定；波速的计算公式：v ＝λT 或t
x v ∆∆=。

③频率：由波源决定，等于波源的振动频率．
【趁热打铁】如图所示,实线和虚线分别是沿x 轴传播的一列简谐横波在t=0和t'=0.06s 时刻的波形。

已知在t=0时刻,x=1.5m 处的质点向y 轴正方向运动。

①判断该波的传播方向并求出该波的最小频率;
②若3T<0.06s<4T,求该波的波速。

【答案】 (1) 12.5 Hz (2) 75 m/s
【解析】
（2）由图知：若时，n=3，，T=0.016s，则波速为：
案例2．如图所示，实线和虚线分别是沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0和t＝0.06s时刻的波形图．已知在t＝0时刻，x＝1.5m处的质点向y轴正方向运动．
(1)判断该波的传播方向；
(2)求该波的最小频率；
(3)若3T<t<4T，求该波的波速．
【答案】 (1) 该波向右传播 (2) 12.5Hz (3) 75m/s
考点：横波的图象；波长、频率和波速的关系
【名师点睛】本题是多解问题，关键是会通过波形微平移得到各个质点的振动方向，然后由图象得到周期的通项，最后求解传播速度。

【趁热打铁】如图所示,甲为某一列简谐波t=t0时刻的图象,乙是这列波上P点从这一时刻起的振动图象,试讨论:
①波的传播方向和传播速度.
②求0~2.3 s内P质点通过的路程.
【答案】①x轴正方向传播，5.0m/s ②2.3m
【解析】
【详解】
【点睛】
本题中根据质点的振动方向判断波的传播方向，可采用波形的平移法和质点的振动法等等方法，知道波速、波长、周期的关系.
(b)双向性：传播方向双向性：波的传播方向不确定；振动方向双向性：质点振动方向不确定．
②解决波的多解问题的思路
一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系Δt或Δx，若此关系为时间，则t ＝nT＋Δt(n＝0,1,2…)；若此关系为距离，则x＝nλ＋Δx(n＝0,1,2…)．
5．讲易错
【题目】如图,实线是某时刻的波形图象,虚线是经0.4s后的波形图象.
(1).假设波向右传播,它传播的可能距离、可能速度、最大周期分别是多少?
(2).假设波速是92.5m/s,波的传播方向如何?
【答案】（1）s=4(k+) m(k=0,1,2,…) ，v=10(k+) m/s(k=0,1,2,…) ，T m=0.53 s （2）向左传播【错因】
（1）考虑波的周期性，写出向右传播距离的通项，即可求得波速的通项，写出周期的通项，得出周期的最大值；（2）根据波向右传播和向左传播的速度通项公式，分析波速为92.5m/s时波的传播方向。