对称性在振动和波问题中的运用
振动和波难点分析
振动和波难点例析上师大附中 李树祥一、简谐运动的对称性简谐运动的对称性是指振子经过关于平衡位置对称的两位置或来回经过同一位置时，振子的位移、回复力、加速度、动能、势能、速度等均是等大的。
运动时间也具有对称性，即在平衡位置对称两段位移间运动（或来回经过同一段距离）的时间相等。
例1、如图1所示，一个质点做简谐运动，先后以相同的速度依次通过A 和B 两点，历时1s 。
质点通过B 点后再经过1s 第2次通过B 点，在这2s 内，质点通过的总路程为12cm ，则质点振动的周期和振幅分别是多少？解析：质点在A 和B 两点速度相同，说明A 和B 两点关于平衡位置对称，则由A O 和O B 所用时间都为0.5s 。
质点通过B 点后再经过1s 第二次通过B 点，则由来回对称知由B b 为0.5s 。
则s T 14，所以周期T =4s 。
在这2s 内，质点通过的总路程为12cm ，而2s 内质点通过的路程为2A ，由2A =12cm ，得A =6cm 。
例2、一弹簧振子作简谐运动，周期为T ，则（ ）A.若t 时刻和t +∆t 时刻振子运动位移的大小相等，方向相同，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，方向相反，则∆t 一定等于T2的整数倍 C.若∆t =T ，则在t 时刻和t +∆t 时刻振子运动的加速度一定相等；D.若∆t =T2，则在t 时刻和（t +∆t ）时刻弹簧的长度一定相等。
解析：由于振动具有周期性，故当∆t =T 时，t 时刻和t +∆t 时刻振子在同一位置，运动的位移、速度加速度相同，因此C 对；而由来回对称知，来回经过同一点时速度大小相等，方向相反，而来回经过同一点的时间，除往返经过平衡位置时为半个周期外，其他时间可不等于T2的整数倍，故B 错；若∆t =T ，则恰好完成一次全振动，振子一定回到原位置，则加速度一定相同，故C 正确；除t =0外，当∆t =T2时，t 时刻和t +∆t 时刻，振子处于以平衡位置为对称的两个位置，位移大小相等，方向相反，说明弹簧一次处于伸长状态一次处于收缩状态，因此其长度一定不相等，故选项D 错；因此答案选C 。
高二物理波的干涉和衍射试题答案及解析
高二物理波的干涉和衍射试题答案及解析1.如图表示两列同频率相干水波在t＝0时刻的叠加情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为2cm（且在图中所示范围内振幅不变），波速为2m/s，波长为0.4m，E点为BD连线和AC连线的交点。
下列叙述正确的是（）A．A、C两点都是振动加强的B．振动加强的点只有B、E、DC．直线BD上的所有点都是振动加强的D．B、D两点在该时刻的竖直高度差为8cm【答案】CD【解析】A、C两点都为波峰与波谷叠加，振动减弱，故选项A错误；B、D两点波谷和波谷、波峰和波峰叠加点，为振动加强点，两点连线上所有点均为振动加强点，所以选项B错误、C正确；该时刻，D点处于波峰，偏离平衡位置的位移大小为4cm，B点处于波谷，偏离平衡位置的位移大小为4cm，则BD两点此时刻竖直高度差为8cm，所以选项D正确；【考点】波的叠加2.声波比光波容易产生明显的衍射，原因是()．A．声波是纵波，光波是横波B．声波是机械波，光波是电磁波C．一般障碍物尺寸跟声波波长相近而比光波波长大得太多D．声波必须通过介质传播，而光波可以在真空中传播【答案】C【解析】产生明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相近。
声波的波长远大于光波的波长，更容易与一般障碍物的尺寸相近，满足衍射条件，因此声波比光波更容易发生明显的衍射现象．正确选项选C。
3.消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题．内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来消弱高速气流产生的噪声．干涉型消声器的结构及气流运行如图所示，产生波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播．当声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇，即可达到消弱噪声的目的．若Δr＝r2－ r1,则Δr等于()．A．波长λ的整数倍B．波长λ的奇数倍C．半波长的奇数倍D．半波长的偶数倍【答案】C【解析】根据波的干涉，两列波的路程差等于半波长奇数倍时，叠加后减弱，从而达到消弱噪音的目的，C正确．4.两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则A．在两波相遇的区域中会产生干涉B．在两波相遇的区域中不会产生干涉C．点的振动始终加强D．点的振动始终减弱【答案】B【解析】波在确定的介质中具有确定的速度，图中两列波波长不同，根据可知，两列波的频率、周期不同，不能产生稳定的干涉图样，故选B。
热点专题系列(十一)利用图像分析振动和波的问题
利用图像分析振动和波的问题
【热点概述】
图像法是物理问题中常见的解题方法之一，是用数学手段解决 物理问题能力的重要体现。应用图像法解物理问题要明确图像 的数学意义，再结合物理模型弄清图像描述的物理意义，两者 结合，才能全面地分析问题。图像是这部分的重要内容，通过
图像把抽象的问题形象、具体地反映出来。通过对振动图像和
1.由振动图像读出周期，由波动图像读出波长。 2.判断传播方向,如果题干没有给出,则假设向右、向左传播。 3.画出已知距离的两点间最简单的波形图，找出两个质点之间
的距离与波长之间的关系式，或找出两个状态的时间与周期的
关系式。
【例证2】一列简谐横波沿直线由a向b 传播,相距10.5 m的a、b两处的质点振
中的一条直线上，两个振源A、B相距8 m。在t0=0时刻，A、B
开始振动，它们的振幅相等，且都只振动了一个周期，A、B的 振动图像分别如图甲、乙所示。若A振动形成的横波向右传播， B振动形成的横波向左传播，波速均为10 m/s，则( )
A.t1=0.2 s时刻，两列波相遇 B.两列波在传播过程中，若遇到大于1 m的障碍物，不能发生 明显的衍射现象 C.在两列波相遇过程中，AB连线中点C处的质点的振动速度始 终为零
像如图所示， 则该波在t=0.3 s时刻的波形曲线为(
)
【解析】选A。由题图可知t＝0.3 s时刻处于x＝1 m处的质点在 波谷位置。显然t＝0.3 s时刻的波形图中只有A对应了x＝1 m处
的质点处在波谷位置，A正确。
2. 一列简谐横波沿直线传播，已知介 质中a、b两质点平衡位置间的距离为
2 m，a、b两质点的振动情况如图所
命题以这类典型习题为主,考查同学们综合、灵活、多变等诸
8振动和波动 光及光的本性
【破题关键】 最大 加速度_____ 为零 。 (1)质点在平衡位置处的振动速度_____, 为零 加速度 (2)质点在偏离平衡位置位移最大处的速度_____,
最大 。 _____
向下 。 (3)t=0时刻图中的b质点运动方向_____
【解析】选D。质点在平衡位置处的振动速度是最大的,所以在
零时刻a的速度小于b的速度,A错误;而质点偏离平衡位置越远
sin
① ②
在△OBC中,由几何关系得：α=2β 由①②得：2cosβ= 3 可得β=30°,α=60° 所以CD=Rsin60°=
3R 2
答案： 3 R
2
【加固训练】一半径为R的 1 球体放置在水平面上,球体由折射
4
率为 3 的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内 的光线,平行于桌面射到球体表面上,折射入球体后再从竖直表 面射出,如图所示。已知入射光线与桌面的距离为 3R 。求出
周期T=
于加速度方向向下,而位移方向向上,因此D正确。
2.(2012·福建高考)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,其振动图像如图乙
所示,则该波的传播方向和波速分别是( )
A.沿x轴负方向,60m/s C.沿x轴负方向,30m/s
B.沿x轴正方向,60m/s D.沿x轴正方向,30m/s
加速度越大,a的加速度大于b的加速度,B错误;根据波的图像
“同侧法”可以判断在零时刻,b在平衡位置且向下振动,D正
确,C错误。
【拓展延伸】 (1)再过 T ,a,b两质点各在何位置?
2
【解析】再过
T ,a在下方最大位移处,b在平衡位置。 2
(2)画出a的振动图像。 【解析】t=0时,a在最大位移处。所以a的振动图像如图。
高中物理“波的干涉”问题解析专题辅导
“波的干涉”问题解析重庆张大洪频率相同的两列波在相遇的区域中将形成某些区域的振动始终加强，某些区域的振动始终减弱，且振动加强与减弱的区域相互间隔的稳定干涉现象；本文从以下几个方面来探讨“波的干涉”问题的分析方法与过程。
一、波的干涉图象及位移、速度的合成与能量问题：注意波峰与波峰、波谷与波谷相遇而叠加时，此质点的合振幅必为最大，故此位置必形成干涉加强；波峰与波谷相遇而叠加时，质点的合振幅必为最小，故此位置必形成干涉减弱；二振动的平衡位置相遇且二振动在某点处引起的速度方向相同时，则该质点的振动能量必最大，故该位置必形成干涉加强；二振动的平衡位置相遇且二振动在某点处引起的速度方向相反时，则该质点的振动能量必最小，故该位置必形成干涉减弱。
例1图1中为两个相干波源发出的波相遇时某时刻的情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷；相干波的振幅均为5cm，波速与波长分别为；点C为相邻圆弧间的中央处的同心圆的交点。
则：⑴此时图中标示的点中振动最强的点有________，振动最弱的点有______；⑵从该时刻起经过个周期时位移为0的点有__________；⑶图示时刻A、B 二点在振动方向上的高度差为______________；⑷图示时刻质点C的位置与运动状态为________________________________；⑸从图示时刻起经过，质点B通过的路程为________。
分析：由图1知点A、E为波峰与波峰相遇，故A、E点的合振幅必最大即为振动最强的点；点B为波谷与波谷相遇合振幅也最大，仍为振动最强的点；点D、F为波峰与波谷相遇故其合振幅为0即为振动最弱的点；对点C因为是相邻圆弧间的中央处的同心圆的交点，即为过E、F的二圆弧间（圆心在右上角的圆）的中央处的同心圆与过E、B的二圆弧间（圆心在左上角的圆）的中央处的同心圆的交点，故点C距过B点的二波谷间的距离（图1中的二粗短线段示）必均为个波长，因而此时二振动传到点C的状态必为平衡位置，那么二振动在点C的合成如图2示，波从B向C传播故二振动在点C产生的速度方向必均向负方向且有最大速度，故点C必有向负方向的最大合速度，因而点C的振动能量为最大值，那么点C必为振动最强的点。
第12节振动和波之3 用Excel研究振动与波问题-电脑Excel在物理教与学中的应用
“振动与波”问题解题通常有三种方法：公式法、图象法、EXCEL 作图法电脑作图，常用两种方法，一是在“附件”里的“画图”作图，二是用“Excel”作图。
“画图”里的作图，很直观，但不太精确，较精确，但不直观，Excel 作图法既直观又精确，但比较麻烦。
内容提要：“振动和波”问题，传统方法是分析法和图象法，本文介绍另一种方法——鲜为人知的“波函数法”，波函数法比传统方法更“数学”一些，是“用数学工具解决物理问题”吧。
关键词：波函数，振动方程，波动公式，振动和波，一、什么是波函数？波函数的定义：为了定量地描述介质中波动的情况，必修求得介质中各质元的位移与该质元所处的平衡位置及时间的定量关系，这种定量关系就是波的表达式，也叫做波函数（wave function ）。
二、简谐波函数的推导设有一波前为平面的简谐波，在均匀介质中沿x 轴正方向传播，波速为v 。
由于这是一种平面波，所以在与x 轴垂直的平面上，各点的振动情况是一样的。
所以只要讨论x 轴上各点的振动，就可以知道空间中各点的情况。
以O 点为波源，设该处质元做简谐振动，其位移u 与时间t 的关系为t A y ωcos =式中A 为振幅，ω为角频率。
考察波线O x 上的任一点P ，它离O 点的距离为x ，当波源O 的振动传到P 点时，P 点的质元将重复O 点的质元的振动，角频率也相同，但振动的相位要落后于O 点。
因为O 点的振动传到P 点需要时间vx，所以P 处质元在时刻t 的振动相位和O 点质元在时刻-=t t 'vx的振动相位一样，即其相位为 )('vxt t -=ωω因为平面简谐波传播时各质元的振幅相等，P 处质元在时刻t 的位移为)(cos vxt A y -=ω，这就是平面简谐波的波函数。
因为T πω2=,Tv λ=,所以波函数也可以写为 )(2cos λπxT t A y -=当x 取某一确定值时，波函数便是某质点的振动方程，例如0=x ，t A y ωcos =便是振源O 的振动方程。
光学、机械振动和机械波压轴解答题(全国甲卷和Ⅰ卷)
光学、机械振动和机械波压轴解答题（全国甲卷和Ⅰ卷）高考物理光学、机械振动和机械波压轴解答题是考查学生物理学科素养高低的试金石，表现为综合性一般、求解难度不大、对考生的综合分析能力和应用数学知识解决物理问题的能力要求一般等特点。
一、命题范围1.光的折射定律和全反射（压轴指数★★★★）利用光路图找出入射角和折射角，根据折射定律求解。
全反射注意其发生条件。
2、机械振动和机械波（压轴指数★★★★）理解好简谐运动的特点，会根据简谐运动方程判断某质点的运动情况。
会利用波的图像，分析判断波的传播方向和质点振动方向的关系，会利用波长和波速和周期的关系，求解多解问题。
会根据波的叠加原理，判断两列波叠加时的特点。
二、命题类型1.光学情境综合型。
物理情境选自生活生产情境或学习探究情境，物理光学情境综合型试题的物理模型有：各种形状各异的玻璃砖、或水池。
求解方法技巧性强、灵活性高、应用数学知识解决问题的能力要求高的特点。
命题点常包含：光的折射定律、全反射角。
2.波的图像问题、波的干涉叠加问题、波传播的周期性与多解性问题。
简谐运动的振动方程和振动步调相同、相反的频率相同的波源发出两列波的叠加。
根据波的图像，求解波的传播时间，质点振动的位移和路程等问题。
波传播的周期性与多解性问题。
1．（2022·全国·统考高考真题）如图，边长为a 的正方形ABCD 为一棱镜的横截面，M 为AB 边的中点。
在截面所在的平面，一光线自M 点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC 边的N 点恰好发生全反射，反射光线从CD 边的P 点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P 、C 两点之间的距离。
【答案】72n =，PC =【解析】光线在M 点发生折射有sin60°=n sin θ由题知，光线经折射后在BC 边的N 点恰好发生全反射，则1sin C n=C =90°-θ联立有tan θ=2n =根据几何关系有tan 2MB aBN BNθ==解得NC a BN a =-=再由tan PC NCθ=解得12PC a =2．（2021·全国·高考真题）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xB =16cm 。
对称性在振动和波问题中的运用
对称性在振动和波问题中的运用江苏省靖江市季市中学范晓波对称性是简谐振动和简谐波的重要特性，而在处理实际问题时，这一特性往往会被它们的另一重要特性──周期性所冲淡，不被学生重视，以至于对一些考查对称性方面的问题，学生感觉很棘手。
事实上对称性、周期性是反映振动和波本质的两大特性，两者相辅相成，相得益彰。
对称性在简谐运动和简谐波中普遍存在，描述质点振动的一切表征量如回复力、加速度、速度、时间、能量等都具有对称性。
下面列举几例来说明一下对称性在具体问题中的应用。
一、对称性在简谐振动中的应用例1一弹簧振子做简谐运动，周期为，则（）A．若时刻和时刻振子运动速度的大小相等、方向相反，则一定等于的整数倍D．若时刻和时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则一定等于的整数倍C．若，则在时刻和时刻弹簧的长度一定相等D．若，则在时刻和时刻振子运动的加速度一定相同分析：此题是简谐运动中对称性运用的一个典型范例。
分析过程中务必注意不能将考察点放在特殊位置，即平衡位置或端点处。
由过程的对称性可知，振子相邻两次经过同一点时，运动的速度大小相等、方向相反。
如图可得A错。
或如图，两位置关于平衡位置对称，振子运动的位移的大小相等、方向相反，可知B 错。
同上图，前后弹簧可以分别处于压缩状态和伸长状态，弹簧实际长度并不相等。
因此D错。
前后，振子恰好完成一次全振动，即t时刻和（t－△t）时刻振子的振动状态完全相同，所以D正确。
解：选项正确。
说明：选择一般位置作为考察点，利用排除法进行分析，是处理此类振动问题的常用手段和方法。
例2如图所示，两木块的质量分别为、，中间弹簧的劲度系数为，弹簧下端与连接，与弹簧不连接，现将下压一段距离后释放，它就上下做简谐运动，振动过程中始终没有离开弹簧，试求：（1）振动的振幅的最大值；（2）以最大振幅振动时，对地面的最大压力。
分析：与弹簧没有相连接，即将脱离的临界状态是：在最高点两者接触不挤压。
该状态下，弹簧恰好没有形变。
横波的传播方向与质点振动方向的判断方法
1、横波的传播方向与质点振动方向的判断方法已知质点振动速度方向判断波的传播方向，或与之相反的问题，判断的基本规律是横波的形成与传播的特点，常用方法有方法一：上下坡法沿波的传播速度的正方向看，“上坡”的点向下振动，“下坡”的点向上振动，简称“上坡下，下坡上”，（见图甲所示）方法二：同侧法在波的图上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧，（见图乙所示）方法三：头头（尾尾）相对法在波形图的波峰（或波谷）上画出一个箭头表示波的传播方向，波峰（或波谷）两边波形上分别画出两个箭头表示质点的振动方向，那么这三个箭头总是头头相对，尾尾相对（如图丙所示）。
方法四：（平移法）将原波形（实线）沿波的传播方向平移4λ后(虚线)，则从原波形中平衡位置沿y 轴指向虚线最大位移处的方向，表示原波形中质点的振动方向。
(见图丁所示)2、已知波速v 和波形，画出再经△t 时间波形图的方法平移法：先算出经△t 时间波传播的距离△x=v ·△t ，再把波形沿波的传播方向平移△x 即可。
因为波动图象的重复性，若已知波长入，则波形平移11人时波形不变，当△x=n λ+x 时，可采取去整n λ留零x 的方法，只需平移x 即可。
特殊点法：在波形上找两特殊点，如过平衡位置的点和与它相邻的峰(谷)点，先确定这两点的振动方向，再看△t=nT+t ，由于经n 波形不变，所以也采取去整nT 留零t 的方法，分别做出两特殊点经t 后的位置，然后按正弦规律画出新波形。
3、已知振幅A 和周期T ，求振动质点在△t 时间内的路程和位移求振动质点△t 时间内的路程和位移，由于牵涉质点的初始状态，需用正弦函数较复杂，但△t 若为半周期2T 的整数倍则很容易。
在半周期内质点的路程为2A ，若△t=n ·2T，n=1，2，3…则路程s=2A ·n ，其中n=2Tt ∆，当质点的初始位移(相对平衡位置)为x 1=x 0时，经2T 的奇数倍时x 2=-x 0，经2T 的偶数倍时，x 2=x 0。
物理方程中的贝塞尔函数解析振动与波动现象
物理方程中的贝塞尔函数解析振动与波动现象贝塞尔函数是一类重要的特殊函数，它在物理方程中有广泛的应用。
本文将从解析振动与波动现象的角度出发，探讨贝塞尔函数在物理方程中的应用。
一、贝塞尔函数的定义与性质贝塞尔函数是一类满足贝塞尔微分方程的特殊函数，其定义如下：（公式）贝塞尔函数具有多种性质，其中包括对称性、递推关系、积分表示等。
这些性质使得贝塞尔函数成为解析振动与波动现象的有力工具。
二、贝塞尔函数在振动问题中的应用振动是物体在某一平衡位置附近以一定频率前后运动的现象。
贝塞尔函数可以描述振动的幅度和相位随时间和空间变化的规律。
以振动的受迫振动为例，其运动方程可以表示为：（公式）其中，x(t)表示振动的位移，f(t)为外力函数。
当外力的作用下，振动系统的频率与外力的频率相同或有一定关系时，贝塞尔函数可以被用于求解振动系统的解析解。
三、贝塞尔函数在波动问题中的应用波动是物质或场在空间中以一定频率传播的过程。
贝塞尔函数可以用于描述波动的幅度、波节、波峰等特征。
在声学领域，贝塞尔函数常用于描述球面波和柱面波的振幅分布。
球面波的振幅与距离和频率有关，可以使用适当的贝塞尔函数展开。
柱面波也可以用贝塞尔函数的积分表示来描述振幅随径向距离的变化规律。
四、贝塞尔函数在电磁学中的应用贝塞尔函数在电磁学中也有重要应用。
例如，在球坐标系下求解麦克斯韦方程时，贝塞尔函数常常用于展开电磁场的径向分量。
此外，贝塞尔函数还在光学、流体力学等领域中广泛应用。
在光学中，贝塞尔函数可以用于描述光波的干涉和衍射现象。
在流体力学中，贝塞尔函数常用于求解圆柱内外流体的流动问题。
五、贝塞尔函数应用的局限性与扩展尽管贝塞尔函数在物理方程中有广泛应用，但其也存在一些局限性。
例如，贝塞尔函数的解析解通常只在特定边界条件下成立，无法适用于所有情况。
为了克服这些局限性，数值方法和近似方法也被广泛应用于解析振动与波动现象。
例如，有限元法、辛普森法等数值方法可以提供更为精确的解，同时也能够处理复杂的边界条件。
介质中两质点之间的距离与二者振动相位的关联问题
2023年第36期教育教学SCIENCE FANS 介质中两质点之间的距离与二者振动相位的关联问题向晓明（湖北省秭归县第二高级中学，湖北 宜昌 443600）【摘 要】在高中物理教学中，有一个重要的概念叫作质点振动的相位。
文章把质点的振动时间和波的传播距离联系起来，把质点的振动位移和两质点平衡位置的距离关联起来，把个体的振动与整体的波动联系起来，通过两质点的相位差确定振动位移，以此解决介质中两质点之间的距离与二者振动相位的关联问题。
【关键词】高中物理；转化；相位；振动和波【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2023）36-0088-03机机械振动是最常见的运动形式，随着时间的延伸，振动物体的运动状态在不断变化，其振动方程是x =A sin(ωt +φ)，物理学中把(ωt +φ)叫做相位，它代表了做简谐运动的物体此时正处于一个运动周期中的哪个状态。
而波源的振动带动介质中的其他质点依次振动，形成机械波在介质中向远处传播，各质点的振动相位依次滞后，各质点相位差的大小与质点之间的距离密切相关。
研究两个质点之间的距离与振动相位的关联是高中物理教学的一个重要的知识点。
高考中经常出现振动图象与波动图象的关联问题，教师需要引导学生深入分析，总结此类问题的特点和规律，掌握振动与波动的综合问题的求解方法。
1 相关背景知识介质中的某个质点在其平衡位置附近所做的的往复运动叫做机械振动，其振动位移随时间而变化的规律可以用振动图象、即位移-时间图象（也叫x -t 图象）来描述。
高中物理主要研究简谐运动，即质点的位移与时间的关系遵从正弦函数规律，它的振动图象是一条正弦曲线，函数表达式是y =A sin(ωt +φ)，其中A 是振幅，反映振动的强弱；ω==2πf ，周期 T 和频率 f 反映振动的快慢。
介质中的质点之间有相互作用的弹力。
某个质点（即波源）振动，会带动相邻的质点振动，这个质点又带动更远的质点振动��，这样依次带动，只是后面的质点总比前一个质点迟一些开始振动，即振动相位依次滞后，这样振动这种运动形式就沿介质传播出去，形成机械波。
高考物理知识点之机械振动与机械波
精品基础教育教学资料，仅供参考，需要可下载使用！高考物理知识点之机械振动与机械波考试要点基本概念一、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）（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。
3．从总体上描述简谐运动的物理量振动的最大特点是往复性或者说是周期性。
因此振动物体在空间的运动有一定的范围，用振幅A 来描述；在时间上则用周期T 来描述完成一次全振动所须的时间。
（1）振幅A 是描述振动强弱的物理量。
（一定要将振幅跟位移相区别，在简谐运动的振动过程中，振幅是不变的而位移是时刻在改变的）（2）周期T 是描述振动快慢的物理量。
（频率f =1/T 也是描述振动快慢的物理量）周期由振动系统本身的因素决定，叫固有周期。
“对号入座”在解振动和波动图像题中的巧妙运用
的 简 谐 横 波 ， 振 幅 为
以 道 ＝１ｍ 一 ．， 一争一 知 ： ． ， 。ｓ ６Ｔ ４则
２ ｍ， 速 为 ２ ｓ 在 波 ｃ 波 ｍ／ 。 的传 播 方 向 上两 质 点 ｎ 、 ｂ 的平衡 位置 相距 ０ ４ ／ 于一个 波长 ） 当质 点 ． ｍ（ ￣ Ｊ ， ａ在 波峰位 置 时 ， 点 ｂ在 ｚ轴 下 方 与 ｚ 轴相 距 质
罗振 国
福 建 省 泉 州 市 石 狮 一 中 ， 建 省 泉 州 市 ３ ２ ０ 福 ６７０
“ 号入 座”的解 题 技 巧基 于特 殊 点 隐含 于 对
一
２ 提 供 一个 波和 一个振 动 图像 例 ２ ２１ （ ０ ０北 京高 考卷 １ ） 一列 横 波 沿 Ｘ ７
般 情况 的思 想 而设计 。 体 的方法是 先 描绘 一 具
的情况下 ， 就要 注意考虑波 的双 向多解性 。
５ 非特 殊点情 况 侈 （ ０ ０ 海 高考 卷 ２ ） 如 图 １ 所示 ， ４５ ２ １ 上 ０ １
器 一 ， 本 中 来 于 。 所 题 的 丁 自此 １以
（ 目编 辑 栏 黄 懋恩 ）
， ７ １
解 题 启 示
先 将 振 动 公 式 转 化 为 振 动 图
像 ， 以直 观地 看 出质点 的振 动情 况 ， 于 后 面 可 便 的判 断 ， 求考 生对 三角 函数 的 图像 熟 练掌握 。 要
４ 提供 两 个振 动 图像
情景１如图１所示， ． 一（ 一÷）＋ ： ２ 则０４
判 断 出在 质点 Ｂ的振 动方 向 向上 ， 即符 合题 意 的
两点 的最小 距离 为 △ 一 ｓ １
４ Ｚ ４ Ｚ
，
横 波沿 Ｘ 传播 ， ｔ ０ 轴 在 一 时刻 的波形 图如 图 ７ 所
高中物理《机械运动与机械波》练习题(附答案解析)
高中物理《机械运动与机械波》练习题（附答案解析）学校:___________姓名：___________班级：___________一、单选题1．图为一列简谐横波在传播过程中，某个质点开始振动以后的振动图像，根据该图像不能．．得出（）A．简谐波的波长B．简谐波的振幅C．简谐波的周期 D．波源的起振方向2．下列说法正确的是（）A．烟花点火后升空，是地面对烟花的反作用力作用的结果B．红外线应用在遥感技术中，是利用了它穿透本领强的特性C．持续鸣笛的汽车靠近观察者时，观察者接收的频率比声源频率高D．光纤利用光的全反射原理，光纤由内芯和外套组成，内芯的折射率比外套的小3．下列关于多普勒效应的说法正确的是（）A．医院检查身体的“彩超”仪运用了多普勒效应B．大风中，远处人的说话声时强时弱C．由地球上接收到的遥远天体发出的光波发生“红移”现象（各条谱线的波长均变长），可以判断遥远天体正靠近地球D．静止的观察者听到某个单一频率声源发出的声音频率越来越高，说明声源正在远离观察者4．如图甲所示为以O点为平衡位置，在A、B两点间运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图像，由图可知下列说法中正确的是（）A．在t＝0.2s时，弹簧振子的加速度为正向最大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时间内，弹簧振子做加速度增大的减速运动D ．在t ＝0.6s 时，弹簧振子有最小的位移5．一列沿x 轴正方向传播的简谐波，0=t 时刻的波形如图所示，0.2s t =时C 点开始振动，则（ ）A ．0.3s t =时，波向前传播了3m ，质点B 将到达质点C 的位置 B ．0.05s t =时，质点A 的速度方向向下 C ．00.6s 内，质点B 的平均速度为2m /sD ．若同时存在一列振幅为20cm 、频率为2.5Hz 的沿x 轴负方向传播的简谐波，则两列波相遇叠加的区域会出现干涉现象6．图（a ）中医生正在用“彩超”技术给病人检查身体；图（b ）是某地的公路上拍摄到的情景，在路面上均匀设置了41条减速带，从第1条至第41条减速带之间的间距为100m 。
(教师用书)2014高考物理一轮复习 第13讲振动和波课件
波动图像 ①波长、振幅 ②任意一质点此刻的 位移 ③任意一质点在该时 刻加速度方向
图像信息
图像变化 一完整曲线 对应横坐标
随时间推移图像延续, 不变 但原有形状_____
周期 一个_____
随时间推移,图像沿 平移 传播方向_____
波长 一个_____
3.波的衍射与干涉:
现象
衍射
条
件
小 或者跟波长相 障碍物或孔的尺寸比波长___,
专题六 振动和波 光及光的本性 第13讲 振动和波
1.简谐运动的重要特征:
(1)对称性:振动质点在关于平衡位置对称的两点x、F、a、v、
大小 均相等;振动质点来回通过相同的两点间的___ 时 Ek、Ep的_____ 间 相等。 ___
(2)周期性。 ①做简谐运动的物体,描述它的物理量x、F、a、v、Ek、Ep等
A.这列波的周期T=3s B.这列波的传播速度v=2m/s C.这列波的波源起振方向为向上
D.乙图可能是图甲中质点Q的振动图像
【解题探究】 (1)请认真观察图像,回答问题: λ =4m 由振动图像读出周期_____; T=2s ①由波动图像读出波长______, v ②请写出波长、周期和波速的关系式:_____ T。 (2)“x3=6m的介质质点刚刚要开始振动”的含义是什么? 提示:说明波刚传到该点,该点的起振方向和波源相同。
2.(2013·四川高考)图甲是一列简谐横波在t=1.25s时的波形
图,已知c位置的质点比a位置的晚0.5s起振,则图乙所示振动图
像对应的质点可能位于 ( )
A.a<x<b B.b<x<c
C.c<x<d
D.d<x<e
T 【解析】选D。根据题意有 =0.5s,则周期T=1s,在t=1.25s= 2 5 T,题中图乙所示振动图像对应的质点向下振动,并且在x轴 4 的上方。位于a<x<b的质点向上振动,在x轴的上方;位于b<x<c
高考物理波的传播与干涉问题剖析
高考物理波的传播与干涉问题剖析在高考物理中，波的传播与干涉问题一直是重点和难点，也是让许多同学感到头疼的部分。
但只要我们深入理解其基本概念和原理，掌握解题的关键思路和方法，就能轻松应对这类问题。
首先，我们来了解一下波的传播。
波是振动在介质中的传播过程，它可以是机械波，如声波、水波；也可以是电磁波，如光波。
对于机械波，其传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质。
波的传播具有一些重要的特性。
比如，波在同一种均匀介质中是匀速直线传播的。
这意味着，我们可以利用速度公式 v ＝λf （其中 v 为波速，λ为波长，f 为频率）来计算波在一定时间内传播的距离。
在波的传播过程中，还涉及到波的图像。
通过波的图像，我们可以直观地了解波在某一时刻的状态。
比如，能清晰地看到波的振幅、波长等信息。
接下来，我们重点探讨波的干涉。
干涉是两列频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波在空间相遇时，某些区域振动加强，某些区域振动减弱的现象。
要理解干涉，就必须清楚干涉的条件。
频率相同是干涉发生的关键，只有频率相同的两列波，才能在相遇时产生稳定的干涉图样。
那么，如何判断某点是振动加强还是减弱呢？这就需要用到干涉加强和减弱的条件。
当两列波在某点引起的振动位移总是同向时，该点振动加强；当两列波在某点引起的振动位移总是反向时，该点振动减弱。
对于振动加强点，其振幅等于两列波振幅之和；对于振动减弱点，其振幅等于两列波振幅之差。
在解决波的干涉问题时，我们通常需要画出两列波的传播路径，找到它们相遇的区域，然后根据干涉条件和加强减弱的判断方法，确定各个点的振动情况。
为了更深入地理解波的干涉，我们来看一个具体的例子。
假设有两列波长相同、频率相同的正弦波，它们在同一空间中传播。
我们以某一点为例，如果这一点到两列波源的距离差等于波长的整数倍，那么这一点就是振动加强点；如果距离差等于半波长的奇数倍，那么这一点就是振动减弱点。
在高考中，波的传播与干涉问题常常与其他知识点相结合，增加了题目的难度和综合性。
教科版 高中物理选修3-4 机械振动+机械波
（1）振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离叫做振动的振幅。
①振幅是标量。
②振幅是反映振动强弱的物理量。
（2）周期和频率：①振动物体完成一次全振动所用的时间叫做振动的周期。
②单位时间内完成全振动的次数叫做全振动的频率。
它们的关系是T=1/f 。
在一个周期内振动物体通过的路程为振幅的4倍；在半个周期内振动物体通过的路程为振幅2倍；在1/4个周期内物体通过的路程不一定等于振幅 3）简谐运动的表达式：)sin(ϕω+=t A x 4）简谐运动的图像：振动图像表示了振动物体的位移随时间变化的规律。
反映了振动质点在所有时刻的位移。
从图像中可得到的信息： ①某时刻的位置、振幅、周期②速度：方向→顺时而去；大小比较→看位移大小 ③加速度：方向→与位移方向相反；大小→与位移成正比 3、简谐运动的能量转化过程：1）简谐运动的能量：简谐运动的能量就是振动系统的总机械能。
①振动系统的机械能与振幅有关，振幅越大，则系统机械能越大。
②阻尼振动的振幅越来越小。
2）简谐运动过程中能量的转化：系统的动能和势能相互转化，转化过程中机械能的总量保持不变。
在平衡位置处，动能最大势能最小，在最大位移处，势能最大，动能为零。
（二）简谐运动的一个典型例子→单摆： 1、单摆振动的回复力：摆球重力的切向分力。
①简谐振动物体的周期和频率是由振动系统本身的条件决定的。
②单摆周期公式中的L是指摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离，一般也叫等效摆长。
4、利用单摆测重力加速度：（三）受迫振动：1、受迫振动的含义：物体在外界驱动力的作用下的运动叫做受迫振动。
2、受迫振动的规律：物体做受迫振动的频率等于策动力的频率，而跟物体固有频率无关。
1）受迫振动的频率：物体做稳定的受迫振动时振动频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。
2）受迫振动的振幅：与振动物体的固有频率和驱动力频率差有关3、共振：当策动力的频率跟物体固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。
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对称性在振动和波问题中的运用
对称性是简谐振动和简谐波的重要特性，而在处理实际问题时，这一特性往往会被它们的另一重要特性──周期性所冲淡，不被学生重视，以至于对一些考查对称性方面的问题，学生感觉很棘手。
事实上对称性、周期性是反映振动和波本质的两大特性，两者相辅相成，相得益彰。
对称性在简谐运动和简谐波中普遍存在，描述质点振动的一切表征量如回复力、加速度、速度、时间、能量等都具有对称性。
下面列举几例来说明一下对称性在具体问题中的应用。
一、对称性在简谐振动中的应用
例1一弹簧振子做简谐运动，周期为，则（）
A．若时刻和时刻振子运动速度的大小相等、方向相反，则一定等于的整数倍
D．若时刻和时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则一定等于的整数倍
C．若，则在时刻和时刻弹簧的长度一定相等
D．若，则在时刻和时刻振子运动的加速度一定相同
分析：此题是简谐运动中对称性运用的一个典型范例。
分析过程中务必注意不能将考察点放在特殊位置，即平衡位置或端点处。
由过程的对称性可知，振子相邻两次经过同一点时，运动的速度大小相等、方向相反。
如图可得A错。
或
如图，两位置关于平衡位置对称，振子运动的位移的大小相等、方向相反，可知B错。
同上图，前后弹簧可以分别处于压缩状态和伸长状态，弹簧实际长度并不相等。
因此c错。
前后，振子恰好完成一次全振动，即t时刻和（t－△t）时刻振子的振动状态完全相同，所以D正确。
解：选项正确。
说明：选择一般位置作为考察点，利用排除法进行分析，是处理此类振动问题的常用手段和方法。
例2如图所示，两木块的质量分别为、，中间弹簧的劲度系数为，弹簧下端与连接，
与弹簧不连接，现将下压一段距离后释放，它就上下做简谐运动，振动过程中始终没有离开弹簧，试求：
（1）振动的振幅的最大值；（2）以最大振幅振动时，对地面的最大压力。
分析：与弹簧没有相连接，即将脱离的临界状态是：在最高点两者接触不挤压。
该状态下，弹簧恰好没有形变。
到达最低点时对地的压力最大，根据对称性可知：①最低点与平衡位置间距离和最高点与平衡位置间距离相等；②在最低点具有竖直向上的加速度（大小为）。
解：（1）在平衡位置时，设弹簧的压缩量为，则有：
要使振动过程中不离开弹簧，振动的最高点不能高于弹簧的原长处，所以振幅的最大值。
（2）以最大振幅振动时，由对称性可知，最低点弹簧的压缩量为。
对受力分析，根据平衡条件得：
由牛顿第三定律得，对地面的压力。
说明：求解物体对地面的压力的问题一般可以转化为超失重问题。
在利用对称性得到“在最低
点具有竖直向上的加速度（大小为）”后，对整体运用超失重观点：压力=整体重力+超重的量-失重
的量，即（注：此处超重，既不超重也不失重），可以更方便地求解出结果。
例3如图所示，自由下落的小球下落一段时间后与弹簧接触，当弹簧被压缩到最短时，小球的加速度大小为（）（设重力加速度大小为）
A．小于B．等于C．大于 D．无法判断
分析：若小球与弹簧接触后立即与弹簧粘合在一起，那么小球以后将做简谐运动，而现在，至少在小球反弹离开弹簧前，小球的运动可看成简谐运动的一部分，仍然可以考虑利用简谐运动的对称性。
如图，小球在接触点仅受重力，加速度大小为，根据振动的对称性，小球在对称点的加速度大小也为，从对称点到最低点，弹簧压缩量进一步增加，弹力进一步增加，小球加速度也随之增大，所以小球在最低点的加速度大小应大于重力加速度。
解：选项正确。
说明：熟悉弹簧振子、单摆等典型振动的基本特性，在类似问题中灵活地加以迁移运用，可以将复杂的问题简单化，快速而又准确地找到最后的结果。
二、对称性在简谐波中的应用
例4如图所示，为上下振动的波源，振动频率为，所产生的横波左右传播，波速为，已知、两质点距波源的距离为，。
当通过平衡位置向上振动时，、两质点的位置是（）
A．在波峰，在波谷B．都在波峰 C．都在波谷D．在波峰，在波峰分析：产生的机械波向左、右均匀传播，两侧的传播过程关于对称。
利用（）间距离与波长的关系可判断出（）点振动状态；或者借助对称点先判断出、振动状态之间的关系，然后再判断、两点中任意一点的振动状态。
解：如图，设是关于的对称点，则
而，即
可知与的振动反相，则与的振动也反相。
所以、两选项可首先排除。
又，即，结合上图可知，通过平衡位置向上振动时，处在波谷。
所以正确选项为。
说明：在同种均匀介质中，波源振动产生的机械波向四周均匀传播，以波源为中心的各对称点振动情况完全相同，这一点可作为解决类似问题的突破口。
例5在波的传播方向上有、两点，在时，和加速度相同而速度不同，经时，和的速度首次变为相同，此波的波长为，则波速可能为（）
A． B． C． D．
分析：此题考查的是机械波传播过程中，不同质点加速度、速度的对称性。
如果不从对称性入手分析，很难让学生理解。
解：由于、两质点初态加速度相同，所以、两点在初态的位移相等，而、两点的速度不等，则初态时、关于波峰或波谷对称，如图（其中、的平衡位置分别用、表示，初态位置分别用、表示）。
又由于、两质点末态的速度相等，则、的末态位置关于中间一处于平衡位置的质点对称。
综合初、末状态的情况分析，可画出如图所示的波形（其中、末态位置分别用、表示）。
由图可知，到时间内，点恰好从初态位置回到平衡位置。
若波向右传播，则传播的距离为，对应的时间为，所以。
若波向左右传播，则传播的距离为，对应的时间为，所以。
此题正确的选项为、。
说明：对两个质点振动情况已知的问题，一定要充分利用两质点位置、速度或加速度的关系尤其是它们之间的对称性描绘出两质点间的可能波形，找出传播距离与波长或传播时间与周期间的关系后，再利用振动法或波形平移法进行计算。