高三物理復(fù)習(xí)考情解讀+知識通關(guān)+題型突破+能力提升專題17機械振動與機械波省公開課一等獎新名師

目錄Contents考情精解讀考點1考點2考法3考法2考法1考法4方法1A.考點全通關(guān)B.題型全突破C.能力大提升方法2考點3方法3考法6考法51/89考情精解讀2/89考綱解讀命題趨勢命題規(guī)律考情精解讀1物理專題十七機械振動與機械波1考試綱領(lǐng)01·簡諧運動Ⅰ·簡諧運動公式和圖像Ⅱ·單擺、周期公式Ⅰ·受迫振動和共振Ⅰ·機械波、橫波和縱波Ⅰ·橫波圖像Ⅱ·波速、波長和頻率(周期)關(guān)系Ⅰ·波干涉和衍射現(xiàn)象Ⅰ·多普勒效應(yīng)Ⅰ·試驗一:探究單擺運動、用單擺測定重力加速度3/89考綱解讀命題趨勢命題規(guī)律考情精解讀2物理專題十七機械振動與機械波2知識體系構(gòu)建4/89考綱解讀命題規(guī)律考情精解讀3命題趨勢物理專題十七機械振動與機械波考點全國全國全國自主命題地域機械振動,受迫振動【50%】·全國Ⅱ,34(2),10分·全國Ⅲ,34(1),5分·全國Ⅱ,34(2),10分·全國Ⅰ,34(1),6分·全國Ⅱ,34(1),5分·北京,15,6分·天津,7,6分·海南,16(1),4分·天津,3,6分·上海,7,2分·天津,5,6分5/89考綱解讀命題規(guī)律考情精解讀4命題趨勢物理專題十七機械振動與機械波機械波【50%】·全國Ⅰ,34(1),5分·全國Ⅰ,34(2),10分

·四川,6,6分·上海,20,4分·江蘇,12B,12分·上海,15,3分·北京,15,6分·北京,17,6分·浙江,14,6分6/89考綱解讀命題規(guī)律考情精解讀5返回目錄1.熱點預(yù)測預(yù)計年高考對本部分考查仍會以定性分析或簡單定量計算為主,難度普通,注意實際生活中與本專題內(nèi)容相聯(lián)絡(luò)題目.2.趨勢分析高考中對本專題考查以圖像為主,考查簡諧運動特點和機械波傳輸時空間關(guān)系.另外,相關(guān)波速相關(guān)計算、波多解問題、用單擺測重力加速度也要引發(fā)重視.命題趨勢物理專題十七機械振動與機械波7/89考點全通關(guān)8/89考點全通關(guān)1考點1機械振動繼續(xù)學(xué)習(xí)物理專題十七機械振動與機械波一、振動及描述振動物理量1.機械振動:物體(或物體一部分)在某一中心位置兩側(cè)所做往復(fù)運動稱為機械振動,簡稱振動.2.回復(fù)力:振動物體所受總是指向平衡位置力.它能夠是某一個力,也能夠是幾個力協(xié)力或某個力分力,屬于效果力,在詳細問題中要注意分析是什么力提供了回復(fù)力.3.位移(x):由平衡位置指向振動質(zhì)點所在位置有向線段,是矢量,其最大值等于振幅.

不論振子從什么位置開始振動,其位移總是以平衡位置為初位置.4.振幅(A):振動物體離開平衡位置最大距離,是標(biāo)量,表示振動強弱.9/89考點全通關(guān)25.周期(T)和頻率(f):周期和頻率是表示振動快慢物理量,二者互為倒數(shù)關(guān)系.

當(dāng)T和f由振動系統(tǒng)本身決定時,叫作固有周期和固有頻率.二、簡諧運動1.簡諧運動:假如質(zhì)點位移與時間關(guān)系遵從正弦函數(shù)規(guī)律,即它振動圖像(x-t圖像)是一條正弦曲線,這么振動叫作簡諧運動.(1)簡諧運動是最基本、最簡單振動.(2)簡諧運動位移隨時間按正弦規(guī)律改變,所以簡諧運動不是勻速運動,而是變力作用下運動.物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)10/89考點全通關(guān)3物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)2.簡諧運動兩種模型

模型比較項目

彈簧振子單擺模型示意圖特點(1)忽略摩擦力,彈簧彈力提供回復(fù)力(2)彈簧質(zhì)量能夠忽略(3)彈性程度內(nèi)(1)細線質(zhì)量、球直徑均可忽略(2)擺角θ很小(3)重力切向分力提供回復(fù)力公式回復(fù)力F=-kx平衡位置F回=0,a=0彈簧處于原長F回=0,a切=0小球擺動最低點(此時F向心≠0,a=a向心≠0)能量轉(zhuǎn)化彈性勢能?動能重力勢能?動能11/89考點全通關(guān)4物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)3.簡諧運動表示式(1)動力學(xué)表示式:F=-kx,其中“-”表示回復(fù)力與位移方向相反.(2)運動學(xué)表示式:x=Asin(ωt+φ),其中A表示振幅,ω=2πf表示簡諧運動快慢,(ωt+φ)表示簡諧運動相位,φ叫作初相.

相位是描述振動“步調(diào)”一個物理量,若兩個振動步調(diào)一致,就說它們相位是相同;若不一致,就說它們振動相位不相同,或說它們存在相位差.12/89考點全通關(guān)5物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)4.簡諧運動圖像(1)從平衡位置開始計時,函數(shù)表示式為x=Asinωt,圖像如圖甲所表示.

圖甲

圖乙(2)從最大位移處開始計時,函數(shù)表示式為x=Acosωt,圖像如圖乙所表示.

簡諧運動圖像表示是振子位移隨時間改變規(guī)律,而振子實際軌跡并非正弦(或余弦)曲線.13/89考點全通關(guān)6物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)三、阻尼振動和受迫振動1.阻尼振動(1)定義:振幅逐步減小振動.(2)原因:振動系統(tǒng)要克服阻力做功,其機械能降低,造成振幅減小.(3)功效關(guān)系:系統(tǒng)降低機械能用于克服阻力做功.2.受迫振動(1)定義:在外界周期性驅(qū)動力作用下振動.(2)頻率特征:受迫振動頻率等于f驅(qū),與f固無關(guān).(3)振幅特征:驅(qū)動力頻率越靠近固有頻率,振幅越大,當(dāng)f驅(qū)=f固時,振幅最大,這種現(xiàn)象叫作共振.受迫振動到達穩(wěn)定時,驅(qū)動力對系統(tǒng)所做功及時賠償了系統(tǒng)因克服阻力做功而損失機械能,振幅保持不變.14/89考點全通關(guān)7物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)3.自由振動、受迫振動和共振比較

振動類型項目自由振動受迫振動共振受力情況僅受回復(fù)力受到周期性驅(qū)動力作用受到周期性驅(qū)動力作用振動周期和頻率由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定,即固有周期和固有頻率由驅(qū)動力周期和頻率決定T驅(qū)

=T固f驅(qū)

=f固振動能量無阻尼自由振動物體機械能不變由產(chǎn)生驅(qū)動力物體提供振動物體取得能量最大常見例子彈簧振子,單擺機械工作時底座發(fā)生振動共振篩,轉(zhuǎn)速計15/89考點全通關(guān)8物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)通關(guān)秘籍1.物體做受迫振動頻率等于驅(qū)動力頻率,與物體固有頻率無關(guān).2.穩(wěn)定時物體做受迫振動振幅由驅(qū)動力頻率和物體固有頻率共同決定:二者相差越小,受迫振動振幅越大;二者相差越大,受迫振動振幅越小.3.受迫振動系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化不再只有系統(tǒng)內(nèi)部動能和勢能轉(zhuǎn)化,還有驅(qū)動力對系統(tǒng)做正功賠償系統(tǒng)因克服阻力做功而損失機械能.16/89考點全通關(guān)9物理專題十七機械振動與機械波返回目錄4.共振曲線

(1)如圖所表示共振曲線,曲線表示受迫振動振幅A(縱坐標(biāo))隨驅(qū)動力頻率f(橫坐標(biāo))改變而改變.驅(qū)動力頻率f跟振動系統(tǒng)固有頻率f0相差越小,振幅越大;驅(qū)動力頻率f等于振動系統(tǒng)固有頻率f0時,振幅最大.(2)受迫振動中系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化:做受迫振動系統(tǒng)機械能不守恒,系統(tǒng)與外界時刻進行能量交換.17/89考點全通關(guān)10一、波形成和傳輸1.機械波形成(1)機械振動在介質(zhì)中傳輸形成機械波,簡稱波.(2)機械波形成條件:①有連續(xù)振動波源;②有傳輸振動介質(zhì).

有機械波必有機械振動,有機械振動不一定有機械波.已經(jīng)形成波跟波源無關(guān),波源停頓振動,波繼續(xù)傳輸.2.機械波分類(1)橫波:質(zhì)點振動方向與波傳輸方向相互垂直波,叫作橫波.在橫波中,凸起最高處叫作波峰,凹下最低處叫作波谷.機械橫波只能在固體中傳輸,不能在液體或氣體中傳輸.物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)考點2機械波18/89考點全通關(guān)11(2)縱波:質(zhì)點振動方向與波傳輸方向在同一直線上波,叫作縱波.在縱波中,質(zhì)點分布最密位置叫作密部,質(zhì)點分布最疏位置叫作疏部.縱波能夠在固體中傳輸,也能夠在液體或氣體中傳輸.3.機械波特點(1)每一質(zhì)點都以它平衡位置為中心做簡諧運動;后一質(zhì)點振動總是落后于帶動它前一質(zhì)點振動.(2)波傳輸只是運動(振動)形式和振動能量,介質(zhì)中質(zhì)點并不隨波遷移.4.描述機械波物理量(1)波長(λ):在波動中,振動相位總是相同兩個相鄰質(zhì)點間距離,叫作波長.在橫波中,兩個相鄰波峰(或波谷)間距離等于波長.在縱波中,兩個相鄰密部(或疏部)間距離等于波長.物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)19/89考點全通關(guān)12

物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)20/89考點全通關(guān)13二、波圖像1.波圖像:如圖所表示為一橫波圖像,它反應(yīng)了在波傳輸過程中,某一時刻介質(zhì)中各個質(zhì)點位移在空間分布.簡諧波圖像為正弦(或余弦)曲線.2.波圖像應(yīng)用依據(jù)機械波傳輸規(guī)律,利用波圖像可判定:(1)介質(zhì)中質(zhì)點振幅A和波長λ,以及該時刻各質(zhì)點位移和加速度方向.(2)依據(jù)波傳輸方向確定該時刻各質(zhì)點振動方向,且能畫出在Δt前(或后)波形圖像.(3)依據(jù)某一質(zhì)點振動方向確定波傳輸方向.物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)21/89考點全通關(guān)14三、波衍射、干涉和多普勒效應(yīng)1.波疊加:幾列波相遇時能夠保持各自運動特征繼續(xù)傳輸,在它們重合區(qū)域里,介質(zhì)中質(zhì)點同時參加這幾列波引發(fā)振動,質(zhì)點位移等于這幾列波單獨傳輸時引發(fā)位移矢量和.2.波衍射和波干涉比較物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)

定義現(xiàn)象可觀察到顯著現(xiàn)象條件相同點波衍射波能夠繞過障礙物繼續(xù)傳輸現(xiàn)象波能偏離直線而傳到直線傳輸以外空間縫、孔或障礙物尺寸跟波長相差不多或者小于波長干涉和衍射是波特有現(xiàn)象波干涉頻率相同兩列波疊加,使一些區(qū)域振動加強,一些區(qū)域振動減弱現(xiàn)象干涉圖樣穩(wěn)定,振動加強區(qū)和減弱區(qū)相間分布,加強區(qū)、減弱區(qū)位置不變兩列波頻率相同22/89考點全通關(guān)15通關(guān)秘籍1.穩(wěn)定干涉中,振動加強區(qū)域和振動減弱區(qū)域空間位置是不變.加強區(qū)域中心質(zhì)點振幅等于兩列波振幅之和,減弱區(qū)域中心質(zhì)點振幅等于兩列波振幅之差.2.振動加強條件是兩波源到該區(qū)域中心距離之差等于波長整數(shù)倍(半波長偶數(shù)倍),振動減弱條件是兩波源到該區(qū)域中心距離之差等于半波長奇數(shù)倍.3.只有符合干涉條件兩列波相遇時才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象;任何波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,而發(fā)生顯著衍射現(xiàn)象需要一定條件.3.多普勒效應(yīng)(1)多普勒效應(yīng):當(dāng)波源和觀察者之間有相對運動時,觀察者會感到波頻率發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng).物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)23/89考點全通關(guān)16(2)波源頻率與觀察者接收到波頻率①波源頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出完全波個數(shù).②觀察者接收到波頻率等于觀察者在單位時間內(nèi)接收到完全波個數(shù).(3)多普勒效應(yīng)產(chǎn)生①當(dāng)波源和觀察者相對于介質(zhì)都不動時,觀察者接收到波頻率等于波源頻率.②波源相對于介質(zhì)不動,當(dāng)觀察者靠近波源運動時,觀察者接收到波頻率增大;當(dāng)觀察者遠離波源運動時,觀察者接收到波頻率減小,且當(dāng)觀察者運動速度與波速相等時觀察者接收不到波.③觀察者相對于介質(zhì)不動,當(dāng)波源靠近觀察者時,觀察者接收到波頻率增大;當(dāng)波源遠離觀察者時,觀察者接收到波頻率減小.物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)24/89考點全通關(guān)17物理專題十七機械振動與機械波返回目錄通關(guān)秘籍1.發(fā)生多普勒效應(yīng)時,波源真實頻率不會發(fā)生任何改變,只是觀察者接收到波頻率發(fā)生了改變.2.觀察者接收到波頻率發(fā)生改變原因是觀察者與波源之間有相對運動.4.聲波:一切振動著發(fā)聲物體都叫聲源.聲源振動在介質(zhì)中形成縱波.頻率為20Hz到20000Hz聲波能引發(fā)人聽覺.頻率低于20Hz聲波稱為次聲波;頻率高于20000Hz聲波稱為超聲波,超聲波應(yīng)用十分廣泛,如聲吶、B超、探傷儀等.聲波在空氣中傳輸速度約為340m/s.聲波含有反射、干涉、衍射等波特有現(xiàn)象.25/89考點全通關(guān)18

物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)考點3試驗:用單擺測定重力加速度26/89考點全通關(guān)19(2)把細絲線上端用鐵夾固定在鐵架臺上,把鐵架臺放在試驗桌邊,使鐵夾伸到桌面以外,讓擺球自由下垂,在單擺平衡位置處做上標(biāo)識.(3)用刻度尺測量單擺擺長(懸點到球心間距離).(4)把單擺從平衡位置拉開一個很小角度,然后放開小球讓它擺動,用停表測出單擺完成30次或50次全振動時間,計算出平均完成一次全振動時間,這個時間就是單擺振動周期.(5)改變擺長,重做幾次試驗.(6)依據(jù)單擺周期公式,計算出每次試驗重力加速度,求出幾次試驗得到重力加速度平均值.(7)將測得重力加速度值與當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎颠M行比較,分析產(chǎn)生誤差可能原因.物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)27/89考點全通關(guān)20物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)

28/89考點全通關(guān)215.注意事項(1)擺線應(yīng)選擇細、輕且不易伸長線(長度為1m左右);小球應(yīng)選取密度較大金屬球,直徑應(yīng)較小(最好不超出2cm).(2)單擺懸線上端應(yīng)該固定牢靠,不可隨意卷在鐵架臺橫桿上,以免振動時擺長改變.(3)擺動時控制擺線偏離豎直方向角度不能太大.(4)擺球擺動時,要使擺球保持在同一個豎直平面內(nèi),不要形成圓錐擺.(5)周期測量:用停表測出單擺做n(30~50)次全振動所用時間t,則周期T=t/n.測量時應(yīng)從擺球經(jīng)過最低位置時開始計時、計數(shù),而且開始計時時數(shù)“零”,以后擺球每從同一方向經(jīng)過最低位置時計數(shù)一次.物理專題十七機械振動與機械波繼續(xù)學(xué)習(xí)29/89考點全通關(guān)22物理專題十七機械振動與機械波返回目錄6.誤差分析(1)本試驗系統(tǒng)誤差主要起源于單擺模型本身是否符合要求,即:懸點是否固定,是單擺還是復(fù)擺,球、線是否符合要求,擺球擺動時是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)擺動,以及測量哪段長度作為擺長等.(2)本試驗偶然誤差主要起源于時間(單擺周期)測量,所以,要注意測按時間(周期),要從擺球經(jīng)過平衡位置時開始計時,最好采取倒數(shù)計時計數(shù)方法,不能多記或漏記擺動次數(shù).為了減小偶然誤差,要進行屢次測量后取平均值.(3)本試驗中測量長度(擺線長、擺球直徑)時,讀數(shù)讀到毫米位即可.測量時間時,停表讀數(shù)有效數(shù)字讀到停表最小刻度,不再往下估讀一位.30/89題型全突破31/89考法1對簡諧運動了解

考法指導(dǎo)

1.動力學(xué)特征F=-kx,“-”表示回復(fù)力方向與位移方向相反,k是百分比系數(shù),不一定是彈簧勁度系數(shù).2.運動學(xué)特征簡諧運動加速度與物體偏離平衡位置位移成正比而方向相反,為變加速運動,遠離平衡位置時,x、F、a、Ep均增大,v、Ek均減小,靠近平衡位置時則相反.3.運動周期性特征相隔T或nT兩個時刻振子處于同一位置且振動狀態(tài)相同.物理專題十七機械振動與機械波題型全突破1繼續(xù)學(xué)習(xí)32/89

物理專題十七機械振動與機械波題型全突破2繼續(xù)學(xué)習(xí)33/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破3繼續(xù)學(xué)習(xí)考法示例1

如圖所表示,彈簧下面掛一質(zhì)量為m物體,物體在豎直方向上做振幅為A簡諧運動,當(dāng)物體振動到最高點時,彈簧恰好為原長,彈簧在彈性程度內(nèi),則物體在振動過程中 (

)A.彈簧最大彈性勢能等于2mgAB.彈簧彈性勢能和物體動能總和不變C.物體在最低點時加速度大小應(yīng)為2gD.物體在最低點時彈力大小應(yīng)為mg34/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破4解析

因物體振動到最高點時,彈簧恰好為原長,此時彈簧彈力等于零,物體重力mg=F回=kA,當(dāng)物體在最低點時,彈簧彈性勢能最大等于2mgA,A正確;在最低點,由F回=mg=ma知,C錯誤;由F彈-mg=F回得F彈=2mg,D錯誤;由能量守恒知,彈簧彈性勢能和物體動能、重力勢能三者總和不變,B錯誤.

答案A繼續(xù)學(xué)習(xí)35/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破5返回目錄突破攻略分析簡諧運動技巧1.做簡諧運動物體經(jīng)過平衡位置時,回復(fù)力一定為零,但所受合外力不一定為零.2.分析簡諧運動中各物理量改變情況時,一定要以位移為橋梁,位移增大時,振動質(zhì)點回復(fù)力、加速度、勢能均增大,速度、動能均減小;反之,則產(chǎn)生相反改變.另外,各矢量均在其值為零時改變方向.3.分析過程中要尤其注意簡諧運動周期性和對稱性.36/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破6繼續(xù)學(xué)習(xí)考法2簡諧運動圖像

考法指導(dǎo)

簡諧運動圖像遵從正弦函數(shù)規(guī)律,從簡諧運動圖像中能夠取得以下信息(1)振幅A、周期T.(2)某一時刻振動質(zhì)點離開平衡位置位移.(3)某一時刻質(zhì)點回復(fù)力、加速度和速度方向.①回復(fù)力和加速度方向:因為回復(fù)力總是指向平衡位置,所以回復(fù)力和加速度在圖像上總是指向t軸.②速度方向:速度方向能夠經(jīng)過下一時刻位移改變來判定,下一時刻位移若增大,振動質(zhì)點速度方向就是遠離t軸;下一時刻位移若減小,振動質(zhì)點速度方向就是指向t軸.37/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破7繼續(xù)學(xué)習(xí)

38/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破84.確定各時刻質(zhì)點運動方向上圖中,在t1時刻,質(zhì)點正遠離平衡位置運動;在t3時刻,質(zhì)點正向著平衡位置運動.5.比較各時刻質(zhì)點加速度大小和方向上圖中,t1時刻質(zhì)點位移x1為正,加速度a1為負,二者方向相反;t2時刻質(zhì)點位移x2為負,加速度a2為正,二者方向相反.又|x1|>|x2|,所以|a1|>|a2|.6.比較不一樣時刻質(zhì)點勢能、動能大小質(zhì)點離平衡位置位移越大,質(zhì)點所含有勢能越大,動能越小.如上圖所表示,在t1時刻質(zhì)點勢能Ep1大于t2時刻勢能Ep2,而動能Ek1<Ek2.繼續(xù)學(xué)習(xí)39/89繼續(xù)學(xué)習(xí)物理專題十七機械振動與機械波題型全突破9

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物理專題十七機械振動與機械波題型全突破10返回目錄41/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破11繼續(xù)學(xué)習(xí)考法3對波形成與傳輸考查

42/89繼續(xù)學(xué)習(xí)物理專題十七機械振動與機械波題型全突破12考法示例3

在均勻介質(zhì)中選取平衡位置在同一直線上9個質(zhì)點,相鄰兩質(zhì)點間距離均為L,如圖甲所表示.一列橫波沿該直線向右傳輸,t=0時抵達質(zhì)點1,質(zhì)點1開始向下運動,經(jīng)過時間Δt第一次出現(xiàn)如圖乙所表示波形.求:

圖甲

圖乙(1)該波波長;(2)質(zhì)點振動周期;(3)該波波速.43/89繼續(xù)學(xué)習(xí)物理專題十七機械振動與機械波題型全突破13思緒分析

本題可按以下思緒進行求解:44/89

物理專題十七機械振動與機械波題型全突破14返回目錄45/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破15繼續(xù)學(xué)習(xí)考法4波多解

46/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破16繼續(xù)學(xué)習(xí)c.只已知波速而不明確波傳輸方向,則應(yīng)考慮波沿兩個方向傳輸可能,即沿x軸正方向傳輸或沿x軸負方向傳輸.d.只給出兩時刻波形,則有屢次重復(fù)出現(xiàn)可能.(3)隱含性形成多解在波動問題中,往往只給出完整波形一部分,或給出幾個特殊點,而其余信息均處于隱含狀態(tài).這么,波形就有各種情況,造成波動問題多解性.2.處理波多解問題思緒普通采取從特殊到普通思維方法,即找出一個周期內(nèi)滿足條件關(guān)系Δt或Δx,若此關(guān)系為時間,則t=nT+Δt(n=0,1,2…);若此關(guān)系為距離,則x=nλ+Δx(n=0,1,2…).47/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破17繼續(xù)學(xué)習(xí)考法示例4

如圖所表示,一列簡諧橫波沿x軸正方向傳輸,實線表示t=0時刻波形,虛線表示t=0.7s時刻波形.則這列波(

)A.波長為4m

B.周期可能為0.4s

C.頻率可能為0.25HzD.波速可能為5.7m/s48/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破18繼續(xù)學(xué)習(xí)

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物理專題十七機械振動與機械波題型全突破19返回目錄50/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破20繼續(xù)學(xué)習(xí)考法5振動和波動比較

考法指導(dǎo)1.振動和波動比較類別振動波動運動現(xiàn)象單個質(zhì)點(物體)所表現(xiàn)出周而復(fù)始運動現(xiàn)象組成物體大量質(zhì)點受到擾動時,從擾動中心由近及遠傳輸開來周而復(fù)始運動現(xiàn)象運動原因物體因為某種原因離開平衡位置,同時受到指向平衡位置力——回復(fù)力作用介質(zhì)中質(zhì)點受到相鄰質(zhì)點帶動而伴隨運動,并由近及遠傳輸開去,且各部分都受到指向平衡位置力作用51/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破21繼續(xù)學(xué)習(xí)波動和振動都是周期性運動.就整個物體來看,所展現(xiàn)現(xiàn)象是波動;而就組成物體單個質(zhì)點來看,所展現(xiàn)現(xiàn)象是振動.所以,能夠說振動是波動成因,波動是振動在時間和空間上延伸.類別振動波動聯(lián)絡(luò)(1)振動是波起因,波是振動傳輸(2)有波動一定有振動,有振動不一定有波動(3)波動周期等于質(zhì)點振動周期52/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破22繼續(xù)學(xué)習(xí)2.振動圖像和波圖像比較比較項目振動圖像波圖像研究對象一個質(zhì)點波傳輸方向上全部質(zhì)點研究內(nèi)容某質(zhì)點在空間隨時間改變規(guī)律某時刻連續(xù)質(zhì)點在空間分布規(guī)律圖像正(余)弦曲線正(余)弦曲線53/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破23繼續(xù)學(xué)習(xí)2.振動圖像和波圖像比較區(qū)分波圖像和振動圖像,關(guān)鍵是看橫軸表示是位移x還是時間t,假如是位移x則為波圖像,假如是時間t則為振動圖像.Δt后波形隨時間推移,圖像延續(xù),但已經(jīng)有形狀不變隨時間推移,圖像沿波傳輸方向平移橫坐標(biāo)表示時間表示各質(zhì)點平衡位置聯(lián)絡(luò)(1)縱坐標(biāo)均表示質(zhì)點位移(2)縱坐標(biāo)最大值表示振幅(3)波在傳輸過程中,各質(zhì)點都在各自平衡位置附近振動,每一個質(zhì)點都有自己振動圖像54/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破24繼續(xù)學(xué)習(xí)考法示例5一列簡諧橫波某時刻波形如圖甲所表示,從該時刻開始計時,波上質(zhì)點A振動圖像如圖乙所表示,則 (

)A.這列波沿x軸正方向傳輸B.這列波波速是25m/s圖甲圖乙C.從該時刻起經(jīng)0.4s,質(zhì)點A經(jīng)過旅程是16mD.從該時刻起,質(zhì)點P將比質(zhì)點Q后回到平衡位置55/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破25繼續(xù)學(xué)習(xí)思緒分析

本題可按以下思緒進行求解:振動圖像和波圖像→波傳輸方向及波長、周期→波速及其它相關(guān)量判斷解析

質(zhì)點A在該時刻之后位移沿y軸正方向且越來越大,可知質(zhì)點A正在由平衡位置向上運動,所以波源在A右邊,這列波沿x軸負方向傳輸,A錯誤;由圖像可知波長為20m,周期為0.8s,所以波速為25m/s,B正確;從該時刻起經(jīng)0.4s,即半個周期,質(zhì)點A經(jīng)過旅程是2個振幅,為16cm,C錯誤;從該時刻起,質(zhì)點P將向下運動,質(zhì)點Q將向上運動,故P比Q先回到平衡位置,D錯誤.答案B56/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破26繼續(xù)學(xué)習(xí)方法規(guī)律1.巧解圖像問題求解波動圖像與振動圖像綜合類問題可采取“一分、一看、二找”方法.(1)分清振動圖像與波動圖像.此問題最簡單,只要看清橫坐標(biāo)即可,橫坐標(biāo)為x則為波動圖像,橫坐標(biāo)為t則為振動圖像.(2)看清橫、縱坐標(biāo)單位.尤其要注意單位前數(shù)量級.(3)找準波動圖像對應(yīng)時刻.(4)找準振動圖像對應(yīng)質(zhì)點.57/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破27繼續(xù)學(xué)習(xí)2.圖像問題易錯點(1)不了解振動圖像與波圖像區(qū)分.(2)誤將振動圖像看作波圖像或?qū)⒉▓D像看作振動圖像.(3)不知道波傳輸過程中任意質(zhì)點起振方向就是波源起振方向.(4)不會區(qū)分波傳輸位移和質(zhì)點振動位移.(5)誤認為質(zhì)點隨波遷移.58/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破28繼續(xù)學(xué)習(xí)考法示例6一列簡諧橫波沿x軸負方向傳輸,如圖所表示,其中圖甲是t=1s時波形圖,圖乙是該波中某振動質(zhì)點位移隨時間改變圖像(兩圖用同一時間起點).

圖甲圖乙(1)圖乙可能是圖甲中哪個質(zhì)點振動圖像

(填正確選項即可);若該波沿x軸正方向傳輸,則圖乙可能是圖甲中哪個質(zhì)點振動圖像

(填正確選項即可).A.x=0處質(zhì)點B.x=1m處質(zhì)點C.x=2m處質(zhì)點 D.x=3m處質(zhì)點(2)設(shè)該波沿x軸負方向傳輸,畫出x=3m處質(zhì)點振動圖像.59/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破29繼續(xù)學(xué)習(xí)思緒分析題中給出了t=1s時波形圖和介質(zhì)中某質(zhì)點振動圖像,可依據(jù)波傳輸方向和質(zhì)點振動方向關(guān)系進行分析.

解析

(1)當(dāng)t=1s時,由題圖乙可知,此時該質(zhì)點在平衡位置,正要沿y軸負方向運動,因為該波沿x軸負方向傳輸,由題圖甲知此時x=0處質(zhì)點在平衡位置,且正沿y軸負方向運動;

圖丙若該波沿x軸正方向傳輸,由題圖甲可知,t=1s時x=2m處質(zhì)點在平衡位置,且正沿y軸負方向運動.(2)在t=1s時,x=3m處質(zhì)點在正向最大位移處,可得振動圖像如圖丙所表示.

答案(1)A

C

(2)如圖丙所表示60/89突破攻略波圖像和振動圖像應(yīng)用1.判斷波傳輸方向與質(zhì)點振動方向依據(jù)是波傳輸特點,即后一質(zhì)點振動總滯后于前一質(zhì)點,或前一質(zhì)點總是帶動后一質(zhì)點振動.任一質(zhì)點起振方向都跟波源起振方向一致.2.利用振動圖像和波圖像處理實際問題時,應(yīng)充分了解兩圖像物理意義,將二者結(jié)合起來進行分析,這也是處理問題關(guān)鍵.(1)已知波形圖和波傳輸方向,能夠確定質(zhì)點振動方向.(2)已知質(zhì)點振動方向和波圖像,能夠確定波傳輸方向.物理專題十七機械振動與機械波題型全突破30返回目錄61/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破31繼續(xù)學(xué)習(xí)

考法6波干涉、衍射、多普勒效應(yīng)62/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破32繼續(xù)學(xué)習(xí)(2)圖像法:在某時刻波干涉波形圖上,波峰與波峰(或波谷與波谷)交點,一定是加強點,而波峰與波谷交點一定是減弱點,各加強點或減弱點各自連接而成以兩波源為中心向外輻射連線,形成加強線和減弱線,兩種線相互間隔,加強點與減弱點之間各質(zhì)點振幅介于加強點與減弱點振幅之間.2.多普勒效應(yīng)成因分析(1)接收頻率:觀察者接收到頻率等于觀察者在單位時間內(nèi)接收到完全波個數(shù).(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時,觀察者接收到頻率變大,當(dāng)波源與觀察者相互遠離時,觀察者接收到頻率變小.63/89物理專題十七機械振動與機械波題型全突破33繼續(xù)學(xué)習(xí)考法示例7如圖是水面上兩列頻率相同波在某時刻疊加情況,以波源S1、S2為圓心兩組同心圓弧分別表示同一時刻兩列波波峰(實線)和波谷(虛線),S1振幅A1=4cm,S2振幅A2=3cm,則以下說法正確是 (

)A.質(zhì)點D是振動減弱點B.質(zhì)點A、D在該時刻高度差為14cmC.再過半個周期,質(zhì)點B、C是振動加強點D.質(zhì)點C振幅為1cm64/89解析

題圖是兩列頻率相同相干水波于某時刻疊加情況,實線和虛線分別表示波峰和波谷,則D點是波谷與波谷相遇點,A點是波峰與波峰相遇點,B、C兩點是波峰與波谷相遇點.則D點是振動加強點,B、C兩點是振動減弱點,故A錯誤;S1振幅A1=4cm,S2振幅A2=3cm,質(zhì)點A是處于波峰疊加位置,相對平衡位置高度為7cm,而質(zhì)點D處于波谷疊加位置,相對平衡位置為-7cm,所以質(zhì)點A、D在該時刻高度差為14cm,故B正確;B、C兩點是振動減弱點,再過半個周期,質(zhì)點B、C仍是振動減弱點,故C錯誤;質(zhì)點C是波峰與波谷疊加點,則其合振幅為1cm,故D正確.答案

BD點評

正確了解波疊加圖樣,既要注意圖中加強點與減弱點是穩(wěn)定不變,也要知道它們是在上下振動;既要看到靜態(tài)圖樣,也要了解改變圖樣.物理專題十七機械振動與機械波題型全突破34返回目錄65/89能力大提升66/89物理專題十七機械振動與機械波能力大提升1繼續(xù)學(xué)習(xí)方法1簡諧運動判定方法1.物體做簡諧運動特點(1)振動圖像是正弦(或余弦)曲線.(2)回復(fù)力滿足F=-kx.(3)在運動過程中任意位置,系統(tǒng)機械能守恒.2.簡諧運動判斷方法依據(jù)簡諧運動特點,判斷物體運動是否是簡諧運動.首先要確定運動物體平衡位置,然后在物體離平衡位置為x處罰析出回復(fù)力,最終依據(jù)簡諧運動中回復(fù)力特點進行判定.67/893.利用F=-kx判斷振動是否是簡諧運動步驟(1)以平衡位置為原點,沿運動方向建立直線坐標(biāo)系.(2)在振動過程中任選一位置(平衡位置除外),對振動物體進行受力分析.(3)將力沿振動方向分解,求出振動方向上協(xié)力.(4)判定振動方向上協(xié)力與位移是否符合F=-kx關(guān)系即可.物理專題十七機械振動與機械波能力大提升2繼續(xù)學(xué)習(xí)68/89示例8如圖所表示,一立方體木塊漂浮在平靜水面上.已知立方體邊長為a,質(zhì)量為m,平衡時其浸在水中深度為h,水密度為ρ.現(xiàn)將其稍稍壓下,使其浸在水中深度為b(b>h),由靜止釋放后木塊將在水面上下振動.試證實在不計阻力情況下木塊振動是簡諧運動.

思緒分析本題可按以下思緒進行分析:確定木塊平衡位置→分析木塊位移為x時受力情況→判斷協(xié)力F與位移x是否滿足F=-kx物理專題十七機械振動與機械波能力大提升3繼續(xù)學(xué)習(xí)69/89

物理專題十七機械振動與機械波能力大提升4返回目錄70/891.帶動法由機械波產(chǎn)生過程可知,后一個質(zhì)點振動是由前一個質(zhì)點振動帶動,所以只要找到了前一個質(zhì)點(靠近波源一方質(zhì)點)位置,就能夠判斷后一個質(zhì)點振動方向.假如前一個質(zhì)點在上方,則后一個質(zhì)點振動方向就向上,反之就向下.

示例9如圖所表示為一列向左傳輸簡諧橫波在某一時刻波形圖,判斷波形圖上P點振動方向.

解析因為該波傳輸方向向左,故P質(zhì)點前一個質(zhì)點在P質(zhì)點右邊,該時刻P質(zhì)點前一個質(zhì)點實際位置在P點右上方,所以P點向上振動.

答案向上物理專題十七機械振動與機械波能力大提升5繼續(xù)學(xué)習(xí)方法2判斷質(zhì)點振動方向慣用方法71/89物理專題十七機械振動與機械波能力大提升62.微平移法微平移法是作出經(jīng)微小時間Δt(Δt<T/4)后波形,由波形就能夠知道各質(zhì)點經(jīng)過Δt時間抵達位置,質(zhì)點振動方向就能夠確定.

示例10如圖所表示是某一簡諧波在某時刻波形圖,由圖可知 (

)A.若波向右傳輸,則質(zhì)點B正向右運動B.若波向右傳輸,則質(zhì)點C正向左運動C.若波向左傳輸,則質(zhì)點D正向下運動D.若波向左傳輸,則質(zhì)點B正向上運動繼續(xù)學(xué)習(xí)72/89物理專題十七機械振動與機械波能力大提升7繼續(xù)學(xué)習(xí)解析

波動實質(zhì)是介質(zhì)中各質(zhì)點在自己平衡位置附近振動,質(zhì)點并不隨波遷移,選項A、B錯誤;當(dāng)波向左傳輸時,依據(jù)微平移法,將實線波形向左微平移Δx,得如圖中虛線所表示波形,可見波形平移后質(zhì)點B、D新位置在原位置下方,故質(zhì)點B、D振動方向(運動方向)都向下,選項C正確,D錯誤.

答案C73/89物理專題十七機械振動與機械波能力大提升8繼續(xù)學(xué)習(xí)3.“上下坡”法“上下坡”法是把波形看成凹凸路面,順著傳輸方向看,上坡時質(zhì)點振動方向向下,下坡時質(zhì)點振動方向向上.如圖所表示,因波傳輸方向向左,則P點處于下坡段,由“上下坡”法得P點振動方向向上.74/89物理專題十七機械振動與機械波能力大提升9繼續(xù)學(xué)習(xí)示例11如圖所表示是一列簡諧波在某時刻波形圖,波沿x軸負方向傳輸,就圖中標(biāo)明質(zhì)點而言,速度為正、加速度為負質(zhì)點是 (

)A.P

B.Q

C.R

D.S解析因波沿x軸負方向傳輸,質(zhì)點R、S處于下坡段,由“上下坡”法得,質(zhì)點R、S振動方向都向上,即質(zhì)點R、S速度方向與y軸正方向一致,所以它們速度都為正.而質(zhì)點R加速度方向向上,與y軸正方向一致,加速度為正;質(zhì)點S加速度方向向下,與y軸正方向相反,加速度為負.同理能夠判斷質(zhì)點P和Q振動方向都向下,速度都為負.故選項D正確.

答案D75/89物理專題十七機械振動與機械波能力大提升10繼續(xù)學(xué)習(xí)4.“同側(cè)”法“同側(cè)”法意思是,波傳輸方向與質(zhì)點振動方向必須在波形同一側(cè).如圖所表示,因波向左傳輸,要使質(zhì)點P振動方向與波傳輸方向在波形同一側(cè),質(zhì)點P振動方向只能向上.

示例12如圖所表示為一橫波在某一時刻波形圖,已知質(zhì)點F此時振動方向如圖中所表示,則 (

)A.波向右傳輸B.此時質(zhì)點H和F運動方向相同C.質(zhì)點C比質(zhì)點B先回到平衡位置D.此時速度數(shù)值最大質(zhì)點是A、E、I76/89

解析因質(zhì)點F振動方向向下,由“同側(cè)”法得,波傳輸方向向左,選項A錯誤;由“同側(cè)”法能夠判斷,此時質(zhì)點H振動方向向上,與質(zhì)點F振動方向相反,選項B錯誤;同理,此時質(zhì)點B振動方向向上,質(zhì)點B要先抵達最大位移處,然后再運動到平衡位置,所以質(zhì)點C比B先回到平衡位置,選項C正確;因為質(zhì)點抵達平衡位置時速度最大,所以選項D正確.

答案CD物理專題十七機械振動與機械波能力大提升11返回目錄77/89由質(zhì)點振動圖像附加一定條件便可畫出它所在介質(zhì)中參加振動質(zhì)點在某時刻波形圖.若給出波形圖,附加一定條件便可畫出任一質(zhì)點振動圖像.1.由波圖像畫振動圖像給出波圖像,附加波傳輸方向便可粗略畫出任一質(zhì)點振動圖像(周期T未知).假如再給出波速,便可準確畫出任一質(zhì)點振動圖像.物理專題十七機械振動與機械波能力大提升12繼續(xù)學(xué)習(xí)方法3相關(guān)波圖像幾個問題78/89物理專題十七機械振動與機械波能力大提升13示例13

如圖所表示,簡諧橫波a沿x軸正方向傳輸,簡諧橫波b沿x軸負方向傳輸,波速都是10m/s,振動方向都平行于y軸.t=0時刻,這兩列波波形如圖所表示.以下選項是平衡位置在x=2m處質(zhì)點從t=0開始在一個周期內(nèi)振動圖像,其中正確是 (

)繼續(xù)學(xué)習(xí)79/89物理專題十七機械振動與機械波能力大提升14繼續(xù)學(xué)習(xí)思緒分析本題可按以下思緒進行判斷:t=0時x=2m處質(zhì)點振動方向→x=2m處質(zhì)點振動最大位移→結(jié)合選項進行判斷

解析沿著波傳輸方向看去,“上坡下,下坡上”,則兩列波上平衡位置x=2m處質(zhì)點在t=0時刻都沿y軸正方向振動,由T=λ/v可知兩列波周期相同,則兩列波波峰同時抵達x=2m處,此時x=2m處質(zhì)點位移為3cm,由圖可知,選項B正確.

答案B