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

第6天機(jī)械振動(dòng)機(jī)械波問(wèn)題（復(fù)習(xí)篇）目錄考點(diǎn)聚焦：核心考點(diǎn)+高考考點(diǎn)，有的放矢重點(diǎn)速記：知識(shí)點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)梳理，查漏補(bǔ)缺難點(diǎn)強(qiáng)化：難點(diǎn)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(diǎn)聚焦高考考點(diǎn)聚焦常考考點(diǎn)真題舉例振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像相結(jié)合問(wèn)題2023·全國(guó)乙卷·高考真題波形圖波的疊加問(wèn)題2023·全國(guó)甲卷·高考真題波的描述物理量、波的干涉問(wèn)題2022·全國(guó)乙卷·高考真題波的描述物理量、波形圖2022·全國(guó)甲卷·高考真題一．彈簧振子的振動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量1．全振動(dòng)：經(jīng)過(guò)一次全振動(dòng)，位移(x)、加速度(a)、速度(v)三者第一次同時(shí)與初始狀態(tài)相同．2．振幅:一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的周期和頻率有確定的值，由振動(dòng)系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定，與振幅無(wú)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(gè)力或某個(gè)力的分力提供．它一定等于振動(dòng)物體在振動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)決定，與振幅無(wú)關(guān);“－”號(hào)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的判斷方法(1)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力滿足F＝－kx；(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖像是正弦曲線．四、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量是指物體在經(jīng)過(guò)某一位置時(shí)所具有的勢(shì)能和動(dòng)能之和．1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量由振動(dòng)系統(tǒng)和振幅決定，對(duì)同一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，振幅越大，能量越大．2．在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，振動(dòng)的總能量保持不變．3．在振動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能完成兩次周期性變化．物體的位移減小，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，位移增大，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能．五、典型的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)一：?jiǎn)螖[周期公式的理解(1)單擺的周期公式在單擺偏角很小時(shí)成立(偏角為5°時(shí)，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(zhǎng)，即懸點(diǎn)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(wú)關(guān)，所以單擺的周期也叫固有周期．六、典型的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)二：共振1．共振的條件：驅(qū)動(dòng)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(dòng)力的頻率，縱坐標(biāo)為受迫振動(dòng)的振幅．(1)從受力角度看：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，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(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，驅(qū)動(dòng)力對(duì)物體做正功，使振動(dòng)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(dòng)能量最大，振幅最大．(3)認(rèn)識(shí)曲線的形狀：f＝f0時(shí)發(fā)生共振；f＞f0或f＜f0時(shí)振幅較小．f與f0相差越大，振幅越?。?、機(jī)械波的特點(diǎn)(1)機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成機(jī)械波．(2)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都在做受迫振動(dòng)，所以各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期(頻率)均與波源的振動(dòng)周期(頻率)相同．(3)離波源越遠(yuǎn)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)越滯后，但每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)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(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式，各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波遷移．3．振動(dòng)和波動(dòng)的聯(lián)系(1)振動(dòng)是波動(dòng)的原因，波動(dòng)是振動(dòng)的結(jié)果；有波動(dòng)必然有振動(dòng)，有振動(dòng)不一定有波動(dòng)．(2)波動(dòng)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的性質(zhì)、頻率和振幅均與波源相同．八、波長(zhǎng)、頻率和波速1．波長(zhǎng)的三種確定方法(1)定義法：在波動(dòng)中，振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)．(2)圖像法①在波的圖像上，無(wú)論從什么位置開(kāi)始，一個(gè)完整的正弦曲線對(duì)應(yīng)的水平距離為一個(gè)波長(zhǎng)．②在波的圖像上，振動(dòng)位移總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)．(3)公式法：根據(jù)公式λ＝vT來(lái)確定．2．波長(zhǎng)、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(wú)關(guān)，當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，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(zhǎng)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(diǎn)(1)干涉圖樣的特點(diǎn)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(shí)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(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的理解①加強(qiáng)點(diǎn)：振幅最大，為兩列波的振幅之和，即A＝A1＋A2②減弱點(diǎn)：振幅最小，為兩列波的振幅之差，即A＝|A1－A2|③每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移都隨時(shí)間變化，如加強(qiáng)點(diǎn)的位移也可以為零，某時(shí)刻減弱點(diǎn)的位移也可以大于加強(qiáng)點(diǎn)的位移，若兩列波的振幅相等，則減弱點(diǎn)的合振幅為零，并不振動(dòng)．例題1．均勻介質(zhì)中，波源位于O點(diǎn)的簡(jiǎn)諧橫波在xOy水平面內(nèi)傳播，波面為圓。t=0時(shí)刻，波面分布如圖（a）所示，其中實(shí)線表示波峰，虛線表示相鄰的波谷。A處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖（b）所示，z軸正方向豎直向上。下列說(shuō)法正確的是（）

A．該波從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)，所需時(shí)間為B．時(shí)，處質(zhì)點(diǎn)位于波峰C．時(shí)，處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度方向豎直向上D．時(shí)，處質(zhì)點(diǎn)所受回復(fù)力方向豎直向上E．處質(zhì)點(diǎn)起振后，內(nèi)經(jīng)過(guò)的路程為例題2．一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，如圖所示，實(shí)線為時(shí)的波形圖，虛線為時(shí)的波形圖。以下關(guān)于平衡位置在O處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(gè)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，物體B對(duì)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(shí)，彈簧的形變量是多少；（2）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(diǎn)，沿斜面向下為正方向，振子在最低點(diǎn)作為0時(shí)刻，請(qǐng)寫(xiě)出振子的振動(dòng)方程。一、單選題1．圖1、2分別是甲、乙兩個(gè)單擺在同一位置處做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像，則下列說(shuō)法中正確的是（）

A．甲、乙兩單擺的振幅之比為4∶1B．t=2s時(shí)，甲單擺的重力勢(shì)能最大，乙單擺的動(dòng)能最小C．甲、乙兩單擺的擺長(zhǎng)之比為4∶1D．甲、乙兩單擺的擺球在最低點(diǎn)時(shí)，向心加速度大小一定不相等2．關(guān)于單擺的運(yùn)動(dòng)有下列說(shuō)法，正確的是（）①單擺的回復(fù)力是重力沿?cái)[球運(yùn)動(dòng)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(wú)關(guān)與振幅無(wú)關(guān)，與擺長(zhǎng)和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P(guān)④單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是擺角很小如小于5°⑤在山腳下走時(shí)準(zhǔn)確的擺鐘移到高山上走時(shí)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(jiǎn)諧橫波在時(shí)刻的波形圖，是平衡位置為處的質(zhì)點(diǎn)，圖乙為質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，下列說(shuō)法正確的是（）A．該波沿軸負(fù)方向傳播B．該波的波速C．時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的路程為D．坐標(biāo)原點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(gè)質(zhì)點(diǎn)P、Q的振動(dòng)圖像，下列說(shuō)法正確的是（

）

A．該波的周期是5s B．該波的波速是3m/sC．4s時(shí)P質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)D．4s時(shí)Q質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)二、多選題5．小說(shuō)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(cè)得聲音頻率為500Hz。結(jié)合所學(xué)知識(shí)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(diǎn)，下列說(shuō)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(jiǎn)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(gè)質(zhì)點(diǎn)，且兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況始終相反。從t=0時(shí)開(kāi)始，質(zhì)點(diǎn)O的振動(dòng)圖像如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（）A．該波的波長(zhǎng)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(diǎn)O的振動(dòng)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(shí)，以致輕質(zhì)細(xì)繩沿y方向振動(dòng)。若以y代表細(xì)繩偏離平衡位置的位移，則時(shí)，繩中各質(zhì)點(diǎn)的位移如圖所示，P、Q質(zhì)點(diǎn)的平衡位置分別為1.0m、2.0m。下列說(shuō)法正確的是（

）A．質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)的周期B．時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的速度方向?yàn)閥軸負(fù)方向C．時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q的位移方向?yàn)閥軸正方向D．時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的速度大于質(zhì)點(diǎn)Q的速度E．時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的加速度大小等于質(zhì)點(diǎn)Q的加速度大小三、實(shí)驗(yàn)題8．一學(xué)生小組做“用單擺測(cè)量重力加速度的大小”實(shí)驗(yàn)。

（1）用實(shí)驗(yàn)室提供的螺旋測(cè)微器測(cè)量擺球直徑。首先，調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微器，擰動(dòng)微調(diào)旋鈕使測(cè)微螺桿和測(cè)砧相觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動(dòng)刻度上的零刻度線未對(duì)齊，如圖（a）所示，該示數(shù)為mm；螺旋測(cè)微器在夾有擺球時(shí)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)上方，則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時(shí)，實(shí)際擺角5°（填“大于”或“小于”）。（3）某次實(shí)驗(yàn)所用單擺的擺線長(zhǎng)度為81.50cm，則擺長(zhǎng)為cm。實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到從擺球第1次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)到第61次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)的時(shí)間間隔為54.60s，則此單擺周期為s，該小組測(cè)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.