【同步學(xué)練】高中物理人教版(2019)選擇性必修1：第3章主題提升課2機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波學(xué)案(教師版)

主題提升課2機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波主題一機(jī)械振動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用能根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的振動(dòng)或擺動(dòng)的特點(diǎn)，構(gòu)建簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、單擺等物理模型。能運(yùn)用這些模型分析問(wèn)題，通過(guò)推理得到結(jié)論，對(duì)相關(guān)現(xiàn)象作出解釋。【典例1】(2022·四川南充期中)如圖所示，把兩個(gè)彈簧振子懸掛在同一支架上，已知甲彈簧振子的固有頻率為8Hz，乙彈簧振子的固有頻率為72Hz，當(dāng)支架在豎直方向且頻率為9Hz的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)時(shí)，兩個(gè)彈簧振子的振動(dòng)情況是()A．甲的振幅較大，且振動(dòng)頻率為8HzB．甲的振幅較大，且振動(dòng)頻率為9HzC．乙的振幅較大，且振動(dòng)頻率為9HzD．乙的振幅較大，且振動(dòng)頻率為72HzB[支架在豎直方向且頻率為9Hz的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近彈簧振子的固有頻率，振幅越大，所以甲的振幅較大。受迫振動(dòng)的頻率取決于驅(qū)動(dòng)力的頻率，即振動(dòng)頻率為9Hz，選項(xiàng)B正確。]【典例2】(多選)(2021·浙江1月選考)為了提高松樹上松果的采摘率和工作效率，工程技術(shù)人員利用松果的慣性發(fā)明了用打擊桿與振動(dòng)器使松果落下的兩種裝置，如圖甲、乙所示。則()A．針對(duì)不同樹木，落果效果最好的振動(dòng)頻率可能不同B．隨著振動(dòng)器頻率的增加，樹干振動(dòng)的幅度一定增大C．打擊桿對(duì)不同粗細(xì)樹干打擊結(jié)束后，樹干的振動(dòng)頻率相同D．穩(wěn)定后，不同粗細(xì)樹干的振動(dòng)頻率始終與振動(dòng)器的振動(dòng)頻率相同素養(yǎng)聚焦本題以提高松樹上松果的采摘率和工作效率為情境，考查了發(fā)生共振的條件及其應(yīng)用，提升考生應(yīng)用所學(xué)物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。AD[根據(jù)共振發(fā)生的條件，當(dāng)振動(dòng)器的頻率等于樹木的固有頻率時(shí)發(fā)生共振，此時(shí)落果效果最好，而不同的樹木的固有頻率不同，針對(duì)不同樹木，落果效果最好的振動(dòng)頻率可能不同，故A正確；當(dāng)振動(dòng)器的振動(dòng)頻率等于樹木的固有頻率時(shí)發(fā)生共振，此時(shí)樹干的振幅最大，則隨著振動(dòng)器頻率的增加，樹干振動(dòng)的幅度不一定增大，故B錯(cuò)誤；打擊桿對(duì)不同粗細(xì)樹干打擊結(jié)束后，樹干的振動(dòng)頻率為其固有頻率，不同粗細(xì)的樹干的固有頻率是不同的，故C錯(cuò)誤；樹干在振動(dòng)器的振動(dòng)下做受迫振動(dòng)，則穩(wěn)定后，不同粗細(xì)樹干的振動(dòng)頻率始終與振動(dòng)器的振動(dòng)頻率相同，故D正確。]主題二波動(dòng)模型的建構(gòu)通過(guò)觀察生活中的“波”、演示實(shí)驗(yàn)和活動(dòng)，可以從整體上得到機(jī)械波的特征，明確波動(dòng)與振動(dòng)的聯(lián)系和區(qū)別。了解物理規(guī)律具有適用范圍和條件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和理論推導(dǎo)，能從相互作用和能量角度認(rèn)識(shí)機(jī)械波，建構(gòu)波動(dòng)模型。【典例3】(2021·浙江6月選考)將一端固定在墻上的輕質(zhì)繩在中點(diǎn)位置分叉成相同的兩股細(xì)繩，它們處于同一水平面上。在離分叉點(diǎn)相同長(zhǎng)度處用左、右手在身體兩側(cè)分別握住直細(xì)繩的一端，同時(shí)用相同頻率和振幅上下持續(xù)振動(dòng)，產(chǎn)生的橫波以相同的速率沿細(xì)繩傳播。因開始振動(dòng)時(shí)的情況不同，分別得到了如圖甲和乙所示的波形。下列說(shuō)法正確的是()A．甲圖中兩手開始振動(dòng)時(shí)的方向并不相同B．甲圖中繩子的分叉點(diǎn)是振動(dòng)減弱的位置C．乙圖中繩子分叉點(diǎn)右側(cè)始終見(jiàn)不到明顯的波形D．乙圖只表示細(xì)繩上兩列波剛傳到分叉點(diǎn)時(shí)的波形素養(yǎng)聚焦兩列波相遇和兩物體相遇不同，兩列波相遇時(shí)，相遇處質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波分別引起位移的矢量和，相遇后會(huì)按原來(lái)的振動(dòng)形式繼續(xù)向前傳播。C[從題圖甲可以看出，兩列波在分叉點(diǎn)處相遇后振動(dòng)加強(qiáng)了，且兩手離分叉點(diǎn)距離相同，因此兩手開始振動(dòng)時(shí)的方向相同，分叉點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)的位置，故A、B錯(cuò)誤；從題圖乙可看出，分叉點(diǎn)左側(cè)兩列波在同一時(shí)刻振動(dòng)情況相反，所以兩列波在分叉點(diǎn)相遇后疊加抵消，故分叉點(diǎn)右側(cè)始終見(jiàn)不到明顯的波形，由波的周期性可知，細(xì)繩上的波形會(huì)周期性出現(xiàn)，故C正確，D錯(cuò)誤。]【典例4】一振動(dòng)片以頻率f做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，固定在振動(dòng)片上的兩根細(xì)桿同步周期性地觸動(dòng)水面上a、b兩點(diǎn)，兩波源發(fā)出的波在水面上形成穩(wěn)定的干涉圖樣，c是水面上的一點(diǎn)，a、b、c間的距離均為l，如圖所示。已知除c點(diǎn)外，在ac連線上還有其他振幅極大的點(diǎn)，其中距c最近的點(diǎn)到c的距離為38l(1)波的波長(zhǎng)；(2)波的傳播速度。素養(yǎng)聚焦解答本題的關(guān)鍵在于理解距c最近的振幅極大點(diǎn)所隱含的信息為：a、b兩波源到此點(diǎn)的路程差為一個(gè)波長(zhǎng)。[解析](1)如圖，設(shè)距c點(diǎn)最近的振幅極大的點(diǎn)為d點(diǎn)，a與d的距離為r1，b與d的距離為r2，d與c的距離為s，波長(zhǎng)為λ。則r2－r1＝λ，由幾何關(guān)