高三物理复习考情解读+知识通关+题型突破+能力提升专题17机械振动与机械波省公开课一等奖新名师

目录Contents考情精解读考点1考点2考法3考法2考法1考法4方法1A.考点全通关B.题型全突破C.能力大提升方法2考点3方法3考法6考法51/89考情精解读2/89考纲解读命题趋势命题规律考情精解读1物理专题十七机械振动与机械波1考试纲领01·简谐运动Ⅰ·简谐运动公式和图像Ⅱ·单摆、周期公式Ⅰ·受迫振动和共振Ⅰ·机械波、横波和纵波Ⅰ·横波图像Ⅱ·波速、波长和频率(周期)关系Ⅰ·波干涉和衍射现象Ⅰ·多普勒效应Ⅰ·试验一:探究单摆运动、用单摆测定重力加速度3/89考纲解读命题趋势命题规律考情精解读2物理专题十七机械振动与机械波2知识体系构建4/89考纲解读命题规律考情精解读3命题趋势物理专题十七机械振动与机械波考点全国全国全国自主命题地域机械振动,受迫振动【50%】·全国Ⅱ,34(2),10分·全国Ⅲ,34(1),5分·全国Ⅱ,34(2),10分·全国Ⅰ,34(1),6分·全国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考纲解读命题规律考情精解读4命题趋势物理专题十七机械振动与机械波机械波【50%】·全国Ⅰ,34(1),5分·全国Ⅰ,34(2),10分

·四川,6,6分·上海,20,4分·江苏,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考纲解读命题规律考情精解读5返回目录1.热点预测预计年高考对本部分考查仍会以定性分析或简单定量计算为主,难度普通,注意实际生活中与本专题内容相联络题目.2.趋势分析高考中对本专题考查以图像为主,考查简谐运动特点和机械波传输时空间关系.另外,相关波速相关计算、波多解问题、用单摆测重力加速度也要引发重视.命题趋势物理专题十七机械振动与机械波7/89考点全通关8/89考点全通关1考点1机械振动继续学习物理专题十七机械振动与机械波一、振动及描述振动物理量1.机械振动:物体(或物体一部分)在某一中心位置两侧所做往复运动称为机械振动,简称振动.2.回复力:振动物体所受总是指向平衡位置力.它能够是某一个力,也能够是几个力协力或某个力分力,属于效果力,在详细问题中要注意分析是什么力提供了回复力.3.位移(x):由平衡位置指向振动质点所在位置有向线段,是矢量,其最大值等于振幅.

不论振子从什么位置开始振动,其位移总是以平衡位置为初位置.4.振幅(A):振动物体离开平衡位置最大距离,是标量,表示振动强弱.9/89考点全通关25.周期(T)和频率(f):周期和频率是表示振动快慢物理量,二者互为倒数关系.

当T和f由振动系统本身决定时,叫作固有周期和固有频率.二、简谐运动1.简谐运动:假如质点位移与时间关系遵从正弦函数规律,即它振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线,这么振动叫作简谐运动.(1)简谐运动是最基本、最简单振动.(2)简谐运动位移随时间按正弦规律改变,所以简谐运动不是匀速运动,而是变力作用下运动.物理专题十七机械振动与机械波继续学习10/89考点全通关3物理专题十七机械振动与机械波继续学习2.简谐运动两种模型

模型比较项目

弹簧振子单摆模型示意图特点(1)忽略摩擦力,弹簧弹力提供回复力(2)弹簧质量能够忽略(3)弹性程度内(1)细线质量、球直径均可忽略(2)摆角θ很小(3)重力切向分力提供回复力公式回复力F=-kx平衡位置F回=0,a=0弹簧处于原长F回=0,a切=0小球摆动最低点(此时F向心≠0,a=a向心≠0)能量转化弹性势能⇔动能重力势能⇔动能11/89考点全通关4物理专题十七机械振动与机械波继续学习3.简谐运动表示式(1)动力学表示式:F=-kx,其中“-”表示回复力与位移方向相反.(2)运动学表示式:x=Asin(ωt+φ),其中A表示振幅,ω=2πf表示简谐运动快慢,(ωt+φ)表示简谐运动相位,φ叫作初相.

相位是描述振动“步调”一个物理量,若两个振动步调一致,就说它们相位是相同;若不一致,就说它们振动相位不相同,或说它们存在相位差.12/89考点全通关5物理专题十七机械振动与机械波继续学习4.简谐运动图像(1)从平衡位置开始计时,函数表示式为x=Asinωt,图像如图甲所表示.

图甲

图乙(2)从最大位移处开始计时,函数表示式为x=Acosωt,图像如图乙所表示.

简谐运动图像表示是振子位移随时间改变规律,而振子实际轨迹并非正弦(或余弦)曲线.13/89考点全通关6物理专题十七机械振动与机械波继续学习三、阻尼振动和受迫振动1.阻尼振动(1)定义:振幅逐步减小振动.(2)原因:振动系统要克服阻力做功,其机械能降低,造成振幅减小.(3)功效关系:系统降低机械能用于克服阻力做功.2.受迫振动(1)定义:在外界周期性驱动力作用下振动.(2)频率特征:受迫振动频率等于f驱,与f固无关.(3)振幅特征:驱动力频率越靠近固有频率,振幅越大,当f驱=f固时,振幅最大,这种现象叫作共振.受迫振动到达稳定时,驱动力对系统所做功及时赔偿了系统因克服阻力做功而损失机械能,振幅保持不变.14/89考点全通关7物理专题十七机械振动与机械波继续学习3.自由振动、受迫振动和共振比较

振动类型项目自由振动受迫振动共振受力情况仅受回复力受到周期性驱动力作用受到周期性驱动力作用振动周期和频率由系统本身性质决定,即固有周期和固有频率由驱动力周期和频率决定T驱

=T固f驱

=f固振动能量无阻尼自由振动物体机械能不变由产生驱动力物体提供振动物体取得能量最大常见例子弹簧振子,单摆机械工作时底座发生振动共振筛,转速计15/89考点全通关8物理专题十七机械振动与机械波继续学习通关秘籍1.物体做受迫振动频率等于驱动力频率,与物体固有频率无关.2.稳定时物体做受迫振动振幅由驱动力频率和物体固有频率共同决定:二者相差越小,受迫振动振幅越大;二者相差越大,受迫振动振幅越小.3.受迫振动系统中能量转化不再只有系统内部动能和势能转化,还有驱动力对系统做正功赔偿系统因克服阻力做功而损失机械能.16/89考点全通关9物理专题十七机械振动与机械波返回目录4.共振曲线

(1)如图所表示共振曲线,曲线表示受迫振动振幅A(纵坐标)随驱动力频率f(横坐标)改变而改变.驱动力频率f跟振动系统固有频率f0相差越小,振幅越大;驱动力频率f等于振动系统固有频率f0时,振幅最大.(2)受迫振动中系统能量转化:做受迫振动系统机械能不守恒,系统与外界时刻进行能量交换.17/89考点全通关10一、波形成和传输1.机械波形成(1)机械振动在介质中传输形成机械波,简称波.(2)机械波形成条件:①有连续振动波源;②有传输振动介质.

有机械波必有机械振动,有机械振动不一定有机械波.已经形成波跟波源无关,波源停顿振动,波继续传输.2.机械波分类(1)横波:质点振动方向与波传输方向相互垂直波,叫作横波.在横波中,凸起最高处叫作波峰,凹下最低处叫作波谷.机械横波只能在固体中传输,不能在液体或气体中传输.物理专题十七机械振动与机械波继续学习考点2机械波18/89考点全通关11(2)纵波:质点振动方向与波传输方向在同一直线上波,叫作纵波.在纵波中,质点分布最密位置叫作密部,质点分布最疏位置叫作疏部.纵波能够在固体中传输,也能够在液体或气体中传输.3.机械波特点(1)每一质点都以它平衡位置为中心做简谐运动;后一质点振动总是落后于带动它前一质点振动.(2)波传输只是运动(振动)形式和振动能量,介质中质点并不随波迁移.4.描述机械波物理量(1)波长(λ):在波动中,振动相位总是相同两个相邻质点间距离,叫作波长.在横波中,两个相邻波峰(或波谷)间距离等于波长.在纵波中,两个相邻密部(或疏部)间距离等于波长.物理专题十七机械振动与机械波继续学习19/89考点全通关12

物理专题十七机械振动与机械波继续学习20/89考点全通关13二、波图像1.波图像:如图所表示为一横波图像,它反应了在波传输过程中,某一时刻介质中各个质点位移在空间分布.简谐波图像为正弦(或余弦)曲线.2.波图像应用依据机械波传输规律,利用波图像可判定:(1)介质中质点振幅A和波长λ,以及该时刻各质点位移和加速度方向.(2)依据波传输方向确定该时刻各质点振动方向,且能画出在Δt前(或后)波形图像.(3)依据某一质点振动方向确定波传输方向.物理专题十七机械振动与机械波继续学习21/89考点全通关14三、波衍射、干涉和多普勒效应1.波叠加:几列波相遇时能够保持各自运动特征继续传输,在它们重合区域里,介质中质点同时参加这几列波引发振动,质点位移等于这几列波单独传输时引发位移矢量和.2.波衍射和波干涉比较物理专题十七机械振动与机械波继续学习

定义现象可观察到显著现象条件相同点波衍射波能够绕过障碍物继续传输现象波能偏离直线而传到直线传输以外空间缝、孔或障碍物尺寸跟波长相差不多或者小于波长干涉和衍射是波特有现象波干涉频率相同两列波叠加,使一些区域振动加强,一些区域振动减弱现象干涉图样稳定,振动加强区和减弱区相间分布,加强区、减弱区位置不变两列波频率相同22/89考点全通关15通关秘籍1.稳定干涉中,振动加强区域和振动减弱区域空间位置是不变.加强区域中心质点振幅等于两列波振幅之和,减弱区域中心质点振幅等于两列波振幅之差.2.振动加强条件是两波源到该区域中心距离之差等于波长整数倍(半波长偶数倍),振动减弱条件是两波源到该区域中心距离之差等于半波长奇数倍.3.只有符合干涉条件两列波相遇时才能产生干涉现象;任何波都能发生衍射现象,而发生显著衍射现象需要一定条件.3.多普勒效应(1)多普勒效应:当波源和观察者之间有相对运动时,观察者会感到波频率发生改变,这种现象叫作多普勒效应.物理专题十七机械振动与机械波继续学习23/89考点全通关16(2)波源频率与观察者接收到波频率①波源频率等于单位时间内波源发出完全波个数.②观察者接收到波频率等于观察者在单位时间内接收到完全波个数.(3)多普勒效应产生①当波源和观察者相对于介质都不动时,观察者接收到波频率等于波源频率.②波源相对于介质不动,当观察者靠近波源运动时,观察者接收到波频率增大;当观察者远离波源运动时,观察者接收到波频率减小,且当观察者运动速度与波速相等时观察者接收不到波.③观察者相对于介质不动,当波源靠近观察者时,观察者接收到波频率增大;当波源远离观察者时,观察者接收到波频率减小.物理专题十七机械振动与机械波继续学习24/89考点全通关17物理专题十七机械振动与机械波返回目录通关秘籍1.发生多普勒效应时,波源真实频率不会发生任何改变,只是观察者接收到波频率发生了改变.2.观察者接收到波频率发生改变原因是观察者与波源之间有相对运动.4.声波:一切振动着发声物体都叫声源.声源振动在介质中形成纵波.频率为20Hz到20000Hz声波能引发人听觉.频率低于20Hz声波称为次声波;频率高于20000Hz声波称为超声波,超声波应用十分广泛,如声呐、B超、探伤仪等.声波在空气中传输速度约为340m/s.声波含有反射、干涉、衍射等波特有现象.25/89考点全通关18

物理专题十七机械振动与机械波继续学习考点3试验:用单摆测定重力加速度26/89考点全通关19(2)把细丝线上端用铁夹固定在铁架台上,把铁架台放在试验桌边,使铁夹伸到桌面以外,让摆球自由下垂,在单摆平衡位置处做上标识.(3)用刻度尺测量单摆摆长(悬点到球心间距离).(4)把单摆从平衡位置拉开一个很小角度,然后放开小球让它摆动,用停表测出单摆完成30次或50次全振动时间,计算出平均完成一次全振动时间,这个时间就是单摆振动周期.(5)改变摆长,重做几次试验.(6)依据单摆周期公式,计算出每次试验重力加速度,求出几次试验得到重力加速度平均值.(7)将测得重力加速度值与当地重力加速度值进行比较,分析产生误差可能原因.物理专题十七机械振动与机械波继续学习27/89考点全通关20物理专题十七机械振动与机械波继续学习

28/89考点全通关215.注意事项(1)摆线应选择细、轻且不易伸长线(长度为1m左右);小球应选取密度较大金属球,直径应较小(最好不超出2cm).(2)单摆悬线上端应该固定牢靠,不可随意卷在铁架台横杆上,以免振动时摆长改变.(3)摆动时控制摆线偏离竖直方向角度不能太大.(4)摆球摆动时,要使摆球保持在同一个竖直平面内,不要形成圆锥摆.(5)周期测量:用停表测出单摆做n(30~50)次全振动所用时间t,则周期T=t/n.测量时应从摆球经过最低位置时开始计时、计数,而且开始计时时数“零”,以后摆球每从同一方向经过最低位置时计数一次.物理专题十七机械振动与机械波继续学习29/89考点全通关22物理专题十七机械振动与机械波返回目录6.误差分析(1)本试验系统误差主要起源于单摆模型本身是否符合要求,即:悬点是否固定,是单摆还是复摆,球、线是否符合要求,摆球摆动时是圆锥摆还是在同一竖直平面内摆动,以及测量哪段长度作为摆长等.(2)本试验偶然误差主要起源于时间(单摆周期)测量,所以,要注意测按时间(周期),要从摆球经过平衡位置时开始计时,最好采取倒数计时计数方法,不能多记或漏记摆动次数.为了减小偶然误差,要进行屡次测量后取平均值.(3)本试验中测量长度(摆线长、摆球直径)时,读数读到毫米位即可.测量时间时,停表读数有效数字读到停表最小刻度,不再往下估读一位.30/89题型全突破31/89考法1对简谐运动了解

考法指导

1.动力学特征F=-kx,“-”表示回复力方向与位移方向相反,k是百分比系数,不一定是弹簧劲度系数.2.运动学特征简谐运动加速度与物体偏离平衡位置位移成正比而方向相反,为变加速运动,远离平衡位置时,x、F、a、Ep均增大,v、Ek均减小,靠近平衡位置时则相反.3.运动周期性特征相隔T或nT两个时刻振子处于同一位置且振动状态相同.物理专题十七机械振动与机械波题型全突破1继续学习32/89

物理专题十七机械振动与机械波题型全突破2继续学习33/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破3继续学习考法示例1

如图所表示,弹簧下面挂一质量为m物体,物体在竖直方向上做振幅为A简谐运动,当物体振动到最高点时,弹簧恰好为原长,弹簧在弹性程度内,则物体在振动过程中 (

)A.弹簧最大弹性势能等于2mgAB.弹簧弹性势能和物体动能总和不变C.物体在最低点时加速度大小应为2gD.物体在最低点时弹力大小应为mg34/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破4解析

因物体振动到最高点时,弹簧恰好为原长,此时弹簧弹力等于零,物体重力mg=F回=kA,当物体在最低点时,弹簧弹性势能最大等于2mgA,A正确;在最低点,由F回=mg=ma知,C错误;由F弹-mg=F回得F弹=2mg,D错误;由能量守恒知,弹簧弹性势能和物体动能、重力势能三者总和不变,B错误.

答案A继续学习35/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破5返回目录突破攻略分析简谐运动技巧1.做简谐运动物体经过平衡位置时,回复力一定为零,但所受合外力不一定为零.2.分析简谐运动中各物理量改变情况时,一定要以位移为桥梁,位移增大时,振动质点回复力、加速度、势能均增大,速度、动能均减小;反之,则产生相反改变.另外,各矢量均在其值为零时改变方向.3.分析过程中要尤其注意简谐运动周期性和对称性.36/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破6继续学习考法2简谐运动图像

考法指导

简谐运动图像遵从正弦函数规律,从简谐运动图像中能够取得以下信息(1)振幅A、周期T.(2)某一时刻振动质点离开平衡位置位移.(3)某一时刻质点回复力、加速度和速度方向.①回复力和加速度方向:因为回复力总是指向平衡位置,所以回复力和加速度在图像上总是指向t轴.②速度方向:速度方向能够经过下一时刻位移改变来判定,下一时刻位移若增大,振动质点速度方向就是远离t轴;下一时刻位移若减小,振动质点速度方向就是指向t轴.37/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破7继续学习

38/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破84.确定各时刻质点运动方向上图中,在t1时刻,质点正远离平衡位置运动;在t3时刻,质点正向着平衡位置运动.5.比较各时刻质点加速度大小和方向上图中,t1时刻质点位移x1为正,加速度a1为负,二者方向相反;t2时刻质点位移x2为负,加速度a2为正,二者方向相反.又|x1|>|x2|,所以|a1|>|a2|.6.比较不一样时刻质点势能、动能大小质点离平衡位置位移越大,质点所含有势能越大,动能越小.如上图所表示,在t1时刻质点势能Ep1大于t2时刻势能Ep2,而动能Ek1<Ek2.继续学习39/89继续学习物理专题十七机械振动与机械波题型全突破9

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物理专题十七机械振动与机械波题型全突破10返回目录41/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破11继续学习考法3对波形成与传输考查

42/89继续学习物理专题十七机械振动与机械波题型全突破12考法示例3

在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上9个质点,相邻两质点间距离均为L,如图甲所表示.一列横波沿该直线向右传输,t=0时抵达质点1,质点1开始向下运动,经过时间Δt第一次出现如图乙所表示波形.求:

图甲

图乙(1)该波波长;(2)质点振动周期;(3)该波波速.43/89继续学习物理专题十七机械振动与机械波题型全突破13思绪分析

本题可按以下思绪进行求解:44/89

物理专题十七机械振动与机械波题型全突破14返回目录45/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破15继续学习考法4波多解

46/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破16继续学习c.只已知波速而不明确波传输方向,则应考虑波沿两个方向传输可能,即沿x轴正方向传输或沿x轴负方向传输.d.只给出两时刻波形,则有屡次重复出现可能.(3)隐含性形成多解在波动问题中,往往只给出完整波形一部分,或给出几个特殊点,而其余信息均处于隐含状态.这么,波形就有各种情况,造成波动问题多解性.2.处理波多解问题思绪普通采取从特殊到普通思维方法,即找出一个周期内满足条件关系Δt或Δx,若此关系为时间,则t=nT+Δt(n=0,1,2…);若此关系为距离,则x=nλ+Δx(n=0,1,2…).47/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破17继续学习考法示例4

如图所表示,一列简谐横波沿x轴正方向传输,实线表示t=0时刻波形,虚线表示t=0.7s时刻波形.则这列波(

)A.波长为4m

B.周期可能为0.4s

C.频率可能为0.25HzD.波速可能为5.7m/s48/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破18继续学习

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物理专题十七机械振动与机械波题型全突破19返回目录50/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破20继续学习考法5振动和波动比较

考法指导1.振动和波动比较类别振动波动运动现象单个质点(物体)所表现出周而复始运动现象组成物体大量质点受到扰动时,从扰动中心由近及远传输开来周而复始运动现象运动原因物体因为某种原因离开平衡位置,同时受到指向平衡位置力——回复力作用介质中质点受到相邻质点带动而伴随运动,并由近及远传输开去,且各部分都受到指向平衡位置力作用51/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破21继续学习波动和振动都是周期性运动.就整个物体来看,所展现现象是波动;而就组成物体单个质点来看,所展现现象是振动.所以,能够说振动是波动成因,波动是振动在时间和空间上延伸.类别振动波动联络(1)振动是波起因,波是振动传输(2)有波动一定有振动,有振动不一定有波动(3)波动周期等于质点振动周期52/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破22继续学习2.振动图像和波图像比较比较项目振动图像波图像研究对象一个质点波传输方向上全部质点研究内容某质点在空间随时间改变规律某时刻连续质点在空间分布规律图像正(余)弦曲线正(余)弦曲线53/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破23继续学习2.振动图像和波图像比较区分波图像和振动图像,关键是看横轴表示是位移x还是时间t,假如是位移x则为波图像,假如是时间t则为振动图像.Δt后波形随时间推移,图像延续,但已经有形状不变随时间推移,图像沿波传输方向平移横坐标表示时间表示各质点平衡位置联络(1)纵坐标均表示质点位移(2)纵坐标最大值表示振幅(3)波在传输过程中,各质点都在各自平衡位置附近振动,每一个质点都有自己振动图像54/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破24继续学习考法示例5一列简谐横波某时刻波形如图甲所表示,从该时刻开始计时,波上质点A振动图像如图乙所表示,则 (

)A.这列波沿x轴正方向传输B.这列波波速是25m/s图甲图乙C.从该时刻起经0.4s,质点A经过旅程是16mD.从该时刻起,质点P将比质点Q后回到平衡位置55/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破25继续学习思绪分析

本题可按以下思绪进行求解:振动图像和波图像→波传输方向及波长、周期→波速及其它相关量判断解析

质点A在该时刻之后位移沿y轴正方向且越来越大,可知质点A正在由平衡位置向上运动,所以波源在A右边,这列波沿x轴负方向传输,A错误;由图像可知波长为20m,周期为0.8s,所以波速为25m/s,B正确;从该时刻起经0.4s,即半个周期,质点A经过旅程是2个振幅,为16cm,C错误;从该时刻起,质点P将向下运动,质点Q将向上运动,故P比Q先回到平衡位置,D错误.答案B56/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破26继续学习方法规律1.巧解图像问题求解波动图像与振动图像综合类问题可采取“一分、一看、二找”方法.(1)分清振动图像与波动图像.此问题最简单,只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波动图像,横坐标为t则为振动图像.(2)看清横、纵坐标单位.尤其要注意单位前数量级.(3)找准波动图像对应时刻.(4)找准振动图像对应质点.57/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破27继续学习2.图像问题易错点(1)不了解振动图像与波图像区分.(2)误将振动图像看作波图像或将波图像看作振动图像.(3)不知道波传输过程中任意质点起振方向就是波源起振方向.(4)不会区分波传输位移和质点振动位移.(5)误认为质点随波迁移.58/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破28继续学习考法示例6一列简谐横波沿x轴负方向传输,如图所表示,其中图甲是t=1s时波形图,图乙是该波中某振动质点位移随时间改变图像(两图用同一时间起点).

图甲图乙(1)图乙可能是图甲中哪个质点振动图像

(填正确选项即可);若该波沿x轴正方向传输,则图乙可能是图甲中哪个质点振动图像

(填正确选项即可).A.x=0处质点B.x=1m处质点C.x=2m处质点 D.x=3m处质点(2)设该波沿x轴负方向传输,画出x=3m处质点振动图像.59/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破29继续学习思绪分析题中给出了t=1s时波形图和介质中某质点振动图像,可依据波传输方向和质点振动方向关系进行分析.

解析

(1)当t=1s时,由题图乙可知,此时该质点在平衡位置,正要沿y轴负方向运动,因为该波沿x轴负方向传输,由题图甲知此时x=0处质点在平衡位置,且正沿y轴负方向运动;

图丙若该波沿x轴正方向传输,由题图甲可知,t=1s时x=2m处质点在平衡位置,且正沿y轴负方向运动.(2)在t=1s时,x=3m处质点在正向最大位移处,可得振动图像如图丙所表示.

答案(1)A

C

(2)如图丙所表示60/89突破攻略波图像和振动图像应用1.判断波传输方向与质点振动方向依据是波传输特点,即后一质点振动总滞后于前一质点,或前一质点总是带动后一质点振动.任一质点起振方向都跟波源起振方向一致.2.利用振动图像和波图像处理实际问题时,应充分了解两图像物理意义,将二者结合起来进行分析,这也是处理问题关键.(1)已知波形图和波传输方向,能够确定质点振动方向.(2)已知质点振动方向和波图像,能够确定波传输方向.物理专题十七机械振动与机械波题型全突破30返回目录61/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破31继续学习

考法6波干涉、衍射、多普勒效应62/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破32继续学习(2)图像法:在某时刻波干涉波形图上,波峰与波峰(或波谷与波谷)交点,一定是加强点,而波峰与波谷交点一定是减弱点,各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射连线,形成加强线和减弱线,两种线相互间隔,加强点与减弱点之间各质点振幅介于加强点与减弱点振幅之间.2.多普勒效应成因分析(1)接收频率:观察者接收到频率等于观察者在单位时间内接收到完全波个数.(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到频率变大,当波源与观察者相互远离时,观察者接收到频率变小.63/89物理专题十七机械振动与机械波题型全突破33继续学习考法示例7如图是水面上两列频率相同波在某时刻叠加情况,以波源S1、S2为圆心两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波波峰(实线)和波谷(虚线),S1振幅A1=4cm,S2振幅A2=3cm,则以下说法正确是 (

)A.质点D是振动减弱点B.质点A、D在该时刻高度差为14cmC.再过半个周期,质点B、C是振动加强点D.质点C振幅为1cm64/89解析

题图是两列频率相同相干水波于某时刻叠加情况,实线和虚线分别表示波峰和波谷,则D点是波谷与波谷相遇点,A点是波峰与波峰相遇点,B、C两点是波峰与波谷相遇点.则D点是振动加强点,B、C两点是振动减弱点,故A错误;S1振幅A1=4cm,S2振幅A2=3cm,质点A是处于波峰叠加位置,相对平衡位置高度为7cm,而质点D处于波谷叠加位置,相对平衡位置为-7cm,所以质点A、D在该时刻高度差为14cm,故B正确;B、C两点是振动减弱点,再过半个周期,质点B、C仍是振动减弱点,故C错误;质点C是波峰与波谷叠加点,则其合振幅为1cm,故D正确.答案

BD点评

正确了解波叠加图样,既要注意图中加强点与减弱点是稳定不变,也要知道它们是在上下振动;既要看到静态图样,也要了解改变图样.物理专题十七机械振动与机械波题型全突破34返回目录65/89能力大提升66/89物理专题十七机械振动与机械波能力大提升1继续学习方法1简谐运动判定方法1.物体做简谐运动特点(1)振动图像是正弦(或余弦)曲线.(2)回复力满足F=-kx.(3)在运动过程中任意位置,系统机械能守恒.2.简谐运动判断方法依据简谐运动特点,判断物体运动是否是简谐运动.首先要确定运动物体平衡位置,然后在物体离平衡位置为x处罚析出回复力,最终依据简谐运动中回复力特点进行判定.67/893.利用F=-kx判断振动是否是简谐运动步骤(1)以平衡位置为原点,沿运动方向建立直线坐标系.(2)在振动过程中任选一位置(平衡位置除外),对振动物体进行受力分析.(3)将力沿振动方向分解,求出振动方向上协力.(4)判定振动方向上协力与位移是否符合F=-kx关系即可.物理专题十七机械振动与机械波能力大提升2继续学习68/89示例8如图所表示,一立方体木块漂浮在平静水面上.已知立方体边长为a,质量为m,平衡时其浸在水中深度为h,水密度为ρ.现将其稍稍压下,使其浸在水中深度为b(b>h),由静止释放后木块将在水面上下振动.试证实在不计阻力情况下木块振动是简谐运动.

思绪分析本题可按以下思绪进行分析:确定木块平衡位置→分析木块位移为x时受力情况→判断协力F与位移x是否满足F=-kx物理专题十七机械振动与机械波能力大提升3继续学习69/89

物理专题十七机械振动与机械波能力大提升4返回目录70/891.带动法由机械波产生过程可知,后一个质点振动是由前一个质点振动带动,所以只要找到了前一个质点(靠近波源一方质点)位置,就能够判断后一个质点振动方向.假如前一个质点在上方,则后一个质点振动方向就向上,反之就向下.

示例9如图所表示为一列向左传输简谐横波在某一时刻波形图,判断波形图上P点振动方向.

解析因为该波传输方向向左,故P质点前一个质点在P质点右边,该时刻P质点前一个质点实际位置在P点右上方,所以P点向上振动.

答案向上物理专题十七机械振动与机械波能力大提升5继续学习方法2判断质点振动方向惯用方法71/89物理专题十七机械振动与机械波能力大提升62.微平移法微平移法是作出经微小时间Δt(Δt<T/4)后波形,由波形就能够知道各质点经过Δt时间抵达位置,质点振动方向就能够确定.

示例10如图所表示是某一简谐波在某时刻波形图,由图可知 (

)A.若波向右传输,则质点B正向右运动B.若波向右传输,则质点C正向左运动C.若波向左传输,则质点D正向下运动D.若波向左传输,则质点B正向上运动继续学习72/89物理专题十七机械振动与机械波能力大提升7继续学习解析

波动实质是介质中各质点在自己平衡位置附近振动,质点并不随波迁移,选项A、B错误;当波向左传输时,依据微平移法,将实线波形向左微平移Δx,得如图中虚线所表示波形,可见波形平移后质点B、D新位置在原位置下方,故质点B、D振动方向(运动方向)都向下,选项C正确,D错误.

答案C73/89物理专题十七机械振动与机械波能力大提升8继续学习3.“上下坡”法“上下坡”法是把波形看成凹凸路面,顺着传输方向看,上坡时质点振动方向向下,下坡时质点振动方向向上.如图所表示,因波传输方向向左,则P点处于下坡段,由“上下坡”法得P点振动方向向上.74/89物理专题十七机械振动与机械波能力大提升9继续学习示例11如图所表示是一列简谐波在某时刻波形图,波沿x轴负方向传输,就图中标明质点而言,速度为正、加速度为负质点是 (

)A.P

B.Q

C.R

D.S解析因波沿x轴负方向传输,质点R、S处于下坡段,由“上下坡”法得,质点R、S振动方向都向上,即质点R、S速度方向与y轴正方向一致,所以它们速度都为正.而质点R加速度方向向上,与y轴正方向一致,加速度为正;质点S加速度方向向下,与y轴正方向相反,加速度为负.同理能够判断质点P和Q振动方向都向下,速度都为负.故选项D正确.

答案D75/89物理专题十七机械振动与机械波能力大提升10继续学习4.“同侧”法“同侧”法意思是,波传输方向与质点振动方向必须在波形同一侧.如图所表示,因波向左传输,要使质点P振动方向与波传输方向在波形同一侧,质点P振动方向只能向上.

示例12如图所表示为一横波在某一时刻波形图,已知质点F此时振动方向如图中所表示,则 (

)A.波向右传输B.此时质点H和F运动方向相同C.质点C比质点B先回到平衡位置D.此时速度数值最大质点是A、E、I76/89

解析因质点F振动方向向下,由“同侧”法得,波传输方向向左,选项A错误;由“同侧”法能够判断,此时质点H振动方向向上,与质点F振动方向相反,选项B错误;同理,此时质点B振动方向向上,质点B要先抵达最大位移处,然后再运动到平衡位置,所以质点C比B先回到平衡位置,选项C正确;因为质点抵达平衡位置时速度最大,所以选项D正确.

答案CD物理专题十七机械振动与机械波能力大提升11返回目录77/89由质点振动图像附加一定条件便可画出它所在介质中参加振动质点在某时刻波形图.若给出波形图,附加一定条件便可画出任一质点振动图像.1.由波图像画振动图像给出波图像,附加波传输方向便可粗略画出任一质点振动图像(周期T未知).假如再给出波速,便可准确画出任一质点振动图像.物理专题十七机械振动与机械波能力大提升12继续学习方法3相关波图像几个问题78/89物理专题十七机械振动与机械波能力大提升13示例13

如图所表示,简谐横波a沿x轴正方向传输,简谐横波b沿x轴负方向传输,波速都是10m/s,振动方向都平行于y轴.t=0时刻,这两列波波形如图所表示.以下选项是平衡位置在x=2m处质点从t=0开始在一个周期内振动图像,其中正确是 (

)继续学习79/89物理专题十七机械振动与机械波能力大提升14继续学习思绪分析本题可按以下思绪进行判断:t=0时x=2m处质点振动方向→x=2m处质点振动最大位移→结合选项进行判断

解析沿着波传输方向看去,“上坡下,下坡上”,则两列波上平衡位置x=2m处质点在t=0时刻都沿y轴正方向振动,由T=λ/v可知两列波周期相同,则两列波波峰同时抵达x=2m处,此时x=2m处质点位移为3cm,由图可知,选项B正确.

答案B