专题七第2讲机械振动和机械波.pdf
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1、第第 2 2 讲讲机械振动和机械波机械振动和机械波光光电磁电磁波波机械振动和机械波必 备 知 识1.必须理清知识间的联系2.必须弄明的六个问题(1)单摆的回复力是重力的切向分力,或合力在切向的分力。单摆固有周期T2lg。(2)阻尼振动的振幅尽管在减小,但其振动周期(频率)不变,它是由振动系统决定的。(3)稳定时,受迫振动的周期或频率等于驱动力的周期或频率,与物体的固有频率无关。共振图象的横坐标为驱动力的频率,纵坐标为受迫振动物体的振幅。共振条件:f驱f固。(4)机械波必须要在介质中传播。振动质点是“亦步亦趋”,但不“随波逐流”!(5)横波是质点振动方向与波的传播方向垂直的波。注意:“垂直”是一
2、个直线和一个面的关系沿水平方向传播的横波,质点可能不只是上下振动。(6)机械波传播时,频率(f)由振源决定,与介质无关且稳定不变,波速(v)由介质决定。波从一种介质进入另一种介质,频率不会发生变化,因为速度变化了,所以波长将发生改变。真 题 示 例1.2017全国卷,34(1)如图 1(a),在 xy 平面内有两个沿 z 方向做简谐振动的点波源 S1(0,4)和 S2(0,2)。两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示。两列波的波速均为 1.00 m/s。两列波从波源传播到点 A(8,2)的路程差为_m,两列波引起的点 B(4,1)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”),点 C(0,0
3、.5)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”)。图 1解析由几何关系可知两波源到 A 点的距离为 AS110 m,AS28 m,所以两波的路程差为 2 m;同理可得,BS1BS20,为波长的整数倍,由振动图象知两振源振动方向相反,故 B 点振动减弱;两波源到 C 点的路程差为 xCS1CS21 m,波长 vT2 m,所以 C 点振动加强。答案2减弱加强2.2017全国卷,34(1)如图 2,一列简谐横波沿x 轴正方向传播,实线为t0时的波形图,虚线为t0.5 s 时的波形图。已知该简谐波的周期大于0.5 s。关于该简谐波,下列说法正确的是_。(填正确答案标号)图 2A.波长为 2 mB.波速
4、为 6 m/sC.频率为 1.5 HzD.t1 s 时,x1 m 处的质点处于波峰E.t2 s 时,x2 m 处的质点经过平衡位置解析由波形图可知,波长 4 m,故 A 错误;横波沿 x 轴正方向传播,实线为 t0 时的波形图,虚线为 t0.5 s 时的波形图。又该简谐波的周期大于 0.5 s,332波传播的距离 x4,4T0.5 s,故周期 T3s,频率为 1.5 Hz,波速 vf36 m/s,故 B、C 正确;t1 s2T 时,x1 m 处的质点处于波谷位置,故 D错误;t2 s3T 时,x2 m 处的质点正经过平衡位置向上运动,故 E 正确。答案BCE真题感悟1.高考考查特点(1)简谐运
5、动的特征及规律。(2)考查波动图象和振动图象的相互转换与判断。(3)根据波的图象确定波的传播方向、传播时间及波的相关参量。(4)考查波的多解问题。2.解题常见误区及提醒(1)误认为波的传播速度与质点振动速度相同。(2)误认为波的位移与质点振动位移相同。(3)实际上每个质点都以它的平衡位置为中心振动,并不随波迁移。预测 1预测 2预测 3预测 4简谐振动的规律及振动图象的应用波的图象及波的传播规律振动图象与波动图象的综合应用波的多解问题1.2017广东深圳一调,34(1)一个质点经过平衡位置 O,在 A、B 间做简谐运动,如图 3(a)所示,它的振动图象如图(b)所示,设向右为正方向,下列说法正
6、确的是_。(填正确答案标号)图 3A.OB5 cmB.第 0.2 s 末质点的速度方向是 AOC.第 0.4 s 末质点的加速度方向是 AOD.第 0.7 s 末时质点位置在 O 点与 A 点之间E.在 4 s 内完成 5 次全振动解析由图(b)可知振幅为 5 cm,则 OBOA5 cm,A 项正确;由图可知 00.2s 内质点从 B 向 O 运动,第 0.2 s 末质点的速度方向是 B O,B 项错误;由图可知第 0.4 s 末质点运动到 A 点处,则此时质点的加速度方向是A O,C 项正确;由图可知第0.7 s 末时质点位置在 O 与 B 之间,D 项错误;由图(b)可知周期4 sT0.8
7、 s,则在 4 s 内完成全振动的次数为0.8 s5,E 项正确。答案ACE2.2017江西萍乡二模,34(1)一列简谐横波沿 x 轴正方向传播,在 t 时刻与 t0.2 s 两个时刻,x 轴上(3 m,3 m)区间的波形完全相同,如图 4 所示。图中 M、N 两质点在 t 时刻位移均为振幅 a 的一半,下列说法中正确的是_。(填正确答案标号)图 4A.该波的波速可能为 20 m/sB.t0.1 s 时刻,x2 m 处的质点位移一定是 aC.从 t 时刻起,x2 m 处的质点比 x2.5 m 处的质点先回到平衡位置D.从 t 时刻起,在质点 M 第一次到达平衡位置时,质点 N 恰好到达波峰E.
8、该列波在传播过程中遇到宽度为 d3 m 的狭缝时会发生明显的衍射现象解析已知波沿 x 轴正方向传播,则在t0.2 s 时间内,波传播的距离为 xxn(n1,2,3,),则该波的波速 vt5n(m/s)(n1,2,3,),当 n1时,v20 m/s,所以 A 正确;由于周期不确定,0.1 s 不一定等于半个周期的奇数倍,则 t0.1 s 时刻,x2 m 处的质点位移不一定是 a,B 错误;因波沿 x轴正方向传播,再结合波形图可知从 t 时刻起,在 x2 m 处的质点比 x2.5 m处的质点先回到平衡位置,则 C 正确;利用波的“平移法”可判断,当质点 M第一次到达平衡位置时,N 质点还在继续向上
9、振动,没有到达波峰,所以 D 错误;此波的波长 4 md3 m,由发生明显衍射现象的条件可判断,E 正确。答案ACE3.2017河北石家庄 3 月调研,34(1)如图 5 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_。(填正确答案标号)图 5A.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 轴的正方向前进了 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 距平衡位置的距离解析
10、由甲、乙两图可知,该波向x 轴正方向传播,A 正确;由图甲知波长44m,由图乙知周期 T0.2 s,则波速 vT0.2m/s20 m/s,B 正确;质点不随1波迁移,只在其平衡位置附近振动,C 错;经过 0.1 s2T,质点 Q 的运动方向3沿 y 轴负方向,D 错;经过 0.35 s14T,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。答案ABE4.2017河北邢台质检,34(2)一列简谐横波在 x 轴上传播,如图 6 所示,实线是这列波在 t10.1 s 时刻的波形,虚线是这列波在 t20.2 s 时刻的波形,求:图 6()如果此波沿 x 轴正方向传播,波速的最小值;
11、()如果此波沿 x 轴负方向传播,波速的可能值。解析()由波形图知波长8 m3波沿 x 轴正方向传播时,传播距离 x 满足 xk8(k0,1,2,3,)x由 vt知,当 k0 时波速取最小值。解得最小波速 vmin30 m/s5()波沿 x 轴负方向传播时,传播距离 xk8(k0,1,2,3,)x所以波速 vt(80k50)m/s(k0,1,2,3,)答案()30 m/s()v(80k50)m/s(k0,1,2,3,)反思总结1.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:2.波的多解问题的分析思路光和电磁波必 备 知 识1.光的折
12、射、全反射sin ic(1)折射率:nsin rnv1(2)全反射:sin Cn2.光的色散问题(1)在同一介质中,不同频率的光的折射率不同,频率越高,折射率越大。c0(2)可由 nv,n可知,光的频率越高,在介质中的波速越小,波长越小。3.光的波动性4.电磁波的特点(1)横波(2)传播不需要介质(3)具有波的共性(4)真空中的波速 c3108 m/s真 题 示 例1.2017全国卷,34(1)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是_。(填正确答案标号)A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏
13、幕向远离双缝的位置移动E.将光源向远离双缝的位置移动L解析根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距 xd 可知,要使 x 增大,可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离,所以选项 A、C、D 正确,B、E 错误。答案ACD2.2017全国卷,34(2)如图 7,一半径为 R 的玻璃半球,O 点是半球的球心,虚线 OO表示光轴(过球心 O 与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为 1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求图 7()从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;R()距光轴3的入射光线经球面折射后与光轴的交点
14、到 O 点的距离。解析()如图,从底面上A 处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,当 i 等于全反射临界角 ic时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l。iic设 n 是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有nsin ic1由几何关系有lsin iR联立式并利用题给条件,得2l3RR()设与光轴相距3的光线在球面 B 点发生折射时的入射角和折射角分别为 i1和r1,由折射定律有nsin i1sin r1设折射光线与光轴的交点为 C,在OBC 中,由正弦定理有sin Csin(180r1)ROC由几何关系有Cr1i11sin i13联立式及题给条件得OC3(2 2 3)R2.74R
15、52答案()3R()2.74R3.2017全国卷,34(2)如图 8,一玻璃工件的上半部是半径为R 的半球体,O点为球心;下半部是半径为 R、高为 2R 的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴 OC 的光线从半球面射入,该光线与 OC 之间的距离为 0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。图 8解析如图,根据光路的对称性和光路可逆性,与入射光线相对于 OC 轴对称的出射光线一定与入射光线平行。这样,从半球面射入的折射光线,将从圆柱体底面中心 C 点反射。设光线在半球面的入射角为 i,折射角为 r。由折射定律有sin insin r由
16、正弦定理有sin rsin(ir)2RR由几何关系,入射点的法线与 OC 的夹角为 i。由题设条件和几何关系有Lsin iR式中 L 是入射光线与 OC 的距离,L0.6R。由式和题给数据得 sin r由式和题给数据得n 2.051.43答案2.05(或 1.43)62054.2017全国卷,34(2)一直桶状容器的高为 2l,底面是边长为 l 的正方形;容器内装满某种透明液体,过容器中心轴 DD、垂直于左右两侧面的剖面图如图 9所示。容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的 D 点射出的两束光线相互垂直,求该液体的折射率。图 9解析设从光
17、源发出直接射到 D 点的光线的入射角为 i1,折射角为 r1。在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点 C,连接 C、D,交反光壁于 E 点,由光源射向 E 点的光线,反射后沿 ED 射向 D 点。光线在 D 点的入射角为 i2,折射角为r2,如图所示。设液体的折射率为 n,由折射定律有nsin i1sin r1nsin i2sin r2由题意知 r1r290联立式得1n22sin i1sin2i2由几何关系可知l2117sin i1l4l2432l2sin i29l4l24325联立式得n1.55答案1.55真题感悟1.高考考查特点(1)光在不同介质中传播时对折射定律与反射定律应用的考查。(2
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- 专题 机械振动 机械波
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