2022年高考物理二轮复习热点题型与提分秘籍专题17 机械振动机械波 光学(解析版).docx
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1、2020年高考物理二轮复习热点题型与提分秘籍专题17 机械振动机械波 光学题型一 简谐运动的特征【典例分析】 (2020·河南天一高三第一次联考)如图所示,一质点在AB之间做简谐运动,C为平衡位置,E、F分别为AC和CB之间的点,且EC和CF的距离相等。质点从E点向右运动经过时间t1第一次经过F点,再经过时间t2第4次经过F点,则该质点的振动周期为_。若此简谐运动分别在空气和水中进行,则形成的两列波的波长_(填“相同”“不相同”或“不能确定”)。【参考答案】不相同【名师解析】设质点的振动周期为T,根据对称性可知质点从C点第一次运动到F点的时间为t1,从F点第一次运动到B点的时间为(t
2、2T),则质点的振动周期T4,联立解得T。简谐运动在空气和水中的传播速度v不同,而周期相同,根据波长vT可知波长不相同。【典例分析2】(2020·江西重点中学联考)如图所示,曲轴上挂一个弹簧振子,转动摇把,曲轴可带动弹簧振子上下振动开始时不转动摇把,让振子自由振动,测得其频率为2 Hz.现匀速转动摇把,转速为240 r/min.则()A当振子稳定振动时,它的振动周期是0.5 sB当振子稳定振动时,它的振动频率是4 HzC当转速增大时,弹簧振子的振幅增大D当转速减小时,弹簧振子的振幅增大E振幅增大的过程中,外界对弹簧振子做正功【参考答案】BDE【名师解析】:.摇把匀速转动的频率fn H
3、z4 Hz,周期T0.25 s,当振子稳定振动时,它的振动周期及频率均与驱动力的周期及频率相等,A错误,B正确;当转速减小时,其频率将更接近振子的固有频率2 Hz,弹簧振子的振幅将增大,C错误,D正确;外界对弹簧振子做正功,系统机械能增大,振幅增大,故E正确【提分秘籍】1.简谐运动的五大特征受力特征回复力Fkx,F(或a)的大小与x的大小成正比,方向相反运动特征靠近平衡位置时,a、F、x都减小,v增大;远离平衡位置时,a、F、x都增大,v减小能量特征振幅越大,能量越大在运动过程中,系统的动能和势能相互转化,机械能守恒周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化,变化周期就是简谐
4、运动的周期T;动能和势能也随时间做周期性变化,其变化周期为对称性特征关于平衡位置O对称的两点,速度的大小、动能、势能相等,相对平衡位置的位移大小相等;由对称点到平衡位置O用时相等2.对共振的理解(1)共振曲线:如图所示,横坐标为驱动力频率f,纵坐标为振幅A.它直观地反映了驱动力频率对某振动系统受迫振动振幅的影响,由图可知,f与f0越接近,振幅A越大;当ff0时,振幅A最大(2)受迫振动中系统能量的转化: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【突破训练】1.(2020·北京海淀区模拟)如图所示,一轻质弹簧上端固定在天花板上,下端连接一物块,物块沿竖直方向以O点为中心点,在
5、C、D之间做周期为T的简谐运动已知在t1时刻物块的动量为p、动能为Ek.下列说法正确的是()A如果在t2时刻物块的动量也为p,则t2t1的最小值为TB如果在t2时刻物块的动能也为Ek,则t2t1的最小值为TC当物块通过O点时,其加速度最小D物块运动至C点时,其加速度最小【答案】C【解析】:.物块做简谐运动,物块同向经过关于平衡位置对称的两点时动量相等,所以如果在t2时刻物块的动量也为p,t2t1的最小值小于等于,故A错误;物块经过同一位置或关于平衡位置对称的位置时动能相等,如果在t2时刻物块的动能也为Ek,则t2t1的最小值可以小于T,故B错误;图中O点是平衡位置,根据a知,物块经过O点时位移
6、最小,则其加速度最小,故C正确;物块运动至C点时,位移最大,其加速度最大,故D错误2(2020·湖北宜昌高三模拟)如图所示为两个单摆的受迫振动的共振曲线,则下列说法正确的是()A若两个受迫振动分别在月球上和地球上进行,且摆长相同,则图线表示月球上单摆的共振曲线B若两个受迫振动是在地球上同一地点进行,则两个摆长之比LL254C图线若是在地面上完成的,则该单摆摆长约为1 mD若摆长均为1 m,则图线是在地面上完成的E若两个单摆在同一地点均发生共振,图线表示的单摆的能量一定大于图线表示的单摆的能量【答案】ABC.【解析】:图线中振幅最大处对应的频率应与做受迫振动的单摆的固有频率相等,从图线
7、上可以看出,两摆的固有频率f0.2 Hz,f0.5 Hz.当两摆在月球和地球上分别做受迫振动且摆长相等时,根据公式f可知,g越大,f越大,所以g>g,又因为g地>g月,因此可推知图线表示月球上单摆的共振曲线,A正确;若在地球上同一地点进行两次受迫振动,g相同,摆长长的f小,且有,所以,B正确;f0.5 Hz,若图线是在地面上完成的,根据g9.8 m/s2,可计算出L约为1 m,C正确,D错误;单摆的能量除与振幅有关,还与摆球质量有关,故E错误题型二 波的形成、传播与图象【典例分析】(2018·高考全国卷)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t0和t0.20 s时的波形分别如图
8、中实线和虚线所示已知该波的周期T 0.20 s下列说法正确的是()A波速为0.40 m/sB波长为0.08 mCx0.08 m的质点在t0.70 s时位于波谷Dx0.08 m的质点在t0.12 s时位于波谷E若此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s,则它在该介质中的波长为0.32 m【参考答案】ACE【名师解析】根据波形图可知,波长16 cm0.16 m,B错误;根据t0时刻和t0.20 s时刻的波形图和该波的周期T>0.20 s可知,该波的周期T0.40 s,波速v0.40 m/s,A正确;简谐波沿x轴正方向传播,x0.08 m的质点在t0时刻沿y轴正方向振动,在t0.70 s时
9、位于波谷,在t0.12 s时位于y>0的某位置(不是位于波谷),C正确,D错误;若此波传入另一介质中,周期T不变,其波速变为v0.80 m/s,由vT可得它在该介质中的波长为0.80×0.4 m0.32 m,E正确【提分秘籍】1机械波的传播特点(1)波传到任意一点,该点的起振方向都和波源的起振方向相同(2)介质中每个质点都做受迫振动,因此,任一质点振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同(3)波从一种介质进入另一种介质,由于介质的情况不同,它的波长和波速可能改变,但频率和周期都不会改变(4)波经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传播一个波长的距离,所以vf.2波的图象特点
10、(1)质点振动nT(波传播n)时,波形不变(2)在波的传播方向上,当两质点平衡位置间的距离为n(n1,2,3)时,它们的振动步调总相同;当两质点平衡位置间的距离为(2n1)(n0,1,2,3)时,它们的振动步调总相反(3)波源的起振方向决定了它后面的质点的起振方向,各质点的起振方向与波源的起振方向相同【突破训练】1.(2020·烟台模拟)如图甲所示,O、P为介质中的两点,O为波源,OP间距为6 mt0时刻O点由平衡位置开始向上振动,向右产生沿直线传播的简谐横波,图乙表示t0时刻开始P点振动的图象则以下说法不正确的是()A该波的波长为12 m B该波的波速为2 m/sC该波的周期为4
11、s D从开始振动到t10 s,质点P经过的路程为1.6 m【参考答案】B.【名师解析】:由图乙所示的P点振动的图象可知波动周期为T4 s,选项C正确;波动从O传播到P点需要时间为2 s(半个周期),OP,该波的波长12 m,该波的波速为v3 m/s,选项A正确,B错误;从开始振动到t10 s,质点P振动了8 s,两个周期,经过的路程为s2×4A2×4×0.2 m1.6 m,选项D正确2.一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t0时刻的波形如图所示,质点P的x坐标为3 m已知任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.4 s,下列说法正确的是()A波速为4 m/sB波
12、的频率为1.25 HzCx坐标为15 m的质点在t0.6 s时恰好位于波谷Dx坐标为22 m的质点在t0.2 s时恰好位于波峰E当质点P位于波峰时,x坐标为17 m的质点恰好位于波谷【答案】BDE.【解析】:任意振动质点连续两次通过平衡位置的时间间隔为0.4 s,则T0.4 s,解得T0.8 s,f1.25 Hz,B正确;由题图知:该波的波长4 m,波速v5 m/s,故A错误;画出t0.6 s时的波形图如图所示,因15 m3,故x坐标为15 m的质点与x3 m处的质点振动情况一样,即在平衡位置向下振动,C错误;画出t0.2 s时的波形图如图所示,因22 m5,故x22 m处的质点与x2 m处的
13、质点振动情况一样,即在波峰位置,D正确;因质点P与x17 m处质点平衡位置间距离x14 m3,故两质点振动步调相反,E正确题型三 振动与波两种图象综合问题【典例分析】(2020·河北石家庄调研)如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图乙为介质中x2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象下列说法正确的是()A这列波的传播方向是沿x轴正方向B这列波的传播速度是20 m/sC经过0.15 s,质点P沿x轴的正方向传播了3 mD经过0.1 s,质点Q的运动方向沿y轴正方向E经过0.35 s, 质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离【参考答案】ABE.【名师解析】:由题中甲、乙
14、两图可知,该波向x轴正方向传播,A正确;由题图甲知波长4 m,由题图乙知周期T0.2 s,则波速v m/s20 m/s,B正确;质点不随波迁移,只在其平衡位置附近振动,C错误;经过0.1 sT,质点Q的运动方向沿y轴负方向,D错误;经过0.35 s1T,质点P到达波峰,而质点Q在波谷与平衡位置之间,故E正确【提分秘籍】(1)振动与波两种图象综合问题的处理思路定位:依据已知条件明确波的图象对应的时刻,依据质点振动图象找出该时刻质点振动的位移及振动方向。再根据此位移及振动方向,在波的图象中找出该质点,则所有问题将解决。定时:依据已知条件找到波的图象中对应的质点,读出该质点的位移并判断其振动方向,依
15、据位移在振动图象中确定该质点处在此位移对应的时刻。(2)巧解波动图象与振动图象综合问题的基本方法求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法:【突破训练】1.一列简谐横波,某时刻的波形图如图甲所示,从该时刻计时,波上质点A的振动图象如图乙所示,则()A若此波传播过程中遇到频率为1.25 Hz的同类波,一定会发生干涉,产生稳定的干涉图样B若此波传播过程中遇到波长为20 m的同类波,一定会发生干涉,产生稳定的干涉图样C若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为2 000 m,可能发生明显衍射现象D该波的传播速度为2.5 m/sE该波的传播速度为25 m/s【答案】ABE【解析】:.由
16、题图甲可知,该波的波长为20 m,由题图乙可知,周期为T0.8 s,频率为f1.25 Hz.该波的传播速度为v25 m/s,D错误,E正确;根据干涉的产生条件可知,若此波传播过程中遇到频率为1.25 Hz的同类波,一定会发生干涉,产生稳定的干涉图样,而遇到波长为20 m的同类波,也一定会发生干涉,产生稳定的干涉图样,A、B正确;根据产生明显衍射现象的条件,若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为2 000 m,不可能发生明显衍射现象,C错误2.(2019·四川德阳二诊)一列波沿x轴传播,t2 s时刻的波形如图1所示,如图2是某质点的振动图象,则下列说法正确的是()A波的传播速度为1 m/
17、sB波如果向右传播,则图2是x0、4 m处质点的振动图象C波如果向左传播,则图2是x0、4 m处质点的振动图象D波如果向左传播,则x2 m处质点经过1 s到达x2 m处E无论波向左传播还是向右传播,x2 m处在2 s内路程都为2A【答案】ABE【解析】由波动图象知,波长为4 m,由振动图象知,周期为T4 s,则波的传播速度为v m/s1 m/s,故A正确;根据振动图象知该质点在t2 s时在平衡位置向下振动,根据“同侧法”可知,波如果向右传播,图2应是x0、4 m处质点的振动图象,故B正确,C错误;如果波向左传播,x2 m处质点此时向下振动,经过t1 s,质点到达负向最大位移处,故D错误;无论波
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