★高考二輪復習專題三機械振動和機械波-高三年級高考第二輪總復習物理專題研究

1、專題研究三機械振動和機械波高考考點解讀考點考題題型20032003新課程上海-18,2選擇題選擇題基本概念辨析及規(guī)律應用2004江蘇,16計算題2004北京理綜,16選擇題單擺周期公式的應用2004上海-10填空題2003江蘇-7選擇題振動圖像2003仔季全國,15選擇題2004江蘇,8選擇題2004北京理綜,16選擇題2003上海-10作圖題2003春季上海,16選擇題2004春季全國理綜48選擇題波動圖像2004,3選擇題2004全國理綜-17選擇題2005上海-13選擇題2005,3選擇題2005江蘇,8選擇題波的疊加與干涉問題2004上海-13作圖題2005上海-2A填空題高考命題思路

2、1、簡諧運動的概念辨析和規(guī)律運用問題，高考中主要以選擇題形式出現(xiàn)，要求考生以兩個模型為藍本，在弄通研究對象在運動過程中各物理量隨位移變化的基礎上，整體把握描述機械振動的振幅、周期、頻率等概念。2、機械波的概念辨析和規(guī)律應用，高考中一般也以選擇題形式出現(xiàn)，要求考生弄清機械波形成過程中兩種運動形式一一質點的振動和振動的勻速傳播的特點及其關系，在此基礎上掌握波的波長、波速、周期和頻率等概念，并理解波的有關特性。3、單擺周期公式是本章的重點內容，也應該是高考考查的重點。既可以考查對公式的理解，也可以考查公式的應用，既可以結合實驗進行考查，也可以結合力學部分其他規(guī)律進行考查，既可應用于重力場中，也可應用

3、到電場中，還可以拓展到復合場中，而近幾年高考卻很少涉及。2006年高考，我們應予以足夠的關注。4、振動圖像和波動圖像是近幾年考查的重點，題型仍以選擇題為主。處理圖像問題，要充分利用圖像，題中沒有提供圖像，要畫出圖像。解題過程中要注意把振動圖像、波動圖像與其反映的研究對象的運動情況緊密結合起來考慮，同時注意空間和時間的周期性導致的多解問題。5、波的干涉和疊加問題，一般要求定性分析空間某點振動加強或減弱情況，但有些定量計算問題，對提高學生運用數學知識解決物理問題的能力有很大幫助，建議予以重視，但不宜深挖。經典考題反思第8課時簡諧振動和簡諧波【例1】(2004天津理綜16)公路上勻速行駛的貨車受一擾

4、動，車上貨物隨車廂底板上下振動但不脫離底板,以某時刻作為計時起點,C.t=14123434析與解:段時間內貨物在豎直方力的振動可視為簡諧運動，周期為T時，貨物對車廂底板的壓力最T時，貨物對車廂底板的壓力最大T時，貨物對車廂底板的壓力最小即t=0,其振動圖像如圖T時，貨物對車廂底板的壓力最大T,取豎直向上為正方向,)8-1所示，則(&x圖8-1由題意知，貨物在豎直方向的振動視為簡諧運動，貨物在豎直方向受重力的支持力N作用，支持力與貨物對底板的壓力是一對作用力與反作用力，大小相等，當mg,底板對貨物t=T時，貨物加速度a最大，方向向下，由牛頓第二定律得=4T時，x=0,a10,N=mg;當

5、t=Tmg=ma,N=mg+2ma,N達到最大，所以4個選球【點評】本題求解過程把簡諧運動知識與動力學知識有機的結mgN=ma,N=mgma,N最??；當t位移x最末，a最大，方向向上，有N僅有C企確。起來。對于簡諧運動的復習，不僅要從整體上研究其振幅、周期、頻率等物理量，還要對振動物體的振動過程進行分析，分析振動過程中的力、加速度、速度、能量等的變化規(guī)律，從而加深對簡諧運動特征的認識。【例2】圖82所示的為一單擺的共振曲線，則該單擺的擺長約初多少？共振時單擺的振幅多大?共振時擺球的最大加速度和最大速度各為多少？(g=10m/s2)析與解:由題意知，當單擺共振時頻率為f=0.5Hz8=f=0.5

6、Hz,振幅A=8cm=0.08ml/曰I,得gg4二2f2故擺長l=4X3.14102X0.5如圖83,當最大擺角(共振時)其中19m以弧度為單位，當19m很小時,因此am=F=gA=10X0.08=0.8ml1根據單擺運動中機械能守恒，即2mv2m=mgl(l-lcosmm)再考慮到(1cos6m)6.2msin2故Vm=Ag=0.08xA/cm64圖8220f/HzAlmm<50時，F(xiàn)=mgsin0m=mg0m=mgsin0m=0m,弦A近似為弧長一/2m/sF10m/s=0.251A.，2（em很小時）2lm/smg【點評】這是一道根據共振曲線所給信息和單擺振動規(guī)律進行推理，綜合分

7、析和近似計算的題目,涉及到單擺的簡諧運動過程、單擺的周期和頻率，以及受迫振動、共振的概念和規(guī)律等知識點。在中學物理范圍內凡涉及單擺周期類的問題，一般只指做簡諧運動的單擺（或近似做簡諧運動的單擺），即認為擺的最大擺角為小角度（0m<50）,本問題的求解中也作了如此近似處理?！纠?】圖8-4是在高速公路上用超聲測速儀測量車速的示意圖，測速儀發(fā)出并接受超聲波脈沖信號，根據發(fā)出和接受的信號的時間差，測出被測物體的速度，圖中Pl、P2是測速儀發(fā)出的超聲波信號，ni、n2分別是Pi、P2從汽車反射回來的信號，設測速儀勻速掃描，Pi、P2之間的時間間隔At=1.0s,超聲波在空氣中傳播的速度是v=34

8、0m/s,若汽車勻速行駛，求汽車的速度。析與解（一）：題中圖景提供的信息:測速儀勻速掃描，Pi、P2之間的時間間隔At=1.0s,由圖景可知Pi、P2間有30小格，故每一小格對應的時間間隔t0=s。Pi、ni同有i2小格，說明Pi、ni之間的時間間隔ti=i2t0=i2Xs=0.4s固洞理,30可求得P2、n2之間的時間間隔t2=0.3s,因此汽車接受到Pi、P2信號時禽測速儀的距離分別為30Si=vxti/2,S2=vxt2/2,汽車在此時間內刖進的距離為：s=si-S2=v(ti12)/2=340X(0.4-0.3)/2=i7m汽車接受到Pi、P2兩個信號的時刻分別與圖中點和P2n2的中點

9、間有28.5個小格，即汽車接收到0.95s。所以，汽車的速度為v車=s/t=m/s=i7.9m/s析與解（二）：i7由At=i.0s,095聲源發(fā)出脈沖波的頻率f=ni、n2之間時間間隔為At'=27t0=27X則測速儀接收到的脈沖波的頻率為f'=i速度為v車，由多普勒效應規(guī)律可得30iI;tPini的中點和P2n2的中點對應，Pini的中Pi、P2兩個信號的的時間間隔t=28.5t0=iHz,，設汽車接收到脈沖波的頻率為由以上兩式，解得v=i7.9m/s'V+V車.v''【點第】機座中而質點在車衡位等附用修簡諧運動，而振動形式和能量卻在作勻速直線運動（

10、在同一種均勻介質中），則勻速直線運動的規(guī)律，對于機械波的傳播同樣適用。多普勒效應的公式及其應用一直被認為超出了考試范圍，但若掌握了這個公式的應用，超聲波測速問題則變得很是簡單，正如克拉伯龍方程用于氣體狀態(tài)和過程的分析與計算一樣，因此對多普勒效應公式予以一定的注意是必要的。例4（2004全國理綜i6）一簡諧橫波在圖85中x軸上傳播，實線和虛線分別是ti和t2時刻的波形圖，已知內2tl=1.0S,由圖判斷下列哪一個波速是不可能的（DiA.1m/sC.5m/s析與解:若波沿B.3m/s.B-Q.10m/s圖88X軸正向傳播，則傳播的距離Ax=入+n入=1+4n,波速v=i!將A、B、C、D四個選項的

11、v代入,解得n分別為0,1,v=10m/s是不可能的。若波沿負x方向傳播，則傳播的距離將四個選項分別代入，解得n分別為.Byy/cmt2x/cm,由于.n只取整數，丫=圖伯/s5!：.j!：1j入+n入1=34g4n,波速1+4in1.0m/s傳播，v=10m/s都是不可能的，所以D選崢1合題意。【點評】解答本題時一定要抓住波的“24,V=3m/s,是可能的,無論波向左或向右v可復性7這兩個基本特征,x3+4n先寫曲彼速的通10m/s代入n要比將n逐個代入求2v而使得多：另外，此題還可以根據圖象求出波長5入，再寫出周期T的通解表達式，從而得到波速的通解表達式?！纠?】（2004廣東、廣西3）一

12、列簡諧橫波沿直線向左傳播，當直線上某質點：a向上運動到達最大位移時，a點右方相距0.15m的b點剛到達平衡位置向下運動，則這如波的波長可能是（IIIII；：；7A0.6mB0.3mC0.2mD0.1m析與解：由題意可知ab之間的可能波形，如圖87所示（小于一個周期）。由波的傳播方向向左，且圖示時刻b點的振動方向向下，可得波形不符合題意。則0.15=入/4+n入，入=0.6/（4n+1）。當n=0時，入1=0.6m,n=1時，入2=0.12m,n=2時，入3=0.067m,n取其他值時，入0.067m，所以只有A選項符合題意。【點評】有些波動圖像問題，題中沒有直接給出圖像，解題時需要弄清在波的傳

13、播方向;的振動情況和波的傳播方向，畫出可能的波形。（一般畫出小于一個周期的波形）畫好:據題意進行校驗、取舍，然后列式解題?！纠?】如圖8-8,在無限長的直線PQ的中垂線上由兩個相同的聲源!A、圖86b的距B,Aa：Ii離分別為6m和1m,兩個聲源同時發(fā)出波長都是2m的連續(xù)聲波，那么.PQ直線上陷:里17小區(qū)有多少個?析與解（一）：解這道題主要依據波的干涉原理，當兩個完全相同的波在D點相遇時，若路程于半波長的奇數倍時，振動即為減弱，首先讓我們分析AB直線上共有幾個振動減弱點，設D為直線AB上振動減弱點如圖89所示，則As=DADB=入（2n+1）/2WAB（n=0,1,2,）,解得nW2。n=0

14、,n=1的對應點分別為D1、D2,n=2時D點在BO之間任一點，過Di、D2分別作雙曲線如圖，則PQ直線上振動減弱的區(qū)域共有5個。析與解（二）：利用對稱性先考慮直線PQ上。點右側的情形，設兩列波傳到D點的路程分別為Si和S2,若D振動減弱，則AS=DA口8=入（2n+1）/2（n=0,1,2,）,又二在AABD中，DADBWAB,入（2n+1）/2<5,解得n<2,這里n只能取0,1,2三個值，n=0,1時，對應于PQ上O點右側的兩個振動減弱點，n=2時對應PQ中的。點，利用對稱性，在。點左側也有兩處振動減弱處，所以在PQ上聽不到聲音的小區(qū)共有5個?！军c評】本題解法（二）巧妙地應用

15、了數學知識“同一平面上三點A、B、C,有ABACWBC”降低了題目難度，在平時解題中要盡量地運用數學知識中的結論，可以給解題帶來方便。1、（2002上海4）如圖8-1,S1、S2時振動情況完全相同的兩個機械波波源，振幅為A,a、b、c三點分別位于S1、S2連線的中垂線上，且ab=bc,某日刻a是兩列波的波峰相遇點，c是兩列波的波谷相遇點，則（）Aa處質點的位移始終為2A圖8'-1A質點P的運動方向向右B波的周期可能為0.27sC波的頻率可能為1.25Hz圖8'3B1空班就B勺位移始終為-2ACb處質點的振幅為2ADc處質點的振幅為2A2、將一個力電傳感器接到計算機上，可以測量快

16、速變化的力，用這種方法測得的某單擺擺動過程中懸線上拉力大小隨時間變化的曲線如圖8'2所示，由此圖線提供的信息做出下列判斷：t=0.2s時刻擺球正經過最低點；t=1.1s時擺球正S1處于最高點；擺球擺動過程中機械能越來ab越小；擺球擺動的周期約是T=0.6s,上cS2述判斷中正確的是（）ABCD3、（2005上海13）A、B兩列波在某時刻的波形如圖83所示,經過t=TA時間（Ta為波A的周期），兩波再次出現(xiàn)如圖波形，則兩波的波速之比Va:Vb可能是（）A1:3B1:2C2:1D3:14、（2005廣東3）一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，t=0時刻圖8'-2的波形如圖8'4

17、中實線所示，t=0.2s時刻的波形如圖中的虛線所示，則（）D波的傳播速度可能為20m/s5、（2004江蘇8）如圖8-5,波源動，運動方向豎直向上（y軸的正方向）生的簡諧波向左右兩個方向傳播，波速均為y/mj卜S從平衡位置y=0開始提一,振動周期T=0.01s,7fv=80m/s,經過一段24x/m圖8-4時間后，P、Q兩點開始振動，已知距離SP=1.2m,SQ=2.6m,若以Q點開始振動的時刻作為計時的零點，則在圖8'6的振動圖像中，能正確描述P、Q兩點振動情況的是（）A甲為Q點的振動圖像B乙為Q點的振動圖像丙為P點的振動圖像丁為P點的振動圖像6、0一列簡諧波向右傳播，波速為yTtO

18、甲v,沿波的彳pS2Tt0播方以上有相距為tytL靶P、Q兩質T2T圖8'5yO由8'Q6點第一"次2Tt8,7所示，某時刻P、Q兩質點都處于平衡位置，且P、Q之間僅隔一個波峰，經過時間運動到波谷,則t的可能值有（:圖8'-77、沿直線行駛的汽車通過某觀察站時，觀測到汽車發(fā)出的聲音頻率為K200Hz,汽車離開后發(fā)出聲音的頻率下降到1000Hz,已知空氣中聲速為340m/s,試求汽車運動的速度。8、如圖8-8所示，一塊涂有碳黑的玻璃板，質量為2kg,在拉力F的作用下，由靜止開始豎直向上作勻變速運動，一個裝有水平振針的振動頻率為5Hz的固定電動音叉在玻璃板上畫出了

19、圖示的曲線，量得0A=1cm,OB=4cm,0C=9cm,求外力的大?。╣=10m/s2）9、（2004江蘇16）如圖8-9,聲源S和觀察者A都沿x軸正為Vs和Va,空氣中聲音傳播的速率為Vp,設Vs<Vp,Va<V<A方向;P/相對于地面的速率分別對于地面沒有流動。（1）若聲源相繼發(fā)出兩個信號，時間間隔為At,請根據發(fā)出的這皿聲信號從聲源傳播到觀察者的過程，確定觀察者接收到這兩個聲音信號的時間間隔At,；圖8'-8（2）請利用（1）的結果，推導出此情形下觀察者接收到的聲波頻率與聲源發(fā)出的聲波頻率間的關系式。VSVA-4Ax圖8'-9附：第8課時鞏固提高訓練答

20、案及解1、答案：C、D解：因為abc三點在S1S2連線的中垂線上，而中垂線上各點到S1S2的路程差為零，同一時刻，波源S1在此中垂線上任一點產生的分位移和波源S2在同一點產生的分位移必相同，由波的疊加原理,其合位移等于一個波產生的分位移的兩倍，振幅也是一個振幅A的兩倍，故選C、D,由于分位移隨時間周期性變化，大小時刻變化，故A、B錯。2、答案：D解：注意這是懸線上拉力圖像，而不是振動圖像，當擺球到達最高點時，懸線上拉力最??；當擺球到達最低點時，懸線上拉力最大。t=0.1s時，擺球通過最低點，因此錯誤，同樣t=1.1s時懸線拉力不是最小，故錯誤。從圖像中看出擺球到達最低點時的拉力一次比一次小，說

21、明速率一次比一次小，反映出振動過程中擺球一定受到阻力作用，因此機械能應該一直減小，在一個周期內，擺球應該兩次經過最高點，兩次經過最低點，因此周期應該約是T=0.6s,因此正確，本題應選D。3、答案：A、B、C解：由題息知，入a=2入b,t=Ta=nTb(n=1,2,3,)4、答案:解：質點P在平衡位置附近振動而不傳播，則A錯,由圖可知,vA=A,vB=Ta-BTbVAvB(n=1,2,3)只有D不符合題意。5、答案：A、解：由波的形成可知，所有質點開始振動的情況必與波源開始振動的情況相同，因此當波傳至時，Q點的運動方向同上，在甲、乙兩圖中，甲圖中過一4(n=0,1,2,)，則T=廢時，所用時間

22、t=nT+正確，當波傳至Q.£14n+1f=T0.8,0t8=0的點斜率為正？速度方向向上，所以081則B不可能4nL,是周期的倍數為：1JC正確1.因此當波傳要,q笈IF,4P%已振動產hf=30(2n+4周m/,s，P印井盛振助時輸速度向上，經過則D不可能7/4個周期，P點處于波谷，即當波傳至Q點時刻，P點的位移為負,達到最大,所以丁圖符合題意,D正確。此題有另一種解法為：波傳至Q點的時間為已振動了13/4個周期，處于波峰，做出此刻向左傳播的波形圖，如圖8"1=vt=0.8m,知tT6、SQPS=1.5入，在圖中找出P點位置處于波電0.268X0.01答案：D1=34斯

23、噫般,鷺SPv1.280S1.2=150.8解：首先要勾畫出符合題意的波的圖像及波上質點的振動圖像，對于波形的不同初態(tài)，可以分別得到相應的波長入，周期T及時間t,符合題意的簡諧波圖像如圖8一2所示，_SQ_2.6m_0.26t1tv80m/s-8sT4解：汽車發(fā)聲頻率f0=1200Hz,觀測站接收到的頻率p/V-f=1000Hz,空氣中聲速為V0=340m/s丁圖8-2設車速為V車，由多普勒效應規(guī)律得乙v車=30.9m/s。8、答案:對字4N有：入=2L,T=九=2L,t=3T=3Lvv42v解：振動周5變速運動，設其加速度為對于圖丙有：入=圖L中L)a，L,OA、T=定律f=mg對于9、答案：+ma=24N到丁有：入=AB、lBC三段運動時間的為v=v，4T=4vT+“=L,t=3T=3Lvv44v,T=，=2L,t=；T=；v3v46v刖a=3解：此題看起來是一個多普勒效應運動學公式就可解決。（1）解