2012高考物理二轮复习精品资料Ⅰ 专题17 机械振动和机械波名师预测1(教师版)
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机械振动和机械波错误!未指定书签。
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)错误!未指定书签。
A.波源O的振动周期为3sB.这列波的传播速度为2.5m/sC.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12mE.在0~9s时间内,质点M的路程为6cm【答案】 BCE错误!未指定书签。
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) _________错误!未指定书签。
A.T=2s时摆长为为1mB.T=2s时摆长为0.994mC.摆球半径为0.006mD.当地重力加速度为9.80m/s2E.当地重力加速度为9.86m/s2【答案】 BCD错误!未指定书签。
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】错误!未指定书签。
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高考物理二轮复习专题解析—机械振动和机械波
高考物理复习专题解析—机械振动和机械波命题规律 1.命题角度:(1)机械振动;(2)机械波;(3)振动图像和波的图像综合应用.2.常用方法:公式法、图像法.3.常考题型:选择题.考点一机械振动1.简谐运动的规律规律x=A sin(ωt+φ)图像反映同一质点在各个时刻的位移受力特征回复力F=-kx,F(或a)的大小与x的大小成正比,方向相反运动特征靠近平衡位置时,a、F、x都减小,v增大;远离平衡位置时,a、F、x都增大,v减小能量特征振幅越大,能量越大.在运动过程中,动能和势能相互转化,系统的机械能守恒周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化,变化周期就是简谐运动的周期T;动能和势能也随时间做周期性变化,其变化周期为T2对称性特征关于平衡位置O对称的两点,加速度的大小、速度的大小、相对平衡位置的位移大小相等;动能、势能相等2.单摆(1)单摆周期公式T=2πl g①摆球只受重力和细线拉力,且悬点静止或做匀速直线运动,g为当地重力加速度,在地球上不同位置g的取值不同,不同星球表面g值也不相同.②单摆处于超重或失重状态时等效重力加速度g 0=g ±a .在近地轨道上运动的卫星加速度a =g ,为完全失重,等效重力加速度g 0=0.(2)回复力:摆球重力沿与摆线垂直方向的分力,F =mg sin θ=-mgl x =-kx ,负号表示回复力F 与位移x 的方向相反.(如图所示)①当摆球在最高点时,F 向=mv 2l=0,F T =mg cos θ.②当摆球在最低点时,F 向=mv max 2l ,F 向最大,F T =mg +m v max 2l.例1 (多选)(2022·湖南卷·16(1)改编)下端附着重物的粗细均匀木棒,竖直浮在河面,在重力和浮力作用下,沿竖直方向做频率为1 Hz 的简谐运动;与此同时,木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动,如图(a)所示.以木棒所受浮力F 为纵轴,木棒水平位移x 为横轴建立直角坐标系,浮力F 随水平位移x 的变化如图(b)所示.已知河水密度为ρ,木棒横截面积为S ,重力加速度大小为g .下列说法正确的是( )A .x 从0.05 m 到0.15 m 的过程中,木棒的动能先增大后减小B .x 从0.21 m 到0.25 m 的过程中,木棒加速度方向竖直向下,大小逐渐变小C .x =0.35 m 和x =0.45 m 时,木棒的速度大小相等,方向相反D .木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为F 1-F 22ρSg答案 ABD解析 由简谐运动的对称性可知,0.1 m 、0.3 m 、0.5 m 时木棒处于平衡位置,则x 从0.05 m 到0.15 m 的过程中,木棒从平衡位置下方向上移动,经平衡位置后到达平衡位置上方,速度先增大后减小,所以动能先增大后减小,A 正确;x 从0.21 m 到0.25 m 的过程中,木棒从平衡位置上方靠近最大位移处向下运动(未到平衡位置),加速度方向竖直向下,大小逐渐变小,B 正确;x =0.35 m 和x =0.45 m 时,由图像的对称性知浮力大小相等,说明木棒在同一竖直高度,竖直方向速度大小相等,方向相反,而这两时刻木棒水平方向速度相同,所以合速度大小相等,方向不是相反,C 错误;木棒底端处于水面下最大位移时,F 1=ρgSh 1,木棒底端处于水面下最小位移时,F 2=ρgSh 2,木棒在竖直方向做简谐运动的振幅A =h 1-h 22=F 1-F 22ρSg ,D 正确.例2 (2022·山东潍坊市期末)光滑水平面上做简谐运动的弹簧振子的系统总能量表达式为E =12kA 2,其中k 为弹簧的劲度系数,A 为简谐运动的振幅.若小球质量为0.25 kg ,弹簧的劲度系数为25 N/m.起振时系统具有势能为0.06 J 和动能为0.02 J ,则下列说法正确的是( ) A .该振动的振幅为0.16 mB .小球经过平衡位置时的速度为0.4 m/sC .小球的最大加速度为8 m/s 2D .若小球在位移最大处时,质量突变为0.15 kg ,则振幅变大 答案 C解析 弹簧振子振动过程中系统机械能守恒,则有12kA 2=0.06 J +0.02 J =0.08 J ,所以该振动的振幅为A =0.08 m ,故A 错误;小球经过平衡位置时,动能为12mv 2=0.08 J ,所以速度为v=0.8 m/s ,故B 错误;由牛顿第二定律可知小球的最大加速度为a =kAm =8 m/s 2,故C 正确;小球在位移最大处时,速度为零,动能为零,所以质量突变为0.15 kg ,不影响系统的机械能,所以振幅不变,故D错误.例3(多选)(2022·广东广州市天河区测试)如图所示,用绝缘细线悬挂的单摆,摆球带正电,悬挂于O点,摆长为l,当它摆过竖直线OC时便进入或离开匀强磁场,磁场方向垂直于单摆摆动的平面向里,A、B点分别是最大位移处.下列说法中正确的是()A.A点和B点处于同一水平面B.A点高于B点C.摆球在A点和B点处线上的拉力大小不相等D.单摆的振动周期仍为T=2πl g答案AD解析带电小球在磁场中的运动过程中洛伦兹力不做功,所以在整个过程中小球的机械能守恒,所以A点和B点处于同一水平面,则A正确,B错误;小球在A、B点的速度均为0,向心力均为0,细线的拉力大小都等于重力沿细线方向的分力,所以摆球在A点和B点处线上的拉力大小相等,则C错误;由于洛伦兹力始终沿绳的方向,洛伦兹力不做功,不改变小球的动能,不改变小球的速度,也不提供回复力,所以单摆的振动周期与没有磁场时一样,为T=2πlg,所以D正确.考点二机械波形成条件(1)波源;(2)传播介质,如空气、水等传播特点(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)介质中各质点振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同(3)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(4)一个周期内,波向前传播一个波长波的图像(1)坐标轴:横轴表示各质点的平衡位置,纵轴表示该时刻各质点的位移(2)意义:表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开平衡位置的位移波长、波速和频率(周期)的关系(1)v=λf;(2)v=λT波的叠加(1)两个振动情况相同的波源形成的波,在空间某点振动加强的条件为Δx=nλ(n=0,1,2,…),振动减弱的条件为Δx=(2n+1)λ2 (n=0,1,2,…)(2)振动加强点的位移随时间而改变,振幅为两波振幅的和A1+A2波的多解问题由于波的周期性、波传播方向的双向性,波的传播易出现多解问题波的特性波的干涉波的衍射例4(多选)(2022·四川巴中市一诊)周末,鹏程和小李到清江观光园去秋游,他俩发现公园内湖面上有只游船,游客周期性摇动双桨激起的水波源源不断地传向湖边,他俩用手机上的秒表记录了水面上漂浮的树叶在12秒内共完成了6次全振动,他们又用该手机上“实用工具”中的“AR 测量”测出树叶与他们所在湖边距离是5米,树叶的振动状态传到湖边的时间是10 s .鹏程10 s 内拍击水面10次让手激起的振动向周围传播,他们最后讨论得到的正确结论是( )A .游客摇桨激起的水波波长是1 mB .鹏程用手激起的水波和桨激起的水波叠加能产生干涉图样C .他们观察到桨激起的水波波长比手激起的水波波长长D .鹏程用手激起的水波向远方传播的过程中,各质点的振幅不改变 答案 AC解析 树叶在12秒内共完成了6次全振动,所以振动周期为T =126 s =2 s ,树叶与他们所在湖边距离是5米,树叶的振动状态传到湖边的时间是10 s ,所以传播速度为v =x t =510 m/s =0.5 m/s ,故水波波长为λ=vT =0.5×2 m =1 m ,故A 正确;桨激起的水波的频率为f =1T =0.5 Hz ,鹏程用手激起的水波的频率为f ′=1010 Hz =1 Hz ,两列波的频率不相等,所以鹏程用手激起的水波和桨激起的水波叠加不能产生干涉图样,故B 错误;波速由介质决定,所以波速不变,由波长λ=vf 可知,桨激起的水波波长比手激起的水波波长长,故C 正确;由于水波不是简谐波,所以用手激起的水波向远方传播的过程中,各质点的振幅要改变,故D 错误. 例5 (2022·山东泰安市期末)如图,x =12 m 处有一质点做简谐运动,其运动方程为y =32sin (π2t ) cm.某时刻在介质中形成波形如图所示,振动刚好传播到x =4 m 处.则从该时刻起,x =0处质点第一次到达y =-3 cm 处需要的时间为( )A .2.5 sB .4.5 sC .3 sD .5 s 答案 B解析 由运动方程可得周期为T =2πω=4 s ,故波速为v =λT =84 m/s =2 m/s ,由题意知振动刚好传播到x =4 m 处,所以波向左传播,由上下坡法可知,x =4 m 处的质点起振方向向上,所以波从x =4 m 处传播到原点处需要时间为t 1=Δx v =42 s =2 s ,又在原点处质点开始向上振动,在波传播过程中,所有质点的运动情况相同,则可得在x =0处质点从开始振动到第一次到达y =-3 cm 处需要的时间为t 2,满足-3 cm =32sin(π2t 2) cm ,解得t 2=2.5 s ,故从该时刻起,x =0处质点第一次到达y =-3 cm 处需要的时间为t =t 1+t 2=4.5 s ,故选B. 例6 (多选)(2022·浙江6月选考·16)位于x =0.25 m 的波源P 从t =0时刻开始振动,形成的简谐横波沿x 轴正负方向传播,在t =2.0 s 时波源停止振动,t =2.1 s 时的部分波形如图所示,其中质点a 的平衡位置x a =1.75 m ,质点b 的平衡位置x b =-0.5 m .下列说法正确的是( )A .沿x 轴正负方向传播的波发生干涉B .t =0.42 s 时,波源的位移为正C .t =2.25 s 时,质点a 沿y 轴负方向振动D .在0到2 s 内,质点b 运动总路程是2.55 m 答案 BD解析 波沿x 轴正负方向传播,向相反方向传播的波不会相遇,不会发生干涉,故A 错误;由题图可知,波的波长λ=1 m ,由题意可知0.1 s 内波传播四分之一波长,可得T4=0.1 s ,解得T =0.4 s ,波源振动了2 s ,即波传播了5个周期,故波源的起振方向与t =2.1 s 时、x = 1.5 m 处质点的振动方向相同,则波源的振动方向向上,在t =0.42 s ,即T <t <5T4时,波源会向上振动,位移为正,故B 正确;波的波速v =λT=2.5 m/s ,波源停止振动后到质点a 停止振动的时间为t 1=1.75-0.252.5 s =0.6 s>0.25 s ,即质点a 还在继续振动,从t =2.1 s 到t =2.25 s ,经过时间为t 2=0.15 s ,即T 4<t 2<T2,结合题图可知质点a 位移为正且沿y 轴正方向振动,故C错误;波传到b 点所需的时间为t 3=0.752.5 s =0.3 s ,在0到2 s 内,质点b 振动的时间为t 4=2s -0.3 s =1.7 s =174T ,质点b 在此时间段内运动总路程s =17A =17×0.15 m =2.55 m ,故D 正确.考点三 振动图像和波的图像的综合应用巧解振动图像与波的图像综合问题的基本方法例7 (多选)(2022·福建龙岩市第一次教学质量检测)图甲为一列简谐横波在t =0.10 s 时刻的波形图,此时质点P 的位置横坐标为x =1 m ,质点Q 的位置横坐标为x =4 m .图乙为质点Q 的振动图像.则下列说法正确的是( )A .该波沿x 轴正方向传播B .该波的传播速度是40 m/sC .从t =0.10 s 到t =0.20 s 内,质点P 沿x 轴方向运动4 mD .t =0.10 s 时,沿x 轴正方向与P 相距10 m 处的质点与P 点振动方向相反 答案 BD解析 在t =0.10 s 时,由题图乙知质点Q 正向下运动,根据“上下坡法”可知,该波沿x 轴负方向传播,故A 错误;由题图甲知波长λ=8 m ,由题图乙知该波的周期是T =0.20 s ,则波速为v =λT =80.20 m/s =40 m/s ,故B 正确;质点P 沿垂直波的传播方向振动,因此P 不沿x轴运动,故C 错误;因为λ=8 m ,所以在t =0.10 s 时,沿x 轴正方向与P 相距10 m 处的质点的振动情况与沿x 轴正方向与P 相距2 m 处的质点振动情况相同,由题意可知在P 右边与P 相距2 m 处的质点与P 点振动方向相反,故D 正确.例8 (多选)(2022·浙江省名校协作体模拟)如图甲所示,在同一介质中,波源为S 1与S 2频率相同的两列机械波在t =0时刻同时起振,波源为S 1的机械波振动图像如图乙所示;波源为S 2的机械波在t =0.25 s 时波的图像如图丙所示.P 为介质中的一点,P 点距离波源S 1与S 2的距离分别是PS 1=7 m ,PS 2=9 m ,则( )A .质点P 的位移不可能为0B .t =1.25 s 时,质点P 处于波谷C .质点P 的起振方向沿y 轴正方向D .波源为S 2的机械波的起振方向沿y 轴负方向 答案 BC解析 结合波源S 2在t =0.25 s 时波的图像即题图丙可知,此时刚开始振动的质点的起振方向沿y 轴正方向,质点与波源的起振方向相同,因此波源为S 2的机械波的起振方向沿y 轴正方向,D 错误;根据波源S 1的振动图像即题图乙可知,波源S 1的起振方向沿y 轴正方向,同一介质中波速相同,又因为PS 1<PS 2,由此可知波源S 1的机械波最先传到P 点,因此P 的起振方向与波源S 1的起振方向相同,沿y 轴正方向,C 正确;在同一介质中,频率相同的两列机械波,波速相同,波长相等,由题图乙可知λ=2.0 m ,T =0.2 s ,则波速为v =λT =10 m/s ,P点到两波源的波程差为Δx =PS 2-PS 1=2 m ,即P 点到两波源的波程差为波长的整数倍,且两波源的起振方向相同,因此,P 点为振动加强点,质点P 的位移可以为0,A 错误;S 1和S 2振动传到P 的时间分别为t 1=PS 1v =0.7 s ,t 2=PS 2v=0.9 s ,由此可知,在t =1.25 s 时,波源S 1在t ′=1.25 s -t 1=0.55 s 时的振动情况传到P 点,此时波源S 1位于波谷;波源S 2在t ″=1.25 s -t 2=0.35 s 时的振动情况传到P 点,此时波源S 2位于波谷,在t =1.25 s 时P 处为两列波的波谷叠加,质点P 处于波谷,B 正确.1.(多选)(2022·安徽省一模)如图所示,一列简谐横波沿x 轴传播,实线为t =0时刻的波形图,虚线为t =0.6 s 时刻的波形图,已知波的周期T >0.6 s ,下列说法正确的是( )A .该波的波速可能为10 m/sB .该波的波速可能为203m/sC .t =0.6 s 内,Q 点的路程可能为9 mD .t =0.6 s 内,Q 点的路程可能为2 m 答案 AD解析 由题图知波长为8 m ,由于波的周期T >0.6 s ,若波沿x 轴向右传播,有14T =0.6 s ,则T =2.4 s ,由题图知波长为8 m ,根据公式可得v =103 m/s ;若波沿x 轴向左传播,有34T =0.6 s ,故T =0.8 s ,则v =10 m/s ,B 错误,A 正确;t =0时,Q 点位移为y Q =-2sin π4 (m)=-1 m ,t =0.6 s 时,Q 点的位移为y Q ′=-2cos5π4(m)=1 m ,若波沿x 轴向右传播,则Q 点的路程为2 m ,若波沿x 轴向左传播,Q 点的路程为(2-1)×2 m +2×2 m =(42-2) m ,C 错误,D 正确.2.(多选)(2022·浙江省十校联盟第二次联考)在同种均匀介质中,x =0处的波源完成半个周期振动产生沿x 轴正方向传播的简谐横波,间隔Δt 时间后又产生一列简谐横波.以波源第一次从平衡位置开始振动为计时零点,t =3 s 时首次出现如图所示波形.则( )A .波源两次振动的间隔时间Δt =1 sB .波源前后两次振动的周期相同C .t =4 s 时,x =6 m 和x =21 m 两质点的位移大小相等D .从t =2 s 至t =4.5 s 的时间内,x =12 m 处的质点经过的路程为30 cm答案 ACD解析 由题图可知,在t =3 s 时,第一列波传播到x 1=18 m 处,则波的传播速度为v =x 1t= 6 m/s ,第二列波传播到x 2=6 m 处,传播时间为t 2=x 2v =1 s ,第一列波的振动时间为t 3=λ2v=1 s ,则波源两次振动的间隔时间为Δt =t -t 2-t 3=1 s ,故A 正确;由题图可知,两次振动形成的两列波的波长不同,由同种介质中波的传播速度相等以及v =λT,可知波源前后两次振动的周期不同,故B 错误;两列波在第4 s 内传播的距离Δx =v Δt =6 m ,则根据题图可知,第一列波x =15 m 处的位移-10 cm 传至x =21 m 处,第二列波x =0处的位移10 cm 传至x = 6 m 处,则t =4 s 时,x =6 m 和x =21 m 两质点的位移大小相等,故C 正确;从t =2 s 至t =4.5 s 的时间内,第一列波引起x =12 m 处的质点经历半个周期的振动,经过的路程为s 1=20 cm ,第二列波引起x =12 m 处的质点经过的路程为s 2=10 cm ,则从t =2 s 至t =4.5 s 的时间内x =12 m 处的质点经过的路程为s =s 1+s 2=30 cm ,故D 正确.专题强化练[保分基础练]1.(多选)(2022·浙江台州市二模)如图所示,一个竖直圆盘转动时,固定在圆盘上的小圆柱带动一个T 型支架在竖直方向上振动,T 型支架下面系着一个弹簧和小球组成的振动系统,小球浸没在水中,当圆盘静止时,让小球在水中振动,其阻尼振动频率约为0.5 Hz.现使圆盘由静止开始缓慢加速转动,直至以1 s的周期匀速转动稳定下来,在此过程中,下列说法正确的是()A.圆盘静止和转动时,小球都是做受迫振动B.最终稳定时小球的振动频率为1 HzC.小球的振幅先逐渐增大后又逐渐减小D.圆盘缓慢加速转动时,以T型支架为参考系,小圆柱的运动可视为简谐运动答案BC解析振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动,圆盘静止时无周期性驱动力作用,不是受迫振动,A错误;小球稳定振动时的频率为f′=1T′=1 Hz,B正确;圆盘转速由零逐渐增大,转动的频率逐渐接近小球振动的固有频率,振幅增大,与固有频率相同时振幅最大,超过固有频率,转速继续增大,振幅减小,故小球的振幅先增大后减小,C正确;圆盘缓慢加速转动时,以T型支架为参考系,小圆柱运动到T型支架的中间位置时是非平衡状态,有加速度,不满足简谐运动的条件,D错误.2.(2020·北京卷·6)一列简谐横波某时刻波形如图甲所示.由该时刻开始计时,质点L的振动情况如图乙所示.下列说法正确的是()A.该横波沿x轴负方向传播B.质点N该时刻向y轴负方向运动C.质点L经半个周期将沿x轴正方向移动到N点D.该时刻质点K与M的速度、加速度都相同答案 B解析由题图乙知,开始计时时刻,即0时刻质点L向上振动,再结合题图甲,可知该横波沿x轴正方向传播,故A错误;由该横波沿x轴正方向传播,从题图甲可看出,质点N该时刻向y轴负方向运动,故B正确;横波传播时,质点不随波迁移,故C错误;该时刻质点K 与M的速度为零,加速度大小相等,但方向相反,故D错误.3.(2022·山东德州市高三期末)如图甲所示,悬挂在天花板上的轻弹簧下端连着物体M,M 和物体N又通过轻绳相连,M、N两物体的质量相等,并且都处于静止状态.t=0时刻轻绳断裂,不计空气阻力,之后M偏离平衡位置的位移x随时间t变化的关系如图乙所示,以下说法正确的是()A.t1时刻M的回复力最大B.t1时刻弹簧的形变量为0C.t2时刻弹簧的弹性势能最大D.t4时刻M的加速度与重力加速度大小相等,方向相反答案 D解析由x-t图像可知,t1时刻M处于平衡位置,此时回复力为零,故A错误;t1时刻M 处于平衡位置,即物体M能自由静止的位置,此时弹簧处于伸长状态,故B错误;因为t2时刻弹簧处于负向最大位移处,且根据对称性,此时的加速度与正向最大位移处的加速度大小相等,由题意可知,开始时物体加速度满足F-mg=ma,而M、N两个物体等质量,故F =2mg,所以解得a=g,方向竖直向上,故在负向最大位移处加速度也为g,且方向竖直向下,故此时满足F′+mg=mg,得F′=0,即此时弹簧处于原长,故t2时刻弹簧的弹性势能为零,而t4时刻物体处于正向最大位移处,故此时M的加速度与重力加速度大小相等,方向相反,故C错误,D正确.4.(多选)(2022·江西南昌市一模)如图所示,有两列频率相同、振动方向相同、振幅均为A、传播方向互相垂直的平面波相遇并发生干涉,两列波的传播方向如图中箭头所示.图中实线表示波峰,虚线表示波谷,a为波谷与波谷相遇点,b、c为波峰与波谷相遇点,d为波峰与波峰相遇点,e是a、d连线的中点,则下列描述正确的是()A.a、d处的质点振动加强,b、c处的质点振动减弱B.图示时刻,e正处于波峰位置C.从图示时刻经过半个周期,e处质点将处于平衡位置D.e处的质点振幅为2A答案ACD解析a为波谷与波谷相遇点,b、c为波谷与波峰相遇点,d为波峰与波峰相遇点,故a、d 处的质点振动加强,b、c处的质点振动减弱,故A正确;依题意由题图可知,图示时刻,e 为两列波的平衡位置相遇点,处于平衡位置,从图示时刻经过半个周期,e仍为两列波的平衡位置相遇点处,仍处于平衡位置,故B错误,C正确;根据几何关系可知,两波的波谷同时传到e点,故e为振动加强点,振幅为2A,故D正确.5.(多选)(2022·山东卷·9)一列简谐横波沿x轴传播,平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如下图所示.当t=7 s时,简谐波的波动图像可能正确的是()答案 AC解析 由O 点的振动图像可知,周期为T =12 s ,振幅A =20 cm 设原点处的质点的振动方程为y =A sin (2πT t +φ),将(0,10)代入,有10=20sin φ,解得φ=π6,在t =7 s 时刻y 7=20sin (2π12×7+π6) cm =-10 3 cm≈-17.3 cm ,因7 s =12T +112T ,由题可知在t =7 s 时刻质点在y 轴负半轴向下振动,根据“同侧法”可判断若波向右传播,则波形为C 所示;若波向左传播,则波形如A 所示,故选A 、C.6.(2022·山师附中模拟)某健身者挥舞健身绳锻炼臂力,图甲为挥舞后绳中一列沿x 轴传播的简谐横波在t =1.0 s 时刻的波形.图乙为绳上质点M 的振动图像.下列说法正确的是( )A .波沿x 轴正方向传播B .波速大小为0.25 m/sC .若质点Q 平衡位置x 轴坐标为3.5 m ,质点Q 的振动方程为y =-0.2sin (2πt -π4) m D .从t =1.0 s 时计时,再经过136s ,质点P 经过的路程为0.7 m 答案 C解析 质点M 在t =1.0 s 后开始向y 轴负方向运动,判断可知简谐波沿x 轴负方向传播,故A 错误;根据题图甲可知简谐横波的波长为λ=4 m ,同时根据题图乙可知周期T =1 s ,则波速大小v =λT =41 m/s =4 m/s ,故B 错误;若质点Q 平衡位置x 轴坐标为x Q =3.5 m ,根据简谐横波在t =1.0 s 时刻的波形图,可知此时质点Q 的y 轴坐标为其初始振动位置的位移,可得振动方程为y =-A sin 2πT (t +78T )(m)=-0.2sin 2π(t +78)(m)=-0.2sin (2πt -π4)(m),故C 正确;t =1.0 s 时,质点P 在最大位移处,再经过136 s 即2T +T 6,P 点经过的路程大于8A = 1.6 m ,故D 错误.7.(2021·全国乙卷·34(1))图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线,经过0.3 s 后,其波形曲线如图中虚线所示.已知该波的周期T 大于0.3 s ,若波是沿x 轴正方向传播的,则该波的速度大小为________ m/s ,周期为________ s ,若波是沿x 轴负方向传播的,该波的周期为________ s.答案 0.5 0.4 1.2解析 若波是沿x 轴正方向传播的,则波传播了Δx =15 cm =0.15 m ,设波速为v ,周期为T ,则该波的速度大小为v =Δx Δt =0.150.3m/s =0.5 m/s 由题图可知波长λ=20 cm =0.2 m ,则周期为T =λv =0.20.5s =0.4 s ; 若波是沿x 轴负方向传播的,则波传播了Δx ′=5 cm =0.05 m ,设波速为v ′,周期为T ′,则该波的速度大小为v ′=Δx ′Δt =0.050.3 m/s =16m/s 周期为T ′=λv ′=0.216s =1.2 s. [争分提能练]8.(2022·山东省高三联考)如图所示,倾角为30°的斜面固定在水平地面上,其下端有一垂直于斜面的固定挡板.轻质弹簧的一端与挡板相连,另一端连接一质量为0.4 kg 的光滑小球(可视为质点).现将小球由平衡位置O 沿斜面向上拉动15 cm 至P 点,使其在P 、P ′之间做简谐运动,M 、N 为斜面上关于O 点对称的两点.规定沿斜面向上为正方向,已知弹簧的劲度系数为20 N/m ,且弹簧始终处于弹性限度内,取g =10 m/s 2.则( )A .小球在P 点的回复力为-5 NB .小球在P ′点时弹簧的形变量为25 cmC .小球从N 点向上运动,经四分之三个周期,其运动的路程小于45 cmD .在M 、N 两点,小球的速度大小相等,弹簧的弹性势能也相等答案 B解析 O 点为平衡位置,沿斜面向上拉动15 cm 后,小球受到的合力为F 合=kx OP =3 N ,则小球在P 点的回复力为-3 N ,故A 错误;由简谐运动的对称性可知,小球在P ′点的回复力为3 N ,有k Δx -mg sin 30°=3 N ,解得Δx =25 cm ,故B 正确;小球经平衡位置O 时,速度最大,从N 点向上运动,前四分之一周期内运动的路程要大于15 cm ,后二分之一周期内运动的路程为30 cm ,总路程大于45 cm ,故C 错误;根据简谐运动的对称性可知,小球在M 、N 两点的速度大小相等,由系统机械能守恒可知,小球在N 点时弹簧的弹性势能大于小球在M 点时弹簧的弹性势能,故D 错误.9.(2022·江苏南通市海门区高三期末)如图所示,一列简谐横波向左传播,振幅为A ,周期为T ,波长为λ,已知t =0时刻介质中a 质点的位移为A 2,则在14T 时刻( )A .质点a 位于平衡位置上方且位移大于A 2B .质点a 位于平衡位置上方且位移小于A 2C .质点a 在0时刻位置的左侧14λ处 D .质点a 在0时刻位置的右侧14λ处 答案 A解析 由于波向左传播,质点a 正处于位移为A 2的位置向上振动,由于越远离平衡位置速度越小,因此再次回到位移为A 2时的时间将大于14T ,则在14T 时质点a 还没有回到位移为A 2的位置,所以在14T 时刻质点a 位于平衡位置上方且位移大于A 2, A 项正确,B 项错误;质点不随波迁移, C 、D 项错误.10.(2022·辽宁丹东市期末)如图所示,在竖直平面内有一段光滑圆弧轨道MN ,它所对的圆心角小于10°,P 点是圆弧MN 的中点,也是圆弧的最低点.在NP 间的一点Q 和P 之间搭一光滑斜面,将两个小滑块(可视为质点)分别同时从Q 点和M 点由静止开始释放,则两小滑块相遇点一定在( )A .斜面QP 上的一点B .PM 弧上的一点C .P 点D .条件不足,无法判断答案 A解析 设圆弧的半径为R ,PQ 与水平面的夹角是θ,PQ 距离为2R sin θ,对沿斜面下滑的滑块,加速度大小为g sin θ,根据位移时间公式可得t 1=2R g;沿圆弧下滑的滑块的运动类似为单摆的运动,做简谐运动,周期T =2πR g ,可得t 2=14T =π2R g ,可得t 2<t 1,故A 正确,B 、C 、D 错误.11.(2021·全国甲卷·34(2))均匀介质中质点A 、B 的平衡位置位于x 轴上,坐标分别为0和x B =16 cm.某简谐横波沿x 轴正方向传播,波速为v =20 cm/s ,波长大于20 cm ,振幅为y =1 cm ,且传播时无衰减.t =0时刻A 、B 偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同,运动方向相反,此后每隔Δt =0.6 s 两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同.已知在t 1时刻(t 1>0),质点A 位于波峰.求:(1)从t 1时刻开始,质点B 最少要经过多长时间位于波峰;(2)t 1时刻质点B 偏离平衡位置的位移.答案 (1)0.8 s (2)-0.5 cm解析 (1)因为波长大于20 cm ,所以波的周期T =λv >1.0 s 由题可知,0.6 s =n ·T 2,解得T =1.2ns , 因为T >1.0 s ,所以n =1,即T =1.2 s波长λ=vT =24 cm在t 1时刻(t 1>0),质点A 位于波峰.因为A 、B 距离小于一个波长,质点B 位于波峰最快是质点A 处的波峰传过去,所以从t 1时刻开始,质点B 运动到波峰所需要的最少时间t =x AB v= 0.8 s(2)在t 1时刻(t 1>0),A 位于波峰,B 与A 相距16 cm ,故质点B 偏离平衡位置的位移为y ′=y cos ⎝⎛⎭⎫1624×2π cm =-0.5 cm.[尖子生选练]12.(多选)(2022·福建泉州市质量监测)一列简谐横波沿x 轴传播,a 、b 为x 轴上在平衡位置相距6 m 的两质点,振动图像分别如图甲、乙所示,下列说法正确的是( )A .在t =0至t =0.5 s 时间内,质点a 的路程比质点b 的小。
机械振动机械波一轮复习教学建议
3.波的图像和振动图象的比较
振动图象
波动图象
①横轴表示
的物理
x
y
量不同。
②直接读的
O
物理量
t
不同。
T
O
x
λ
研究对象 一个质点
介质上的各个质点
研究内容 位移随时间的变化
某一时刻各个质点的空间 分布
物理意义
一个质点在各个时刻 各个质点在同一时刻偏离 偏离平衡位置的情况。 平衡位置的情况。
图象的变化 图线延长
的能力要求
高考对本章能力要求不是很高,主要 以考察对概念的理解能力和应用振动图 象和波动图像综合分析问题的能力为主, 在复习本单元时,应注意培养学生对概 念的理解和记忆、应注意机械振动与牛 顿定律、机械能守恒定律的综合应用, 特别注意对学生进行应用振动图象和波 动图像综合分析问题的能力培养。
机械振动和机械波的物理方法
机械振动 机械波在教材中的 地位和特点
机械振动 机械波在教材中属于非主干知 识。但机械振动 机械波这些知识在现代生活 中有着广泛的应用,也是以后学习电磁波、光 波的基础.波动是高中物理的一个难点.主要 是因为,它需要学生想象多个质点同时又不同 步的运动,从整体上看,形成波在空间的传 播.本章概念较多,考点较多,对图象要求层 次较高,。
本章中所涉及到的基本方法主要是图 像法,其中包括振动图象和波的图像,图 像法是描述物理规律的三种方法之一,高 考对图像的考察每年都有几个题目,因此 高考对图象考查的要求层次较高 。
本章中所涉及到的另外一种方法是数 学近似,主要是单摆的振动在摆角很小时 用到几个近似。新考纲中取消了对“不要 求会推导单摆的周期公式”这一要求,这 应该引起我们足够的重视。
向相同,则△t一定等于T的整数倍; B、若t时刻和(t+△t)时刻振子运动速度的大小相等、方
高考物理二轮复习精品资料Ⅰ 专题17 机械振动和机械波(同步课件)
6.振动图象和波动图象的物理意义不同:振动图象反映的 振动图象和波动图象的物理意义不同: 振动图象和波动图象的物理意义不同 是 一个质点在各个时刻的位移 ,而波动图象是 某时刻
各质点的位移 .振动图象随时间推移图象延续,但是已有 振动图象随时间推移图象延续, 振动图象随时间推移图象延续
的形态不变,而波动图象随时间的推移, 的形态不变,而波动图象随时间的推移,图象沿传播方向
F.只有波长比障碍物的尺寸小的时候才会发生明显的衍射 . 现象 G.在同种均匀介质中传播的声波,频率越高,波长越短 . 在同种均匀介质中传播的声波,频率越高, 其中正确的是________. 其中正确的是 ADG .
解析
当质点所受合外力满足 F=-kx(x 为位移)时,质点才
能做简谐运动,B 错;均匀变化的磁场产生恒定的电场,C 错; X 射线频率比紫外线频率高,E 错;当障碍物或小孔的尺寸 比波长小或相差不多时,才发生明显的衍射现象,F 错.
知 识 回 扣
1. 物体做简谐运动的动力学特征:回复力及加速度与位移 物体做简谐运动的动力学特征: 大小成正比,方向总是与位移的方向相反,始终指向平衡 大小成正比,方向总是与位移的方向相反,始终指向平衡 k 位置.其表达式为: = 位置.其表达式为:F= -kx ,a=- x ,回复力的来源 = m 是物体所受到的合力. 是物体所受到的合力. 2. 物体做简谐运动的运动学特征是周期性运动,位移、回 物体做简谐运动的运动学特征是周期性运动,位移、 复力、 加速度、 速度、 动量都随时间按“正弦”或“余弦” 复力、 加速度、 速度、 动量都随时间按“正弦” 余弦” 的规律变化,它们的周期均相同. 的规律变化,它们的周期均相同.其位移随时间变化的表 达式为: = 达式为:x= Asin (ωt+φ) 或 x= Acos (ωt+φ) . =
2012年高考物理 高考试题 模拟新题分类汇编专题7 机械振动和机械波
G 单元 机械振动和机械波G1 机械振动14.G1 [2012·重庆卷] 装有砂粒的试管竖直静浮于水面,如图所示.将试管竖直提起少许,然后由静止释放并开始计时,在一定时间内试管在竖直方向近似做简谐运动.若取竖直向上为正方向,则以下描述试管振动的图象中可能正确的是( )14.D [解析] 根据题中规定的正方向,开始计时时刻位移为正的最大值,由于简谐运动的图象是正弦或余弦曲线,可知D 正确.17.G1 [2012·北京卷] 一个弹簧振子沿x 轴做简谐运动,取平衡位置O 为x 轴坐标原点.从某时刻开始计时,经过四分之一周期,振子具有沿x 轴正方向的最大加速度.能正确反映振子位移x 与时间t 关系的图象是( )A B 17.A [解析] 由题目“经过四分之一周期,振子具有沿x 轴正方向的最大加速度”可知,在四分之一周期时,振子在负的最大位移处,A 项正确,B 、C 、D 项错误.G2 机械波16.G2[2012·浙江卷] 用手握住较长软绳的一端连续上下抖动,形成一列简谐横波.某一时刻的波形如图所示,绳上a 、b 两质点均处于波峰位置.下列说法正确的是( )A .a 、bB .a 、b 两点振动开始时刻相差半个周期C .b 点完成全振动次数比a 点多一次D .b 点完成全振动次数比a 点少一次16.D [解析] 由图可知,a 、b 两点之间的距离为一个波长,振动开始时刻相差一个周期,a 点离波源近,完成全振动的次数比b 点多一次,故选项A 、B 、C 错误,选项D 正确.25.G2[2012·全国卷]一单摆在地面处的摆动周期与在某矿井底部摆动周期的比值为k .设地球的半径为R .假定地球的密度均匀.已知质量均匀分布的球壳对壳内物体的引力为零,求矿井的深度d .25.[解析] 根据万有引力定律,地面处质量为m 的物体的重力为mg =G mM R2①式中g 是地面处的重力加速度,M 是地球的质量.设ρ是地球的密度,则有 M =43πρR 3② 摆长为L 的单摆在地面处的摆动周期为T =2πL g③ 若该物体位于矿井底部,则其重力为mg ′=GmM ′R -d 2④式中g ′是矿井底部的重力加速度,且M ′=43πρ(R -d )3⑤在矿井底部此单摆的周期为T ′=2πL g ′⑥ 由题意 T =kT ′⑦联立以上各式得 d =R (1-k 2)⑧ 12. G2 [2012·江苏卷](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λ.[答案] (3)4.2 km[解析] (3)设P 波的传播时间为t ,则x =v P t ,x =v S (t +Δt )解得x =v P v Sv P -v SΔt ,代入数据得x =1260 km 由λ=v S T ,解得λ=4.2 km13.G2 [2012·福建卷] 一列简谐横波沿x 轴传播,t =0时刻的波形如图甲所示,此时质点P 正沿y 轴负方向运动,其振动图象如图乙所示,则该波的传播方向和波速分别是( )甲 A .沿x 轴负方向,60 m/s B .沿x 轴正方向,60 m/s C .沿x 轴负方向,30 m/s D .沿x 轴正方向,30 m/s13.A [解析] 根据波的形成原理“先振动的质点带动邻近的后振动的质点”,由甲图可知P 点正向下振动,比P 点先振动的点应该在P 点下方,即P 点右侧的点先振动,所以波应沿x 轴的负方向传播.由甲图可知波长λ=24 m ,由乙图可知周期T =0.4 s ,所以波速v =λT =240.4 m/s =60 m/s.15.G2[2012·安徽卷] 一列简谐波沿x 轴正方向传播,在t =0时波形如图1所示,已知波速为10 m/s ,则t =0.1 sBC D图215.C [解析] 由题意可知,波长 λ=4 m ,波速v =10 m/s ,则波的周期T =λv=0.4 s ,经过0.1 s 后,波应该向正方向传播14个波长,即向正方向平移14个波长,则C 正确.G3 实验:用单摆测定重力加速度G4 机械振动与机械波综合20.G4[2012·全国卷] 一列简谐横波沿x 轴正方向传播,图(a)是t =0时刻的波形图,图(b)和图(c)分别是x 轴上某两处质点的振动图象.由此可知,这两质点平衡位置之间的距离可能是( )(a) (b) 图3A.13 mB.23 m C .1 m D.43m 20.BD [解析] 因为sin π6=12,(c)图中质点的位移是-0.05 m ,恰好是最大值的一半,所以该质点的平衡位置距离波形图上的x =1或x =2的位置一定是16 m ,又因为从(c)图看,该质点在t =0时向下运动,因此其平衡位置的坐标必是2 m -16 m =116m ,与左波峰的平衡位置的距离是116 m -0.5 m =43 m ,B 正确,与右波峰的平衡位置的距离是16 m +0.5 m =23m ,D 正确.7.G4 [2012·天津卷] 沿x 轴正向传播的一列简谐横波在t =0时刻的波形如图所示,M 为介质中的一个质点,该波的传播速度为40 m/s ,则t =140s 时()A .质点M 对平衡位置的位移一定为负值B .质点M 的速度方向与对平衡位置的位移方向相同C .质点M 的加速度方向与速度方向一定相同D .质点M 的加速度方向与对平衡位置的位移方向相反 7.CD [解析] 由波形图可读出该波的波长为4 m ,由λ=vT 知该机械波的周期T =0.1s ,故t =140 s =14T .由于机械波沿x 轴正方向传播,所以t =0时刻质点M 运动方向沿y 轴正方向,经14T 时间,质点M 的速度方向沿y 轴负方向,对平衡位置的位移方向仍沿y 轴正方向,加速度方向沿y 轴负方向,故选项C 、D 正确.19.G4 [2012·四川卷] 在xOy 平面内有一列沿x 轴正方向传播的简谐横波,波速为2 m/s ,振幅为A .M 、N 是平衡位置相距2 m 的两个质点,如图所示.在t =0时,M 通过其平衡位置沿y 轴正方向运动,N 位于其平衡位置上方最大位移处.已知该波的周期大于1 s .则()A .该波的周期为53sB .在t =13s 时,N 的速度一定为2 m/sC .从t =0到t =l s ,M 向右移动了2 mD .从t =13 s 到t =23s ,M 的动能逐渐增大19.D [解析] 设波长为λ,根据题意,(n +34)λ=2 m ,结合v =λT ,得T =1n +34s >1 s ,所以n =0,T =43s ,A 错误;质点振动速度与波速无必然联系,B 错误;波传播过程中,质点并不随波迁移,C 错误;从13 s 到23s ,质点M 从波峰向平衡位置运动,速度变大,动能变大,D 正确.37.G4(1)[2012·山东卷] 一列简谐横波沿x 轴正方向传播,t =0时刻的波形如图所示,介质中质点P 、Q 分别位于x =2 m 、x =4 m 处.从t =0时刻开始计时,当t =15 s 时质点Q 刚好第4次到达波峰.①求波速.②写出质点P 做简谐运动的表达式(不要求推导过程).37.(1)[解析] ①设简谐横波的波速为v ,波长为λ,周期为T ,由图象知λ=4 m .由题意知t =3T +34T ①v =λT②联立①②式,代入数据得 v =1 m/s ③②质点P 做简谐运动的表达式为 y =0.2 sin(0.5πt ) m ④34.(1)G4[2012·课标全国卷] 一简谐横波沿x 轴正向传播,t =0时刻的波形如图(a)所示,x =0.30 m 处的质点的振动图线如图(b)所示,该质点在t =0时刻的运动方向沿y 轴______(填“正向”或“负向”).已知该波的波长大于0.30 m ,则该波的波长为________ m.(a) 图(b)图1234.(1)[答案] 正向 0.8 [解析] 由(b)图知:x =0.30 m 处的质点在t =0时刻的运动方向沿y 轴正向,又由题意可知:0.3 m =λ4+λ8,该波的波长为λ=0.8 m.1.2012·河南调研在探究波的形成过程中,某同学用手抓住绳子一端上下振动,形成了向右传播的波.此波可看成简谐波,波的传播速度为v ,周期为T .下列说法正确的是( )A .简谐波的传播速度与振动的振幅无关B .绳中质点振动的最大速度等于波的传播速度C .绳中相距为vT2的两个质点的振动位移总是相同D .离手距离分别为x 1、x 2(x 2>x 1)的两个质点,开始振动的时间差为x 2-x 1v1.B [解析] 猛推杆的过程可以看成是一个绝热过程,故Q =0,而压缩气体,气体体积减小,外界对气体做功,故W >0,由热力学第一定律ΔU =W +Q 可知ΔU >0,气体内能增加,温度升高,故C 、D 错误;T 增大、V 减小,由理想气体状态方程pV T=C 知p 增大,故A 错误、B 正确.2.2012·宜川联考一列简谐横波沿x 轴传播.t =0时的波形如图所示,质点A 与质点B 相距1 m ,A 点速度沿y 轴正方向;t =0.02 s 时,质点A 第一次到达正向最大位移处.由此可知( )A.此波沿x轴负方向传播B.此波的传播速度为25 m/sC.从t=0时起,经过0.04 s,质点A沿波传播方向迁移了1 mD.在t=0.04 s时,质点B处在平衡位置,速度沿y轴正方向2.A [解析] 当两个分子间的距离r=r0时,分子间作用力为0,分子势能最小,选项A正确;布朗运动是悬浮在液体中的花粉小颗粒的无规则运动,它是液体分子不停地撞击花粉小颗粒造成的,反映了液体内部分子运动的无规则性,而不是花粉小颗粒内部分子的无规则运动,选项B错误;计算油酸分子直径的公式d=VS中的V指的应该是一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积,选项C错误;气体的压强不仅与气体的温度有关,还和气体的体积有关,选项D错误.。
机械振动和机械波复习通用课件
振动与波的物理模型
弹簧振子模型
描述单摆或弹簧振子的运动,是研究振动和波动的基础。
波动方程
描述波动现象的基本方程,可以用来描述不同物理条件,决定了波的传播方式和形 状。
04
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振动与波的实验
振动与波实验设备
振动台 用于模拟单自由度系统的振动
在实验结束后,应及时关闭实 验设备,并清理实验场地
数据处理与分析方法
记录实验数据时,应使用准确的 测量工具,确保数据的准确性
在处理数据时,可以采用图表或 图像的方式,将数据处理结果进
行可视化
可以使用信号处理方法,如傅里 叶变换等,将振动信号或波动信 号转化为频域信号,以便更好地
分析其特征
05
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振动与波动的关系
振动是波动的源,是 指物体在一定位置附 近的往复运动。
振动和波动的相互关 系是密不可分的。
波动是振动的传播, 是指振动在空间中的 传播过程。
波动现象的应用
声波
声音是由物体的振动产生的,通 过空气或其他介质传播的波动现
象。
水波
水面的振动产生的水波,可以用 来传播信息或娱乐。
地震波
地震时,地壳的振动产生地震波, 可以用来探测地球内部结构。
总结词:掌握波动方程与波动速的基本概念、波动方程的形式
01
与求解方法、波动速的物理意义等基本要素。
02
详细描述
1. 波动方程与波动速的基本概念包括波动方程的形式、求解方
03 法
THANKS
感谢观看
应用
受迫振动在工程中有着广泛的应用, 如共振、谐振等。
02
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机械波
波的形成与传播
高考物理二轮复习教案 第十二章 机械振动和机械波
第十一章 机械振动和机械波知识网络:§11-1机械振动一、简谐运动的基本概念1.定义物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫简谐运动。
表达式为:F = -kx(1)简谐运动的位移必须是指偏离平衡位置的位移。
也就是说,在研究简谐运动时所说的位移的起点都必须在平衡位置处。
(2)回复力是一种效果力。
是振动物体在沿振动方向上所受的合力。
(3)“平衡位置”不等于“平衡状态”。
平衡位置是指回复力为零的位置,物体在该位置所受的合外力不一定为零。
(如单摆摆到最低点时,沿振动方向的合力为零,但在指向悬点方向上的合力却不等于零,所以并不处于平衡状态)周期:g L T π2=机械振动 简谐运动 物理量:振幅、周期、频率 运动规律 简谐运动图象 阻尼振动 无阻尼振动 受力特点 回复力:F= - kx 弹簧振子:F= - kx 单摆:x L mg F -= 受迫振动 共振 在介质中 的传播 机械波 形成和传播特点 类型 横波 纵波 描述方法波的图象 波的公式:vT =λ x=vt 特性 声波,超声波及其应用波的叠加 干涉 衍射 多普勒效应 实例(4)F=-kx 是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。
凡是简谐运动沿振动方向的合力必须满足该条件;反之,只要沿振动方向的合力满足该条件,那么该振动一定是简谐运动。
2.几个重要的物理量间的关系要熟练掌握做简谐运动的物体在某一时刻(或某一位置)的位移x 、回复力F 、加速度a 、速度v 这四个矢量的相互关系。
(1)由定义知:F ∝x ,方向相反。
(2)由牛顿第二定律知:F ∝a ,方向相同。
(3)由以上两条可知:a ∝x ,方向相反。
(4)v 和x 、F 、a 之间的关系最复杂:当v 、a 同向(即 v 、 F 同向,也就是v 、x 反向)时v 一定增大;当v 、a 反向(即 v 、 F 反向,也就是v 、x 同向)时,v 一定减小。
高考物理二轮复习专题训练机械振动和机械波
机械振动和机械波一、单选题1.一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.1s时刻的波形如图中虚线所示。
波源不在坐标原点O,P是传播介质中离坐标原点xP=2.5m处的一个质点。
则以下说法中正确的是()A.质点P的振幅为0.05mB.波的频率可能为7.5HzC.波的传播速度可能为50m/sD.在t=0.1s时刻与P相距5m处的质点一定沿y轴正方向运动2.如图所示,一质点做简谐运动,O点为平衡位置,质点先后以相同的速度依次通过M、N两点,历时1s,质点通过N点后再经过1s又第2次通过N点,在这2s内质点通过的总路程为12cm。
则质点的振动周期和振幅分别为()A.3s,6cm B.4s,9cmC.4s,6cm D.2s,8cm3.两列振幅为A、波长相同的平面简谐横波,以相同的速率沿相反方向在同一介质中传播,如图所示为某一时刻的波形图,其中实线为向右传播的波,虚线为向左传播的波,a、b、c、d、e为介质中沿波传播路径上五个等间距的质点。
两列波传播的过程中,下列说法中正确的是()A.质点b、d始终静止不动B.质点a、b、c、d、e始终静止不动C.质点a、c、e始终静止不动D.质点a、c、e以振幅A做简谐运动4.处于同一水平面的振源S1和S2做简谐运动,向四周分别发出两列振幅均为A的简谐横波,波在同一区域传播,形成如图所示稳定的干涉图样。
图中实线表示波峰,虚线表示波谷,N点为波峰与波谷相遇点,M点为波峰与波峰相遇点。
下列说法不正确的是()A.两个振源S1和S2的振动频率一定相同B.M点为振动加强点,其振幅为AC.N点始终处在平衡位置D.从图示时刻开始经过四分之一周期,M、N两点竖直高度差为05.如图所示为某时刻的两列简谐横波在同种介质中沿相同方向传播的波形图,此时质点P的运动方向如图所示,已知质点P在a波上,质点Q在b波上,则下列说法错误的是()A.两列波具有相同的波速B.此时质点Q正沿y轴正方向运动C.一个周期内,质点Q沿x轴前进的距离是质点P的1.5倍D.在质点P完成30次全振动的时间内质点Q可完成20次全振动6.如图所示,甲质点在x1轴上做简谐运动,O1为其平衡位置,A1、B1为其所能达到的最远处。
高考物理二轮复习讲义:机械振动与机械波
机械振动与机械波的综合问题本专题在高考中主要考查简谐运动、波动图像和振动图像以及波的多解等问题。
其中对于波动图像和振动图像的考查较多,常以两图像的相互转化、波的传播方向和质点振动方向的相互判断、结合简谐运动考查波的叠加等形式出题。
近年来的命题形式常常结合情境出题、出题形式变化新颖,主要考查学生的理解能力和模型建构能力,考频较高。
简谐运动如图所示,一根固定在墙上的水平光滑杆,两端分别固定着相同的轻弹簧,两弹簧自由端相距x 。
套在杆上的小球从中点以初速度v 向右运动,小球将做周期为T 的往复运动,则( )A .小球做简谐运动B .小球动能的变化周期为2T C .两根弹簧的总弹性势能的变化周期为T D .小球的初速度为2v 时,其运动周期为2T 下端附着重物的粗细均匀木棒,竖直浮在河面,在重力和浮力作用下,沿竖直方向做频率为1Hz 的简谐运动:与此同时,木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动,如图(a )所示。
以木棒所受浮力F 为纵轴,木棒水平位移x 为横轴建立直角坐标系,浮力F 随水平位移x 的变化如图(b )所示。
已知河水密度为ρ,木棒横截面积为S ,重力加速度大小为g 。
下列说法错误的是( )A .x 从0.05m 到0.15m 的过程中,木棒的动能先增大后减小B .x 从0.21m 到0.25m 的过程中,木棒加速度方向竖直向下,大小逐渐变小C .木棒在竖直方向做简谱运动的振幅为122F F Sgρ- D .木棒的运动为向x 轴正方向传播的机械横波,波速为0.4m/s①简谐运动的条件:F=-kx;②简谐运动的对称条件:做简谐运动的物体经过关于平衡位置对称的两位置时,物体的位移、回复力、加速度、动能、势能、速度、动量等均是大小相等的(位移、回复力、加速度的方向相反,速度、动量的方向不确定);③弹簧振子做简谐运动的周期公式:T=2mk④简谐运动中动能和势能在发生相互转化,但系统机械能的总量保持不变,即系统机械能守恒;简谐运动的能量由劲度系数和振幅决定,劲度系数越大,振幅越大,振动的能量越大。
2012届高考物理知识网络复习机械振动和机械波教案
2012届高考物理知识网络复习机械振动和机械波教案第七机械振动和机械波本综合运用运动学、动力学和能的转化等方面的知识讨论了两种常见的运动形式——机械振动和机械波的特点和规律,以及它们之间的联系与区别。
对于这两种常见的运动,既要认识到它们的共同点,又要搞清它们之间的区别。
其中振动的周期、能量、波速、波长与频率的关系,机械波的干涉、衍射等知识对后面的交流电、电磁波等的复习都具有较大帮助。
本及相关内容知识网络专题一振动简谐运动【考点透析】一、本专题考点:弹簧振子、简谐运动及其描述是II类要求,即能够确切理解其含义及其它知识的联系,能够进行叙述和解释,并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用。
高考中主要考查方向是对简谐运动中概念的描述和运动过程的理解。
在题目中往往与动量、机械能、图象等相联系。
振动中的能量、受迫振动和共振为Ⅰ类要求,要对相关知识点有所了解.二、理解和掌握的内容1.描述简谐运动的物理量振幅A :物体离开平衡位置的最大距离;周期T:物体完成一次全振动所需时间;频率f:振动物体在单位时间内完成的全振动的次数,f=1/T2.对简谐运动的理解(1)回复力与位移成正比、且总指向平衡位置(即与物体离开平衡位置的位移反向)的振动,符合F回=-x,其中是常数,不一定弹簧的劲度系数。
(2)简谐振动实例:弹簧振子的振动和单摆在摆角小于˚时的运动。
(3)F回是根据力的作用效果命名的,简谐运动物体的受到的合外力就是振动的回复力,是变加速运动。
(4)简谐运动的图象是位移-时间图象,即反映了做简谐运动的物体离开平衡位置的位移随时间变化的规律;从图象中可反映出简谐运动的振幅、周期、各时刻物体的位移、速度方向和加速度方向。
3.对全振动的理解物体完成一个全振动的过程必须同时满足两个条:即物体回到原位置和具有与开始时相同的速度(大小和方向)4.难点释疑(1)只有简谐振动的图象才是正、余弦函数图象.(2)振幅与位移的区别①振幅是标量,没有负值;位移是矢量,正负表示方向.②在简谐振动中,振幅与位移的最大值相等,大小不变;而位移却随时间变化而变化.【例题精析】例 1 如果下表中给出的是做简谐振动的物体的位移X或速度V与时刻的对应关系,T是振动的周期,下列选项中正确的是A.若甲表示位移X,则丙表示相应的速度VB.若丁表示位移X,则甲表示相应的速度VC.若丙表示位移X,则甲表示相应的速度VD.若乙表示位移X,则丙表示相应的速度V0T/4T/23T/4T甲零正向最大零负向最大零乙零负向最大零正向最大零丙正向最大零负向最大零正向最大丁负向最大零正向最大零负向最大解析:正确答案:A、B.如图9-1所示,O是做简谐运动物体的平衡位置.在物体由O→B→O→A→O的过程中,物体的速度变化是由正向最大→O→负向最大→→正向最大.所以选向A正确.采用同样的方法分析,选项B也是正确.思考与拓宽:此题可以通过位移和速度的关系做出判定,位移减小(或增加)时,速度必定增加(或减小).位移增大时,速度的方向跟位移方向相同;位移减小时,速度方向跟位移相反.例2一弹簧振子作简谐振动,周期为T,则A.若t时刻和(t+Δt)时刻振子运动位移的大小相等、方向相同,则Δt一定等于T的整数倍B.若t时刻和(t+Δt)时刻振子运动速度的大小相等、方向相反,则Δt一定等于T/2的整数倍C.若Δt=T,则在t时刻和(t+Δt)时刻振子运动的加速度一定相等D.若Δt=T/2,则在t时刻和(t+Δt)时刻弹簧的长度一定相等解析:如图9-2是某一物体的振动图线,对A选项图中的b、c两点振动位移的大小、方向相同,但Δt≠T.A不正确.b、c两点速度大小相等,方向相反,Δt≠T/2,所以B不正确.对C选项,因为Δt=T所以t和(t+Δt)时刻,则振子的位移速度、加速度等都重复变化,加速度相同,C正确.对于D,Δt=T/2振子位移大小相同方向相反,弹簧的形变相同,但弹簧的长度不一定相同,D不正确,故正确答案为C.思考与拓宽:做简谐振动物体的位移、速度、加速度、能量等都随时间做周期性变化,解答此类问题要善于利用图象.【能力提升】I 知识与技能1.关于简谐振动的位移,加速度和速度的关系,下列说法中正确的是( )A.位移减小时,加速度减小,速度减小B.位移方向总是跟加速度方向相反,跟速度方向相同C.物体的运动方向指向平衡位置时,速度方向跟位移方向相反,背向平衡位置时,速度方向跟位移方向相同D.物体朝左运动,加速度方向跟速度方向相同,朝右运动,加速度方向跟速度方向相反2.关于简谐振动,下列说法正确的是( )A.回复力的方向总是指向平衡位置时,物体的振动一定是简谐振动B.加速度和速度的方向总跟位移的方向相反C.物体做简谐振动,速度的方向有时与位移方向相同,有时与位移方向相反D.物体做简谐振动,加速度最大时,速度也最大3.如图9-3所示,物体可视为质点,以O为平衡位置,在A、B间做简谐振动,下列说法中正确的是( )A.物体在A和B处的加速度为零B.物体通过点O时,加速度的方向发生变化C.回复力的方向总跟物体的速度方向相反D.物体离开平衡位置O的运动是匀减速运动4.弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动,在振子向平衡位置运动的过程中( )A.振子所受回复力逐渐增大B.振子的位移逐渐增大.振子的速度逐渐增大D.振子的加速度逐渐增大5.如图9-4所示,在张紧的绳子上挂了a、b、c、d四个单摆,摆长关系为,让d摆摆动起(摆角不超过0),则下列说法正确的是( )A.b摆发生振动,其余摆均不动B.所有的摆均以相同频率振动C.所有的摆均以相同摆角振动D.以上说法均不正确6.如图9-所示,为某物体作受迫振动的共振曲线,从图中可知该物体振动的固有频率是________Hz,在驱动力频率由10Hz增大到20Hz的过程中,物体振动的振幅变化情况是_________________II 能力与素质7.如图9-6所示,有一弹簧振子经过a、b两点时动量相同,从a到b经历02s,从b再回到a的最短时间为03s,则这个振子的周期为( )A.1sB.08s.06sD.04s8.如图9-7所示,质量为m的物体A放置在质量为M的物体B上,B与弹簧相连,它们一起在光滑水平面上做简谐振动,振动过程中A、B之间无相对运动,设弹簧的劲度系数为K,当物体离开平衡位置的位移为x时,A、B间摩擦力的大小等于( )A.0B.KxC.D.9.一个水平方向振动的弹簧振子以为平衡位置在AB做简谐运动,从某时刻开始计时(t=0),经过周期,振子具有正向最大的加速度,则图9-8中正确反映振子振动情况的是( )10.一个弹簧竖直悬挂一个小球,当弹簧伸长使小球在位置时处于平衡状态,如图9-9,现将小球向下拉一小段距离后释放,小球在竖直方向做简谐运动,则( )A.小球运动到位置时,回复力为零B.当弹簧恢复到原长时,小球的速度最大.当小球运动到最高点时,弹簧形变量最大D.在运动的过程中,小球的最大加速度一定大于重力加速度11.如图9-10所示,两个木块1、2质量分别为、,用劲度系数为的轻弹簧连在一起,放在水平地面上,将木块1压下一段距离后释放,它就上下做简谐运动,在运动过程中木块2刚好始终不离开地面。
高三物理二轮专题复习专题一机械振动机械波
崇庆中学高14级二轮专题复习资料(学生版)资料整理人苟良波专题一:机械振动、机械波1.(5分)如图所示,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震动的振幅和周期分别为A和T,则A A0(填“>”“<”“=”),T T0(填“>”“<”“=”)。
2.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线上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8 m、14.6 m,P、Q开始振动后,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.P、Q两质点运动的方向始终相同B.P、Q两质点运动的方向始终相反C.当S恰好通过平衡位置时,P、Q两点也正好通过平衡位置D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰E.当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰3.某同学漂浮在海面上,虽然水面波正平稳地以1.8 m/s的速率向着海滩传播,但他并不向海滩靠近。
该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15 s。
下列说法正确的是_____。
(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.水面波是一种机械波B.该水面波的频率为6 HzC.该水面波的波长为3 mD.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时能量不会传递出去E.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时振动的质点并不随波迁移4.(1)(6分)如图,a.、b、c.、d是均匀媒质中x轴上的四个质点,相邻两点的间距依次为2m、4m和6m一列简谐横波以2m/s的波速沿x轴正向传播,在t=0时刻到达质点a处,质点a 由平衡位置开始竖直向下运动,t =3s 时a 第一次到达最高点。
高考物理最新力学知识点之机械振动与机械波知识点总复习有答案解析
高考物理最新力学知识点之机械振动与机械波知识点总复习有答案解析一、选择题1.两根相同的绳子上某时刻存在A、B 两列绳波,两波形如图所示。
经过t 时间,在该区域内两波再次出现如图波形,设A和B 的周期分别是T A、T B,则t 可能等于()A.T A B.T BC.2T A D.2T B2.如图所示,S是x轴上的上下振动的波源,振动频率为10Hz.激起的横波沿x轴向左右传播,波速为20m/s.质点a、b与S的距离分别为36.8m和17.2m,已知a和b已经振动.若某时刻波源S正通过平衡位置向上振动,则该时刻下列判断中正确的是A.b位于x轴上方,运动方向向下B.b位于x轴下方,运动方向向上C.a位于x轴上方,运动方向向上D.a位于x轴下方,运动方向向上3.沿x轴正向传播的一列简谐横波在t=0时刻的波形如图所示,M为介质中的一个质点,该波的传播速度为40m/s,则t=s时A.质点M对平衡位置的位移一定为负值B.质点M的速度方向与对平衡位置的位移方向相同C.质点M的加速度方向与速度方向一定相同D.质点M的加速度方向与对平衡位置的位移方向相同4.如图所示,弹簧振子以O点为平衡位置,在M、N两点之间做简谐运动.下列判断正确的是()A.振子从O向N运动的过程中位移不断减小B.振子从O向N运动的过程中回复力不断减小C.振子经过O时动能最大D.振子经过O时加速度最大5.两个弹簧振子,甲的固有频率是100Hz,乙的固有频率是400Hz,若它们均在频率是300Hz的驱动力作用下做受迫振动,则()A.甲的振幅较大,振动频率是100HzB.乙的振幅较大,振动频率是300HzC.甲的振幅较大,振动频率是300HzD.乙的振幅较大,振动频率是400Hz6.图甲所示为以O点为平衡位置、在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子,图乙为这个弹簧振子的振动图象,由图可知下列说法中正确的是A.在t=0.2s时,弹簧振子运动到O位置B.在t=0.1s与t=0.3s两个时刻,弹簧振子的速度相同C.从t=0到t=0.2s的时间内,弹簧振子的动能持续地减小D.在t=0.2s与t=0.6s两个时刻,弹簧振子的加速度相同7.如图是观察水面波衍射的实验装置,AC 和 BD 是两块挡板,AB 是一个孔,O 是波源。
高考物理二轮复习专题七选考模块机械振动和机械波光电磁波学案
第2讲机械振动和机械波光电磁波机械振动和机械波[必备知识]1.必须理清知识间的联系2.必须弄明的六个问题(1)单摆的回复力是重力的切向分力,或合力在切向的分力。
单摆固有周期T=2πlg 。
(2)阻尼振动的振幅尽管在减小,但其振动周期(频率)不变,它是由振动系统决定的。
(3)稳定时,受迫振动的周期或频率等于驱动力的周期或频率,与物体的固有频率无关。
共振图象的横坐标为驱动力的频率,纵坐标为受迫振动物体的振幅。
共振条件:f驱=f固。
(4)机械波必须要在介质中传播。
振动质点是“亦步亦趋”,但不“随波逐流”!(5)横波是质点振动方向与波的传播方向垂直的波。
注意:“垂直”是一个直线和一个面的关系——沿水平方向传播的横波,质点可能不只是上下振动。
(6)机械波传播时,频率(f)由振源决定,与介质无关且稳定不变,波速(v)由介质决定。
波从一种介质进入另一种介质,频率不会发生变化,因为速度变化了,所以波长将发生改变。
[真题示例]1.[2020·全国卷Ⅰ,34(1)]如图1(a),在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0,-2)。
两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示。
两列波的波速均为1.00 m/s。
两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为________m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)。
图1解析由几何关系可知两波源到A点的距离为AS1=10 m,AS2=8 m,所以两波的路程差为2 m;同理可得,BS1-BS2=0,为波长的整数倍,由振动图象知两振源振动方向相反,故B点振动减弱;两波源到C点的路程差为Δx=CS1-CS2=1 m,波长λ=vT=2 m,所以C点振动加强。
答案 2 减弱加强2.[2020·全国卷Ⅲ,34(1)]如图2,一列简谐横波沿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。
适用于老高考旧教材高考物理二轮复习机械振动与机械波光学鸭第一讲机械振动与机械波pptx课件
位小数)。(g取10 m/s2,
≈π)
解析 若摆角θ<5°,不计一切阻力,则该单摆的振动可视为简谐运动;根据
单摆周期公式可得,其振动周期为 T=2π
,代入数据,解得T=2 s。
每次补充的能量为ΔE=mgΔh=0.1×10×5×10-3 J=5×10-3 J,由于每完成10
次全振动给它补充一次能量,则t=202 s=101T,所以在t=202 s内总共应补充
法正确的是( BCE )
A.乙波的传播速度为0.4 m/s
B.甲、乙两波的频率之比为1∶1
C.两列波叠加后,x=0处的质点振幅为30 cm
D.t=0.55 s时,x=0处的质点处于平衡位置,且向下运动
E.两列波叠加后,x=-1 m处为振动加强点
解析 甲、乙两列简谐横波在同种均匀介质中传播,波速相等,乙波的传播
波长为 4
m,频率为 0.5
Hz。t=2 s时刻,质点A 向下运动 (选
填“向上运动”“速度为零”或“向下运动”)。
解析 由题图知 y=2sin
2π
由 x=1.5 m,y=0 可得,λ=4
π
+4
cm,
m,该波的周期 T==2
s,频率为 0.5 Hz,t=2 s 时,即经过
一个周期,质点 A 又回到初始位置,质点 A 向下运动。
小球A的位置为坐标原点,小球A的水平位移x为横坐标,小球A的竖直位移y
为纵坐标。运动一段时间后,用平滑的曲线连接小球A的位置如图乙所示,
图乙中的点表示频闪照相机记录的小球A的位置。则平台向右运动的速度
2
大小v=
m/s;t=0.35 s时,小球A的
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名师预测一、选择题(本题包括10小题,共40分.每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,错选或不选的得0分)1.人体内部器官的固有频率为4~12 Hz.1986年,法国次声波实验室次声波泄漏,造成30多名农民在田间突然死亡.出现这一现象的主要原因是( )A.次声波传播的速度快B.次声波频率和人体内部器官固有频率相同,由于共振造成器官受损而死亡C.人们感觉不到次声波,次声波可不知不觉地杀死人D.次声波穿透能力强,穿过人体时造成伤害解析:次声波的频率低于20 Hz ,当与人体内部器官的固有频率相同时,发生共振现象,造成器官受损而死亡.答案:B2.如图7-1所示,位于介质 Ⅰ 和 Ⅱ 分界面上的波源S ,产生两列分别沿x 轴负方向与正方向传播的机械波.若在两种介质中波的频率及传播速度分别为f 1、f 2和v 1、v 2,则( )A.f 1=2f 2,v 1=v 2B.f 1=f 2,v 1=0.5v 2C.f 1=f 2,v 1=2v 2D.f 1=0.5f 2,v 1=v 2解析:同一波源的振动频率相同,f 1=f 2,由图知,32321λλ==L 再由v =λf 可知v 1=2v 2.答案:C3.一列简谐横波沿x 轴正方向传播,在t 1=0时波传播到x 轴上的质点B ,在它左边的质点A 恰好位于负最大位移处,如图7-2所示.在t 2=0.6 s 时,质点A 第二次出现在正的最大位移处,则( )A.该简谐波的波速等于10 m/sB.t 2=0.6 s 时,质点C 在平衡位置处且向下运动C.t 2=0.6 s 时,质点C 在平衡位置处且向上运动D.当质点D 第一次出现在正最大位移处时,质点B 恰好在平衡位置且向下运动 解析:质点A 第二次出现正的最大位移所需时间,23s 6.0T t ==解得周期T =0.4s ,则波速,m/s 5m/s 4.02===Tv λA 错.波传到C 点需要s,2.022==Tv λ此时C 点重复质点B 的运动,在平衡位置处且向上运动,再经Δt =(0.6-0.2) s=0.4 s=T ,质点C 的运动状态跟0.2 s 时相同,B 错,C 对.质点D 第一次出现正的最大位移时,即x =1.5 m 处质点的运动传播到D ,需要.431s 7.0m/s 5m )5.15(T ==-此时质点B 处在负最大位移处.答案:C4.一列平面简谐波,波速为20 m/s ,沿x 轴正方向传播,在某一时刻这列波的图象如图7-3所示.由图可知( )A.这列波的周期是0.2 sB.质点P 、Q 此时刻的运动方向都沿y 轴正方向C.质点P 、R 在任意时刻的位移都相同D.质点P 、S 在任意时刻的速度都相同解析:由图象可知λ=4 m ,据λ=vT 可知T =λ/v =4/20 s=0.2 s ,故A 正确.据波的传播方向与质点的振动方向的关系可判断出,此时刻P 、Q 的运动方向都沿y 轴正方向,故B 正确.由于P 、S 两个质点的平衡位置间的距离等于一个波长,故P 、S 振动完全相同,故D 正确,C 错.答案:ABD5.下列说法中正确的是( )A.将单摆从地球赤道移到南(北)极,振动频率将变大B.将单摆从地面移至距地面高度为地球半径的高度时,则其振动周期将变到原来的2倍C.将单摆移至绕地球运转的人造卫星中,其振动频率将不变D.在摆角很小的情况下,将单摆的振幅增大或减小,单摆的振动周期保持不变 解析:单摆周期.2glT π=南(北)极处的重力加速度比赤道处大,周期变小,频率变大,选项A 正确;由2rMmG mg =知,从地面移至距地面高度为地球半径的高度时,重力加速度将变为原来的,41则周期变为原来的2倍,选项B 正确;人造卫星中的物体处于完全失重状态,单摆不会摆动,故选项C 错误;单摆的周期与振幅无关,选项D 正确.答案:ABD6.位于坐标原点的波源产生一列沿x 轴正方向传播的简谐横波,波速为400 m/s.已知t =0时,波刚好传播到x =40 m 处,如图7-4所示,在x =400 m 处有一接收器(图中未画出),则下列说法正确的是( )A.波源开始振动时方向沿y 轴正方向B.波源的振动周期为T =0.05 sC.若波源向x 轴负方向运动,则接收器接收到的波的频率小于波源的频率D.该简谐横波在传播过程中只有遇到尺寸小于或等于20 m 的障碍物时才会发生明显的衍射现象解析:由图象知,波源开始振动的方向沿y 轴负方向,A 错.λ=20 m ,则,s 05.0s 40020===vT λB 正确.据多普勒效应,接收器接收到的波的频率小于波源的频率,C 正确.据波发生明显衍射现象的条件知D 错.答案:BC7.图7-5甲是利用沙摆演示简谐运动图象的装置.当盛沙的漏斗下面的薄木板被水平匀速拉出时,做简谐运动的漏斗漏出的沙在板上显示出沙摆的振动位移随时间变化的关系曲线.已知木板被水平拉动的速度为0.20 m/s ,图乙所示的一段木板的长度为0.60 m,则这次实验沙摆的摆长大约为(取g =π2)( )A.0.56 mB.0.65 mC.1.00 mD.2.25m解析:由于木板匀速拉动,据s=vt ,则s,3s 20.060.0===v s t 显然t =2T ,则T =1.5 s ,据,2gLT π=可计算出摆长L 大约为0.56 m.故A 正确. 答案:A8.某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s 和9 km/s.一种简易地震仪由竖直弹簧振子P 和水平弹簧振子H 组成(图7-6),在一次地震中,震源在地震仪下方,观察到两振子相差5 s 开始振动,则( )A.P先开始振动,震源距地震仪约36 kmB.P先开始振动,震源距地震仪约25 kmC.H先开始振动,震源距地震仪约36 kmD.H先开始振动,震源距地震仪约25 km解析:由两种波的传播速率可知,纵波先传到地震仪位置,设所经历时间为t,则横波传到地震仪处的时间为t+5 s,由位移关系可得4(t+5 s)=9t,t=4 s,则震源距地震仪距离l=vt=36 km,故A正确.答案:A9.如图7-7甲所示,同一水平直线上相距6 m的A、B两处各有一个振源,C为A、B连线的中点.在t0=0时刻,A、B两处的质点以相同的振幅同时开始做垂直于直线AB的上下振动,且都只振动了一个周期,它们的振动图象分别为图乙和图丙.若A处振源向右传播的波与B处振源向左传播的波在t1=0.3 s时刻于C点相遇,则( )A.两列波在A、B间的传播速度均为10 m/sB.两列波的波长都是4 mC.在两列波相遇的过程中,中点C为振动加强点D.在t2=0.7 s时刻,B处质点经过平衡位置且振动方向向下解析:根据题意可知:两列波的传播速度均为,m/s 10m/s 3.03===t s v A 正确;由振动图象知两列波周期均为0.2 s,λ=vT =10×0.2 m=2 m,B 错误;中点C 与两波源的路程差为0,但两波源的起始振动方向相反,故C 为振动减弱点,C 错误;因A 波经过0.6 s 传播至B 处质点,故0.7 s 时B 处质点的振动情况和0.1 s 时A 处质点的振动情况相同,0.1 s 时A 处质点正经过平衡位置向下运动,故D 正确.答案:AD10.一简谐横波在x 轴上传播,波源振动周期T =0.1 s ,在某一时刻的波形如图7-8所示,且此时a 点向下运动.则( )A.波速为20 m/s ,波沿x 轴正向传播B.波速为20 m/s ,波沿x 轴负向传播C.波速为10 m/s ,波沿x 轴负向传播D.波速为10 m/s ,波沿x 轴正向传播 解析:由图象知波长λ=2 m ,则波速.m/s 20==Tv λ根据“上坡质点向下动,下坡质点向上动”的规律,由a 点向下运动得出波沿-x 方向传播,B 正确.答案:B二、填空实验题(2小题,共20分)11.(8分)一列沿着x 轴正方向传播的横波,在t =0时刻的波形如图7-9甲所示.图甲中某质点的振动图象如图乙所示.质点N 的振幅是________m ,振动周期为________s ,图乙表示质点_________(从质点K 、L 、M 、N 中选填)的振动图象.该波的波速为________m/s.解析:由图甲可知,振幅为0.8 m.由图乙可知,振动周期T =4 s.由图乙可知该质点在t =0时,正由平衡位置向y 轴正方向振动,故它表示质点L 的振动图象.由λ=vT 可得,.m/s 5.0m/s 42===T v λ答案:0.8 4 L 0.512.(12分) (1)甲、乙两同学做“用单摆测重力加速度”实验,甲同学用秒表测量单摆的周期:当单摆摆动稳定且到达最低点时开始计时并记为0,单摆每次经过最低点计一次数,当数到n =60时秒表的示数如图甲所示,则该单摆的周期是_________s(结果保留三位有效数字);乙同学用游标卡尺测量摆球的直径如图乙所示,则游标卡尺的读数是_________cm.(2)在做实验时,可能导致重力加速度的测量结果偏大的有________. A.振幅偏小B.在未悬挂摆球之前先测定好摆长C.摆球做圆锥摆运动D.将摆线长和球的直径之和当成了摆长解析:(1)单摆每一个周期通过最低点两次,所以数60次的时间为30个周期,从秒表中读数为67.2 s(或67.3 s),周期为.s 24.230==tT 游标卡尺主尺读数为15 mm ,游标尺第12条刻度与主尺刻度对齐,L =15 mm+0.05 mm×12=15.60 mm=1.560 cm.(2)根据单摆周期公式glt π2=可得,422T l g π=所以重力加速度测量值与振幅无关,A 错;未悬挂摆球前测定摆长,l 值偏小,g 值偏小,B 错误;摆球做圆锥摆运动周期变短,g 值偏大,摆线长加摆球直径作为摆长,摆长偏大,g 值偏大,CD 正确.答案:(1)2.24(3分) 1.560(3分) (2)CD(6分) 三、计算题(4小题,共40分)13.(8分)一列横波波速v =40 cm/s ,在某一时刻的波形如图7-11所示,在这一时刻质点A 振动的速度方向沿y 轴正方向.求:(1)这列波的频率、周期和传播方向;(2)从这一时刻起在0.5 s 内质点B 运动的路程和位移; (3)画出再经过0.75 s 时的波形图.解析:(1)从图中可得出波长λ=8 cm ,这列波的频率和周期分别是,Hz 5==λvf .s 2.01==fT A 点此刻振动的速度方向向上,说明波沿x 轴负方向传播. (2)质点B 原来位于平衡位置,速度方向沿y 轴负方向.0.5 s 即2.5个周期后质点又回到平衡位置,速度方向变为竖直向上.则B 点在0.5 s 内的位移等于零.通过的路程为s =2.5×4×0.1 m=1 m.(3)波形如图中虚线所示.答案:(1)5 Hz 0.2 s 沿x 轴负方向传播 (2)1 m 0 (3)略14.(10分)如图7-12所示,在某介质中波源A 、B 相距d =20 m ,t =0时两者开始上下振动,A 只振动了半个周期,B 连续振动,所形成的波传播速度v =1.0 m/s ,开始阶段两波源的振动图象如图7-13所示.(1)在图7-14中定性画出 t =14.3 s 时A 波所达位置一定区域内的实际波形. (2)求时间t =16 s 内从A 发出的半波前进过程中所遇到的波峰个数. 解析:(1)波形图如下图所示(2)16 s 内两列波相对运动过的长度为Δl =l A +l B -d =2vt -d =12 mA 波宽度为m 2.022===AAT va λ B 波波长为λB = vT B =2 m可知A 波经过了6个波峰.答案:(1)略 (2)6个15.(10分)一列简谐波沿直线传播,A 、B 、C 是直线上的三点,如图7-15所示,某时刻波传到B 点,A 刚好位于波谷,已知波长大于3 m 小于5 m,AB =5 m,周期T =0.1 s,振幅A =5 cm,再经过0.5 s,C 第一次到达波谷,则A 、C 相距多远?到此时为止,A 点运动的路程为多大?解析:(1)若λ)41(m 5+==n ABm 1420m 415+=+=n n λ 由于3 m <λ<5 m 所以n =1,λ=4 m,m/s 40==Tv λAC =vt +λ=24 m若,)43(m 5λ=+==n AB 34m20+=n λ此时无解.(2)A 点运动路程.m 25.24s1.045s 5.0=⨯+=A Ts 答案:24 m 1.25 m16.(12分)有两列简谐横波a 、b 在同一媒质中沿x 轴正方向传播,波速均为v =2.5 m/s.在t =0时两列波的波峰正好在x =2.5 m 处重合,如图7-16所示.图7-16(1)求两列波的周期T a 和T b .(2)求t =0时两列波的波峰重合处的所有位置.(3)辨析题:分析并判断在t =0时是否存在两列波的波谷重合处.某同学分析如下:既然两列波的波峰与波峰存在重合处,那么波谷与波谷重合处也一定存在.只要找到这两列波半波长的最小公倍数,……,即可得到波谷与波谷重合处的所有位置.你认为该同学的分析正确吗?若正确,求出这些点的位置.若不正确,指出错误处并通过计算说明理由.解析:(1)从图中可以看出两列波的波长分别为λa =2.5 m 、λb =4.0 m ,因此它们的周期分别为s 1s 5.25.2===v T aa λ .s 6.1s 5.20.4===v Tb a λ (2)两列波波长的最小公倍数为s=20 mt =0时,两列波的波峰重合处的所有位置为x =(2.5±20k )m(k =0,1,2,3,…).(3)该同学的分析不正确.要找两列波的波谷与波谷重合处,必须从波峰重合处出发,找到这两列波半波长的整数倍恰好相等的位置.设距离x =2.5 m 为L 处两列波的波谷与波谷相遇,并设,2)12(,2)12(ban L m L λλ-=-=式中m 、n 均为正整数只要找到相应的m 、n 即可将λa =2.5 m,λb =4.0 m 代入并整理,得585.20.41212===--b a n m λλ 由于上式中m 、n 在整数范围内无解,所以不存在波谷与波谷重合处.答案:(1)1 s 1.6 s (2)2.5±20k (k =0,1,2,3,…) (3)该同学的分析不正确。