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專題15 機械振動與機械波
分析近幾年的高考試題,在考查機械波的形成和傳播時,往往以考查振動圖像和波動圖像為主,主要涉及的知識點為波速、波長和頻率(周期)的關系,光學部分以考查光的折射定律和全反射等知識為主.高考命題形式通常為一選擇題(或填空題)加一個計算題,選擇題(或填空題)側重考查對機械波、機械振動、電磁波、相對論和光學知識的理解,計算題主要考查光的折射、全反射的綜合應用,也可能會考查振動和波的綜合應用.本章的復習要加強對機械波、電磁波及光學中基本概念及基本現(xiàn)象的復習,同時振動與波動綜合問題,光的折射、全反射的綜合計算題要加強規(guī)范訓練.
【備考建議】
【經典例題】
考點一 簡諧運動的規(guī)律
【典例1】(2018湖北華中師范大學一附中期中)如圖所示,質量為M的物塊連在水平放置的左端固定的輕質彈簧的右端,構成一彈簧振子,物塊可沿光滑水平面在BC間做簡諧運動,振幅為A.在運動過程中將一質量為m的小物塊輕輕地放在M上,第一次是當M運動到平衡位置O處時放在上面,第二次是當M運動到最大位移C處時放在上面,觀察到第一次放后的振幅為A1,第二次放后的振幅為A2,則( )
A.A1=A2=A B.A1
2.0 m,則該波的傳播速度為多少?
解析:(1)若波從a傳向b,則傳播的時間t=nT+=4n+1(s),
傳播的速度v== m/s;
波長λ=vT= m(n=0,1,2,3…)
若波從b傳向a,則傳播的時間t=nT+=4n+3(s),
傳播的速度v== m/s;
波長λ=vT= m(n=0,1,2,3…).
解析:(2)若波從a傳向b,則n=0時,可得λ=8 m,v=2 m/s;
若波從b傳向a,則n=0時,可得λ= m,v= m/s.
考點八 波的干涉、衍射和多普勒效應
【典例12】 (2018沈陽模擬)(多選)如圖是水面上兩列頻率相同的波在某時刻的疊加情況,以波源S1,S2為圓心的兩組同心圓弧分別表示同一時刻兩列波的波峰(實線)和波谷(虛線),S1的振幅A1=3 cm,S2的振幅A2=2 cm,則下列說法正確的是( )
A.質點D是振動減弱點
B.質點A,D在該時刻的高度差為10 cm
C.再過半個周期,質點B,C是振動加強點
D.質點C的振幅為1 cm
E.質點C此刻以后將向下振動
【典例13】(2017山東青島市二模)(多選)如圖波源S1在繩的左端發(fā)出頻率為f1,振幅為A1的半個波形a,同時另一個波源S2在繩的右端發(fā)出頻率為f2、振幅為A2的半個波形b,(f10.20 s。下列說法正確的是___________。（填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分）
A．波速為0.40 m/s
B．波長為0.08 m
C．x=0.08 m的質點在t=0.70 s時位于波谷
D．x=0.08 m的質點在t=0.12 s時位于波谷
E．若此波傳入另一介質中其波速變?yōu)?.80 m/s，則它在該介質中的波長為0.32 m
【來源】2018年全國普通高等學校招生統(tǒng)一考試物理（全國III卷）
5.一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，已知t=0時的波形如圖所示，波上有P、Q兩點，其縱坐標分別為yP="2" cm，yQ="-2" cm。下列說法中正確的是：。 （ ）
A. P點的振動形式傳到Q點需要T/2；
B. P、Q在振動的過程中的任一時刻，位移都相同；
C. 在5T/4內，P點通過的路程為20cm；
D. 經過3T/8，Q點回到平衡位置。
6.．一列橫波沿水平繩傳播，繩的一端在t＝0時開始做周期為T的簡諧運動，經過時間t（T＜t＜T），繩上某點位于平衡位置上方的最大位移處。則在2t時，該點位于平衡位置的 （ ）
A. 上方，且向上運動 B. 上方，且向下運動
C. 下方，且向上運動 D. 下方，且向下運動
7.．取一根柔軟的彈性繩，將繩的右端固定在豎直墻壁上，繩的左端自由，使繩處于水平伸直狀態(tài)．從繩的端點開始用彩筆每隔0.50 m標記一個點，依次記為A、B、C、D……如圖所示．現(xiàn)用振動裝置拉著繩子的端點A沿豎直方向做簡諧運動，若A點起振方向向上，經0.1 s第一次達正向最大位移，此時C點恰好開始起振，則
①繩子形成的波是橫波還是縱波？簡要說明判斷依據(jù)，并求波速為多大；
②從A開始振動，經多長時間J點第一次向下達到最大位移？
③畫出當J點第一次向下達到最大位移時的波形圖象．
8．有兩列簡諧橫波a、b在同一介質中沿x軸正方向傳播，波速均為v＝2.5m/s。在t＝0時，兩列波的波峰正好在x＝2.5m處重合，如圖所示。求
(1)求兩列波的周期Ta和Tb。
(2)求t＝0時，兩列波的波峰重合處的所有位置。
1【答案】 B
【解析】可以畫出PQ之間的最簡單的波形，如圖所示：
點睛：解決機械波的題目關鍵在于理解波的周期性，即時間的周期性或空間的周期性，得到波長的通項，再求解處波長的特殊值。
2【答案】 AD
【點睛】t=0時刻振子的位移x=-0.1m，t=1s時刻x=0.1m，關于平衡位置對稱；如果振幅為0.1m，則1s為半周期的奇數(shù)倍；如果振幅為0.2m，分靠近平衡位置和遠離平衡位置分析．
3【答案】 CD
【點睛】兩列頻率相同的相干波，當波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇時振動加強，當波峰與波谷相遇時振動減弱，據(jù)此分析。
4【答案】 ACE
【解析】試題分析 本題考查波動圖像、波速計算、波動傳播及其相關的知識點。
解析 根據(jù)波形圖可知，波長λ=16cm=0.16m，選項B錯誤；根據(jù)t=0時刻和t=0.20s時刻的波形圖和該波的周期T>0.20s可知，可知該波的周期T=0.40s，波速v=λ/T=0.40m/s，選項A正確；簡諧波沿x軸正方向傳播，x=0.08m的質點在t=0時刻沿y軸正方向運動，在t=0.70s時位于波谷，在t=0.12s時位于y＞0的某位置(不是位于波谷)，選項C正確D錯誤；若此波傳入另一介質中，周期T不變，其波速變?yōu)関=0.80m/s，由λ=vT可得它在該介質中的波長為λ=0.800.4m=0.32m，選項E正確。
5.【答案】 A
【解析】因為PQ之間相差半個波長，故P點的振動形式傳到Q點需要T/2，選項A正確；P、Q是振動的反相點，故在振動的過程中的任一時刻，兩點的位移大小都相等，但方向相反，選項B錯誤；因為P點在t=0時刻不是在波峰或波谷，也不在平衡位置，所以在5T/4內，P點通過的路程不等于5A=20cm,選項C錯誤；質點Q在t=0時刻的振動方向向下，從yQ="-2" cm的位置振動到y(tǒng)Q="-4" cm的位置所用時間大于,故Q點回到平衡位置所需時間大于，選項D 錯誤。
考點：質點的振動；機械波的傳播。
6.【答案】 A
考點：簡諧振動
【名師點睛】此題是關于簡諧振動的問題，關鍵是掌握簡諧振動的特點，將質點一個周期內簡諧運動的過程分成四個T，再分析質點的狀態(tài)是常用的方法。
7.【答案】 ①橫波 質點振動方向與波的傳播方向垂直 10 m/s ②0.75 s ③見解析
【解析】①繩子形成的波是橫波．因為質點振動方向與波的傳播方向垂直．
由題意知，波的周期 T=0．4 s，波長為 λ="4" m，所以波速．
②從A開始振動，設經過時間t1，J點開始起振方向向上，
振動從A傳到J所用時間為
設J點向上起振后經t2時間第一次到負向最大位移，則，所以所求時間t=t1+t2=0．75 s．
③當J點第一次向下達到最大位移時，波形圖象如圖所示
考點：機械波的傳播
【名師點睛】本題關鍵利用波在同一介質中勻速傳播和質點起振方向與波源起振方向相同的特點求出波速。
8【答案】 ①， ②
考點：本題考查了波長、頻率和波速的關系，橫波的圖象.
2019高考物理二輪復習 專項攻關高分秘籍 專題15 機械振動與機械波學案.doc
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