2024年高二物理寒假提升（人教版）第6天 機械振動機械波問題 （原卷版）

第6天機械振動機械波問題（復習篇）目錄考點聚焦：核心考點+高考考點，有的放矢重點速記：知識點和關鍵點梳理，查漏補缺難點強化：難點內容標注與講解，能力提升學以致用：真題經典題+提升專練，全面突破核心考點聚焦高考考點聚焦常考考點真題舉例振動圖像和波動圖像相結合問題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)本身的性質決定，與振幅無關．3.回復力(1)回復力的方向總是指向平衡位置．(2)回復力的性質:回復力是根據(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;“－”號表示回復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，動能和勢能完成兩次周期性變化．物體的位移減小，勢能轉化為動能，位移增大，動能轉化為勢能．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，與擺球質量m及振幅無關，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：驅動力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等，即f驅＝f固．2．共振曲線如圖所示，共振曲線的橫坐標為驅動力的頻率，縱坐標為受迫振動的振幅．(1)從受力角度看：當驅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，直到振幅達到最大．(2)從功能關系看：當驅動力的頻率等于物體的固有頻率時，驅動力對物體做正功，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，振幅越小．七、機械波的特點(1)機械振動在介質中的傳播形成機械波．(2)介質中各質點都在做受迫振動，所以各質點振動的周期(頻率)均與波源的振動周期(頻率)相同．(3)離波源越遠，質點振動越滯后，但每一個質點的起振方向與波源起振方向相同．(4)機械波向前傳播的是振動這種運動形式，各質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，波動是振動的結果；有波動必然有振動，有振動不一定有波動．(2)波動中各質點振動的性質、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、頻率和波速的關系(1)波的周期和頻率由波源決定，與v、λ無關，當波從一種介質進入另一種介質時，周期和頻率不發(fā)生改變．(2)波速由介質本身的性質決定，在同一種均勻介質中波速不變．(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加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱(加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化)．②加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變，加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．(3)振動加強點和減弱點的理解①加強點：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每個質點都在各自的平衡位置附近做簡諧運動，質點的位移都隨時間變化，如加強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．均勻介質中，波源位于O點的簡諧橫波在xOy水平面內傳播，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，處質點位于波峰C．時，處質點振動速度方向豎直向上D．時，處質點所受回復力方向豎直向上E．處質點起振后，內經過的路程為例題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。以下關于平衡位置在O處質點的振動圖像，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，有兩個用輕質彈簧相連的物體A和B，他們的質量均為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為振子質量，k為彈簧進度系數(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．關于單擺的運動有下列說法，正確的是（）①單擺的回復力是重力沿擺球運動軌跡切向的分力②單擺的回復力是擺線的拉力與重力的合力③單擺的周期與質量無關與振幅無關，與擺長和當?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P④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點，圖乙為質點的振動圖像，下列說法正確的是（）A．該波沿軸負方向傳播B．該波的波速C．時間內，質點運動的路程為D．坐標原點處質點做簡諧運動的表達式為4．下面上下兩圖分別是一列機械波在傳播方向上相距6m的兩個質點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質點向上振動D．4s時Q質點向上振動二、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，網絡游戲中也將“獅子吼”設為物理攻擊，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。結合所學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”頻率應該遠小于500HzC．“獅子吼”的音量一定很大 D．他發(fā)出的“獅子吼”頻率應該接近500Hz6．一列簡諧橫波在介質中沿x軸正方向傳播，O和A是介質中平衡位置分別為和處的兩個質點，且兩質點的振動情況始終相反。從t=0時開始，質點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軸的負方向傳播時，以致輕質細繩沿y方向振動。若以y代表細繩偏離平衡位置的位移，則時，繩中各質點的位移如圖所示，P、Q質點的平衡位置分別為1.0m、2.0m。下列說法正確的是（

）A．質點P振動的周期B．時，質點P的速度方向為y軸負方向C．時，質點Q的位移方向為y軸正方向D．時，質點P的速度大于質點Q的速度E．時，質點P的加速度大小等于質點Q的加速度大小三、實驗題8．一學生小組做“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，調節(jié)螺旋測微器，擰動微調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次經過最低點到第61次經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.（結果均保留3位有效數(shù)字，π2取9.