【精品】2019高考物理二轮复习专题五加试选择题题型强化第1讲机械振动和机械波学案.pdf
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1、1第 1 讲机械振动和机械波 历次选考考情分析 章知识内容考试要求历次选考统计必考加试2015/102016/042016/102017/042017/112018/04 机械振动简谐运动b 简谐运动的描述c 15 简谐运动的回复力和能量b 15 单摆c 15 21(1)外力作用下的振动b 机械波波的形成和传播b 15 15 波的图象b 15 15 波长、频率和波速c 15 14 15 波的衍射和干涉b 15 16 16 多普勒效应b 惠更斯原理b 考点一机械振动的理解1简谐运动的特征(1)受力特征:回复力满足Fkx.(2)运动特征:当物体靠近平衡位置时,a、F、x都减小,v增大;当物体远离平
2、衡位置时,a、F、x都增大,v减小(3)能量特征:对同一弹簧振子或单摆来说,振幅越大,能量越大,在振动过程中,动能和势能相互转化,机械能守恒(4)周期性特征:物体做简谐运动时,其位移、回复力、加速度、速度等矢量都随时间做周期2性的变化(5)对称性特征:速率、加速度等关于平衡位置对称2振动图象提供的信息(1)由图象可以看出质点振动的振幅、周期(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移(3)可以确定各时刻质点的振动方向(4)可以确定某时刻质点的回复力、加速度和速度的方向(5)能够比较不同时刻质点的速度、加速度的大小例 1(多选)(2018 嘉兴市期末)如图 1 所示,为一质点的振动图象,曲线满足正
3、弦变化规律,则下列说法中正确的是()图 1 A该振动为简谐运动B该振动的振幅为10 cm C前 0.08 s内,质点发生的位移为20 cm D0.04 s末,质点的振动方向沿x轴负方向答案AD 解析题图图象表示质点的位移随时间变化的规律,是简谐运动,故A正确;由图知,振幅为 5 cm,故 B错误;由图知周期T0.08 s,在 0.08 s 末,质点又回到平衡位置前0.08 s内,质点发生的位移为0 cm,故 C错误;由振动规律知,0.04 s 末质点的振动方向沿x轴负方向,故D正确31(多选)如图 2 是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移时间图象(水平方向为x轴,竖直方向为t轴),下列关于该
4、图象的说法正确的是()图 2 A该图象的坐标原点是建立在弹簧振子小球的平衡位置B从图象可以看出小球在振动过程中是沿t轴方向移动的C为了显示小球在不同时刻偏离平衡的位移,让底片沿垂直x轴方向匀速运动D图象随时间的推移而发生平移答案AC 解析由题图看出,弹簧振子在x轴方向做简谐运动,小球并不是沿t轴方向移动,由对称性可知,该图象的坐标原点是建立在弹簧振子小球的平衡位置,故A 正确,B 错误;类似于沙摆实验,为了显示小球在不同时刻偏离平衡的位移,让底片沿垂直x轴方向匀速运动,故C 正确;图象反映了小球的位移随时间变化的情况,图象不随时间的推移而发生平移,故D错误2(多选)(2018 金华市十校联考)
5、如图3 所示为一个单摆在地面上做受迫振动的共振曲线(振幅A与驱动力频率f的关系),则()图 3 A此单摆的固有周期约为2 s B此单摆的摆长约为1 m C若摆长增大,单摆的固有频率增大4D若摆长增大,共振曲线的峰将右移答案AB 解析单摆做受迫振动,振动频率与驱动力频率相等;当驱动力频率等于固有频率时,发生共振,则固有频率为0.5 Hz,周期为2 s,故 A正确;由题图可知,共振时单摆的振动频率与固有频率相等,则周期为2 s由公式T2Lg,可得L1 m,故 B正确;若摆长增大,单摆的固有周期增大,则固有频率减小,故C错误;若摆长增大,则固有频率减小,所以共振曲线的峰将向左移动,故D错误3(多选)
6、(2017 嘉兴市3 月模拟)如图 4 甲所示,O是单摆的平衡位置,B、C是摆球所能到达的最远位置此单摆振动图象如图乙所示,则()图 4 A单摆振幅是16 cm B单摆摆长约为1 m C摆球经过O点加速度不为零D摆幅减小,周期也减小答案BC 4.(多选)甲、乙两单摆的振动图象如图5 中A、B图线所示已知乙摆的摆长为0.992 m 下列判断正确的是()图 5 A甲摆的摆长小于0.992 m B甲摆的振幅比乙摆的振幅大C甲摆振动的频率比乙摆振动的频率高D在t1 s 时,乙摆有负向的最大速度答案AC 解析由题图可得:T甲1.5 s,T乙2 s,根据T2lg可知甲摆的摆小于0.992 m,5故 A 正
7、确;由图象可得:A乙 9 cm,A甲 6 cm,甲摆的振幅比乙摆的振幅小,故B错误;由图象可得:T甲1.5 s,T乙2 s,根据T1f可知,甲摆振动的频率比乙摆振动的频率高,故 C正确;由图象可知在t1 s 时,乙图线处于最低点,说明乙摆动到最高点,速度为零,故 D错误考点二机械波的理解1波的传播方向和质点的振动方向的互判方法(1)“上下坡法”(2)“同侧法”(3)“微平移法”2波的图象特点(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)2,n0,1,2,3 时,它们的振动
8、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例 2(多选)(2018 浙江4 月选考 16)两列频率相同、振幅均为A的简谐横波P、Q分别沿x和x轴方向在同一介质中传播,两列波的振动方向均沿y轴某时刻两波的波面如图6 所示,实线表示P波的波峰、Q波的波谷;虚线表示P波的波谷、Q波的波峰a、b、c为三个等距的质点,d为b、c中间的质点下列判断正确的是()图 6 A质点a的振幅为2AB质点b始终静止不动C图示时刻质点c的位移为0 D图示时刻质点d的振动方向沿y轴答案CD 解析由题可得两列波频率、波长相等,实线表示P波的波峰、Q波的波谷;虚线表示P波
9、的波谷、Q波的波峰,故a、c两点为减弱点,b为加强点由于振幅均为A,所以a、c两点始终静止不动,故A、B错误,C正确;此时d点处P波向下运动,Q波向下运动,所以质点6d沿y轴方向振动,D正确5(多选)(2018 台州市高三期末)一列波的波源S在O点做竖直方向、频率为 10 Hz的简谐运动t0时刻,向右传播的波形如图7 所示,向左传播的波形未画出()图 7 At0时刻,x1 m 处的质点振动方向向上Bt0时刻,x 2 m 处的质点振动方向向上Ct00.175 s时刻,x 1 m 处的质点处在波谷位置Dt00.125 s时刻,x1 m 处的质点处在波峰位置答案AC 6(多选)(2018 金华市十校
10、联考)如图 8 所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形图,x 1.0 m处的M质点从该时刻开始经0.6 s 第一次到达波谷位置已知质点P的平衡位置坐标为x2.0 m,质点Q的平衡位置坐标为x3.5 m,则()图 8 A该简谐波的波速为5 m/s B图示时刻质点Q正在沿y轴正方向运动C从图示时刻开始,质点Q经过 0.7 s第一次到达波峰位置D在某时刻,质点P和Q的速度、加速度可能都相同答案AC 解析波沿x轴正方向传播,则M点此时向上振动,M质点从该时刻开始经0.6 s第一次到达波谷位置,可知T0.8 s;波速vT40.8 m/s 5 m/s,选项 A正确;由题图可知,图示时刻质点Q正
11、在沿y轴负方向运动,选项B错误;波向前传播3.5 m 时Q第一次到达波峰位置,需时间为t3.55 s 0.7 s,选项 C正确;质点P和Q之间的距离不是整波长,则在任何时刻,质点P和Q的速度、加速度不可能都相同,选项D错误7(多选)(2018 嘉兴一中期末)将一根较长的弹性细绳沿x轴放置,左端记为坐标原点,将绳子拉平后,手握左端,以固定的频率和振幅上下抖动(简谐运动),如图 9 甲所示从抖动7开始计时,在t0.3 s时的波形如图乙所示,下列说法正确的是()图 9 A手抖动绳的频率为2.5 Hz B在t0.75 s时,A点的速度方向向上C在 00.3 s的时间内,质点B经过的路程为6 cm D该
12、列波遇到宽度为6 m 的障碍物时不能发生衍射答案ABC 解析在 0 0.3 s时间内,波传播了0.75 m,故波速为:vxt0.75 m0.3 s 2.5 m/s,波长1 m,故周期:Tv12.5 s 0.4 s,故手抖动绳的频率为:f1T2.5 Hz,故 A正确;根据波形微平移法可知,A点此时速度方向向上;t0.75 s 时,A点的速度方向与图示时刻速度方向相同,也向上,故B正确;在0 0.3 s,B点从 0.2 s开始向下运动到最低点,故路程等于一倍的振幅,为6 cm,故 C正确;该列波遇到宽度为6 m的障碍物时可以发生衍射,由于波长1 m6 m,不会发生明显衍射,故D错误8(多选)如图
13、10 为一列沿x轴负方向传播的简谐横波,实线为t0 时刻的波形图,虚线为t0.6 s时的波形图,波的周期T0.6 s,则()图 10 A波的周期为0.8 s B在t0.9 s时,P点沿y轴正方向运动C经过 0.4 s,P点经过的路程为0.4 m D在t0.5 s时,Q点到达波峰位置答案ACD 解析根据题意应用平移法可知由实线得到虚线需要将图象沿x轴负方向平移(n34),其中n0,1,2,3,4,故由实线传播到虚线这种状态需要(n34)T,即(n34)T0.6 s,解得8T2.44n3 s,其中n0,1,2,3,4,又T0.6 s,故周期为0.8 s,故 A正确由于波沿x轴负方向传播,故t0 时
14、刻P点沿y轴负方向运动,而周期T0.8 s,故t0.8 s 时P点沿y轴负方向运动,1.0 s 时P点到达波谷,故 0.9 s 时P点沿y轴负方向运动,故 B错误在一个周期内P点完成一次全振动,即其运动路程为4A,而 0.4 s 12T,故P点的运动路程为2A0.4 m,C正确由题意可知波长8 m,则波速vT10 m/s,在t0 时刻Q点的横坐标为x05 m由于波沿x轴负方向运动,故在t0.5 s的时间内波沿x轴负方向传播的距离为xvt100.5 m 5 m,故在t0.5 s 时,Q点振动情况和t0 时刻距离坐标原点 10 m处的质点的振动情况相同,而t0 时刻距离坐标原点10 m处的质点在波
15、峰,故在t0.5 s时,Q点到达波峰位置,故D正确考点三振动和波动图象的综合分析“一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象综合类问题(1)分清振动图象与波的图象只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波的图象,横坐标为t则为振动图象(2)看清横、纵坐标的单位尤其要注意单位前的数量级(3)找准波的图象对应的时刻(4)找准振动图象对应的质点例 3(多选)一列简谐横波在t0 时刻的图象如图11 甲所示,平衡位置位于x15 m处的A质点的振动图象如图乙所示,下列说法中正确的是()图 11 A这列波沿x轴负方向传播B这列波的波速是53 m/s C从t0 开始,质点P比质点Q晚 0.4 s回到平衡位置D从t0
16、到t0.6 s时间内,质点A经过的路程为4 m 答案ACD 解析由题图乙知,t0 时刻质点A的速度方向为沿y轴正方向,在题图甲中,由波形平移9法可知该波的传播方向为沿x轴负方向,故A正确;由题图甲读出该波的波长为20 m,由题图乙知周期为:T1.2 s,则波速为:vT201.2 m/s 503 m/s,故 B错误;图示时刻质点P沿y轴负方向运动,质点Q沿y轴正方向运动,所以质点P比质点Q晚回到平衡位置,其时间等于波向左传播13 所用的时间,即t13T0.4 s,故 C正确;0.6 s12T,故A点的运动路程为2A4 m,故 D正确9(2018七彩阳光联盟期中)介质中坐标原点O处的波源在t0 时
17、刻开始振动,产生的简谐波沿x轴正方向传播,t0时刻传到P处,波形如图12 所示下列能描述x0处质点振动的图象是()图 12 答案D 10(多选)(2018 金、丽、衢十二校联考)如图 13 所示,两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,两波源分别位于x 0.2 m 和x1.2 m 处,两列波的速度均为v0.4 m/s,两波源的振幅均为A2 cm,图示为t0 时刻两列波的图象(传播方向如图所示),此刻平衡位置处于x 0.2 m和x0.8 m的P、Q两质点刚开始振动,质点M的平衡位置处于x0.5 m处,关于各质点运动情况判断正确的是()图 13 A两列波相遇后不能发生干涉Bt1 s 时刻,质点M
18、的位移为 4 cm Ct1 s 后,平衡位置处于x0.6 m 的质点位移始终为0 10Dt0.75 s时刻,质点P、Q都运动到M点答案BC 11(多选)如图 14 所示,在一条直线上两个振动源A、B相距 6 m振动频率相等,t0 时A、B开始振动,且都只振动一个周期,振幅相等,图15 甲为A的振动图象,图乙为B的振动图象,若A向右传播的波与B向左传播的波在t10.3 s 时相遇,则下列说法正确的是()图 14 图 15 A两列波在A、B间的传播速度均为10 m/s B两列波的波长都是4 m C在两列波相遇过程中,中点C为振动加强点Dt20.7 s时刻B点经过平衡位置且振动方向向下答案AD 解析
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