2020高考物理 專題6機械振動與機械波熱點分析與預測

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1、2020高考物理熱點分析與預測專題6·機械振動與機械波 一、2020大綱解讀 振動在介質(zhì)中的傳播形成波，本專題涉及的Ⅱ級要求有三個：彈簧振子、簡諧運動、簡諧運動的振幅、周期和頻率、簡諧運動的位移—時間圖象；單擺，在小振幅條件下單擺做簡譜運動，周期公式；振動在介質(zhì)中的傳播——波、橫波和縱波、橫波的圖像、波長、頻率和波速的關(guān)系。它們是高考考查的重點，其中振動與波動的結(jié)合問題是高考出題的一個重要方向，單擺的問題經(jīng)常結(jié)合實際的情景進行考查，有時也綜合題出現(xiàn)，但往往比較簡單，以考查周期公式為主。涉及的I級要求有五個，其中共振，波的疊加、干涉、衍射等問題都曾在高考中出現(xiàn)，復習中不能忽視。只要振動的能

2、量轉(zhuǎn)化、多普勒效應在高考中出現(xiàn)次數(shù)的相對較少是考查的冷門。 二、重點剖析 1.機械振動這一部分概念較多，考點較多，對圖象要求層次較高，因而高考試題對本部分內(nèi)容考查的特點是試題容量較大，綜合性較強，一道題往往要考查力學的多個概念或者多個規(guī)律。因此，在復習本專題時，要注意概念的理解和記憶、要注意機械振動與牛頓定律、動量守恒定律、機械能守恒定律的綜合應用。 要求掌握簡諧運動的判斷方法，知道簡諧運動中各物理量的變化特點，知道簡諧運動具有周期性，其運動周期由振動系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定，清楚簡諧運動涉及到的物理量較多，且都與簡諧運動物體相對平衡位置的位移x存在直接或間接關(guān)系，如果弄清了圖6-1的關(guān)系，就

3、很容易判斷各物理量的變化情況。 2.理解和掌握機械波的特點：（1）在簡諧波傳播方向上，每一個質(zhì)點都以它自己的平衡位置為中心做簡諧運動；后一質(zhì)點的振動總是落后于它前一質(zhì)點的振動。（2）波傳播的只是運動形式（振動）和振動能量，介質(zhì)并不隨波的傳播而遷移。（3）同一列波上所有質(zhì)點的振動都具有相同的周期和頻率。 3．理解波長是兩個相鄰的在振動過程中對平衡位置的位移總相等的質(zhì)點間的距離。也是波在一個周期內(nèi)向前傳播的距離，波的周期決定于振源的周期，一列波上所有質(zhì)點振動的周期都相等。 4．掌握衍射、干涉是波的特有現(xiàn)象。知道在兩列波相遇疊加時遵從疊加原理，兩列波疊加時不受波的頻率限制；干涉是一種特殊的

4、疊加，即在兩波的頻率相同時使某些振動加強點總加強振動減弱點總減弱的現(xiàn)象。 5．本專題難點有：（1）波速與質(zhì)點的振動速度無關(guān)。波的傳播速度是由介質(zhì)的物理性質(zhì)決定的，在同一種介質(zhì)中波的傳播速度不變；而波上各質(zhì)點的運動是在自身平衡位置附近的振動，是變加速運動。（2）振動圖象和波動圖象的相同點和不同點。（3）波的多解問題往往是由波的傳播方向的雙向性、波長的多種可能性　、周期的多種可能性而引起的，在個別問題中的多解可能是由多種因素造成的，在求解過程中要特別注意。 三、考點透視 考點1： 簡諧振動的回復力與振幅 例1、 光滑的水平面上盛放有質(zhì)量分別為m 和m/2 的兩木塊，下方木塊與一勁度系數(shù)為k

5、的彈簧相連，彈簧的另一端固定在墻上，如圖所示。已知兩木塊之間的最大靜摩擦力為f，為使這兩個木塊組成的系統(tǒng)象一個整體一樣地振動，系統(tǒng)的最大振幅為（ ） A． B． C． D． 考點2：用單擺測重力加速度 例2、在“用單擺測重力加速度”的實驗中: （1）某同學的操作步驟為：a．取一根細線，下端系住直徑為d的金屬小球，上端固定在鐵架臺上。b．用米尺量得細線長度lc．在擺線偏離豎直方向5°位置釋放小球。d．用秒表記錄小球完成n次全振動的總時間t，得到周期T＝t/n。 e．用公式計算重力加速度。 按上述方法得出的重力加速度值與實際值相比＿＿＿（選填“偏大”、“相同”或“偏小”）

6、。 （2）已知單擺在任意擺角θ時的周期公式可近似為，式中T0為擺角趨近于0°時的周期，a為常數(shù)。為了用圖像法驗證該關(guān)系式，需要測量的物理量有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；若某同學在實驗中得到了如圖所示的圖線，則圖像中的橫軸表示＿＿＿＿＿＿。 3.由振動圖象分析波動的問題 例3、一列橫波沿x軸傳播，在x=0與x=1cm的兩質(zhì)點的振動圖線分別如圖6-7中實線與虛線所示．由此可以得出（ ） A．波長一定是4cm B．波的周期一定是4s C．波的振幅一定是2cm D．波的傳播速度一定是1cm/s 解析：本題考查波的空間周期性和雙向性，波的周期和振幅與質(zhì)點振動的周期和振幅相同，由振動圖

7、象可知波的周期一定是4s，波的振幅一定是2cm，BC正確；根據(jù)兩質(zhì)點的振動圖象和波傳播的空間周期性和雙向性知：x=　　解得：cm（n＝0,1,2…），由得：v＝（2n+1）m/s（n＝0,1,2…），故AD選項是錯誤，故正確答案BC。 答案：BC 點評：理解不同位置處振動圖象之間的關(guān)系，弄清波的多解的性、周期性是解決本題的關(guān)鍵。 4. 波動圖線與振動圖線相結(jié)合的物理量問題。 例4、 一列沿著x 軸正方向傳播的橫波，在t=O時刻的波形如圖甲所示。圖2甲中某質(zhì)點的振動圖象如圖乙所示。 質(zhì)點N的振幅是 m，振動周期為 s，圖2乙表示質(zhì)點 (

8、從質(zhì)點K、L、M、N中選填)的振動圖象。該波的波速為 m/s。 解析：由波動圖線圖2甲可直接讀出振幅0.8m，波長m；由振動圖線圖2乙可直接讀出振幅0.8m，周期s；由于波沿著x 軸正方向傳播，在質(zhì)點K、L、M、N中，開始時刻是從平衡位置向上振動的只有質(zhì)點L；波速m/sm/s。 答案：0.8，4，L，0.5 反思：本題是一道很好考查考生雙基的問題，屬于容易題，做題時，只要細心，基本知識掌握牢固，從波動圖線可直接讀出振幅與波長，從振動圖線可直接讀出振幅與周期，然后利用波速，波長與周期(頻率)之間的關(guān)系求出波速，就能得到正確答案。 四、熱點分析 1.從質(zhì)點的振動分析

9、波的形成與傳播 例1、湖面上一點O上下振動，振幅為0.2m，以O(shè)點為圓心形成圓形水波，如圖6-8所示，A、B、O三點在一條直線上，OA間距離為4.0m，OB間距離為2.4m。某時刻O點處在波峰位置，觀察發(fā)現(xiàn)2s后此波峰傳到A點，此時O點正通過平衡位置向下運動，OA間還有一個波峰。將水波近似為簡諧波。 （1）求此水波的傳播速度、周期和波長。 （2）以O(shè)點處在波峰位置為0時刻，某同學打算根據(jù)OB間距離與波長的關(guān)系，確定B點在0時刻的振動情況，畫出B點的振動圖像．你認為該同學的思路是否可行？若可行，畫出B點振動圖像，若不可行，請給出正確思路并畫出B點的振動圖象。 解析：（1）由波的傳播知v＝

10、Δx/Δt=2 m/s；由2s后O點處的波峰傳到A點，此時O點正通過平衡位置向下運動，OA間還有一個波峰知OA間距離為1.25，即＝3.2m，所以T＝/v=1.6s （2）可行，OB間距離為2.4 m為0.75，波從O點向右傳播，則B點振動狀態(tài)落后O點0.75T，故O點處在波峰時，B點由平衡位置向下運動，周期也是1.6s， 振動圖象如圖6-9所示。 反思：理解機械振動和波動的關(guān)系，熟練掌握波速、周期和波長是正確解答該題的基礎(chǔ)。 2.從質(zhì)點的振動圖象分析波動圖象 例2、一列簡諧橫波沿x軸負方向傳播，波速為v=4m/s。已知坐標原點（x=0）處質(zhì)點的振動圖像如圖6-10所示，在下列4幅圖中

11、能夠正確表示t=0.15s時波形的圖是（ ） 解析：本題考查由一個質(zhì)點的振動圖象和波的傳播方向分析不同時刻的波形圖，由振動圖象得到原點處的質(zhì)點在t=0.15s時位于y正半軸且向下運動，由于波沿負x軸方向傳播，所以此時刻靠近波源的右側(cè)相鄰質(zhì)點在其下方，正確答案為A． 反思：物理圖象能形象地表達物理規(guī)律、直觀地描述物理過程、鮮明地表示物理量之間的相互關(guān)系，是分析解決物理問題的有效手段，是高考的熱點，復習時要重視。 3.由波的圖像分析質(zhì)點的振動情況 例3 、一列簡諧橫波沿x軸傳播，周期為T，t=0時刻的波形如圖所示。此時平衡位置位于x=3m處的質(zhì)點正在向上運動，若a、b兩質(zhì)

12、點平衡位置的坐標分別為xa=2.5 m，xb =5.5 m，則（ ） A.當a質(zhì)點處在波峰時，b質(zhì)點恰在波谷 B.t=T/4時，a質(zhì)點正在向y軸負方向運動 C.t=3T/4時，b質(zhì)點正在向y軸負方向運動 D.在某一時刻，a、b兩質(zhì)點的位移和速度可能相同 五、能力突破 　　1.單擺測重力加速度 例1、近年來已有普通人乘坐宇宙飛船進入太空旅行，這標志著人類已經(jīng)進入新的航天時代。假設(shè)我國組成高中學生航天興趣小組，準備乘坐外星考查飛船前往x星球，其中的任務(wù)之一就是測量該星球表面的重力加速度g。他們準備的器材如下： A．鉤碼（質(zhì)量未知） B．秒表 C．彈簧秤 D

13、．毫米刻度尺 E．無彈性的細線 F．帶孔的金屬球（直徑d=2.4cm） G．天平 H．支架 I．電源 （1）在精確度要求不太高時，比較簡單的測量方法是利用器材 、 和 （填字母），測出 由表達式g= 求出。 （2）精確度要求較高時，可利用振動測量，器材可選用 。測量周期時，秒表記錄了30次全震動的時間，示數(shù)如圖6-12。則周期為T= 。若測得擺球上端至懸點的長度L=89.2cm，則重力加速度的大小g=

14、 。 解析：本題考查靈活測量重力加速度的方法，精確度不高時用重力公式可知：，精確度要求較高時用單擺周期公式可得： 答案：（1）A、C、G，重力G及質(zhì)量m， （2）B、D、E、F、H，1.9s，9.85m/s2（9.80—9.89都對） 反思：本題目考查單擺測重力加速度實驗，涉及單擺的問題與其他知識的結(jié)合，綜合性較強。解題時要把握好該實驗的原理。 2. 波的形成和過程 例2、在均勻介質(zhì)中選取平衡位置在同一直線上的9個質(zhì)點，相鄰兩質(zhì)點的距離均為L，如圖6-13所示，一列橫波沿該直線向右傳播，t=0時到達質(zhì)點1，質(zhì)點1開始向下運動，經(jīng)過時間Δt第一次出現(xiàn)如圖6-14

15、所示的波形.則該波的（ ） A.周期為Δt，波長為8L B.周期為Δt，波長為8L C.周期為Δt，波速為12L/Δt D.周期為Δt，波速為8L/Δt 解析：由圖6-14可看出，該波波長λ=8L.質(zhì)點9此時向上運動，這說明在Δt內(nèi)，波傳播的距離大于一個波長.因質(zhì)點1開始振動的方向向下，故波傳播到質(zhì)點9時，其起振的方向應向下，而圖6-14中質(zhì)點9向上振動，這說明質(zhì)點9已振動了，故Δt=T+，T=Δt.波速v=，由此可知選項BC正確。 答案：BC 反思：本題涉及了波在傳播過程中各質(zhì)點的位置變化以及波形的平移，了解波的形成原理和過程是解題的關(guān)鍵，本題體現(xiàn)了高考對基礎(chǔ)知識的考

16、查。 3.波的多解性 例3、如圖6-15所示，實線是沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t = 0時刻的波形圖，虛線是這列波在t = 0.2 s時刻的波形圖．已知波速是0.8 m/s ，則下列說法正確的是（ ） A．這列波的波長是14㎝ B．這列波的周期是0.125s C．這列波可能是沿x軸正方向傳播的 D．t=0時，x=4㎝處的質(zhì)點速度沿y軸負方向 解析：本題考查波的時間周期性和雙向性，由波形圖可知波長為12cm，A錯誤；由得T＝0.15s，B錯誤；波向左傳播則x=（12n＋4）cm，波向右傳播則x=（12n＋8）cm，又由x=vt得x=16cm，所以波向左傳播，C錯誤；根據(jù)波向左傳播

17、則t=0時，x=4㎝處的質(zhì)點速度沿y軸負方向，D正確，本題正確答案為D。 答案：D 反思：掌握分析波的多解性問題的方法，注意波動的空間周期性、時間周期性和雙向性等就可靈活解題。 4. 波的疊加問題 例4、有兩列簡諧橫波a、b在同一媒質(zhì)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。 （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。 （3）辨析題：分析并判斷在t＝0時是否存在兩列波的波谷重合處。 某同學分析如下：既然兩列波的波峰存在重合處，那么波谷與波谷重合處也一定存在。只要找到這兩列波半

18、波長的最小公倍數(shù)，……，即可得到波谷與波谷重合處的所有位置。 你認為該同學的分析正確嗎？若正確，求出這些點的位置。若不正確，指出錯誤處并通過計算說明理由。 解析：（1）從圖6中可以看出兩列波的波長分別為λa＝2.5m，λb＝4.0m，因此它們的周期分別為： s=1s，s=1.6s （2）兩列波的最小公倍數(shù)為S=20m t＝0時，兩列波的波峰重合處的所有位置為 m （，1，2……） （3）該同學的分析不正確。 要找兩列波的波谷與波谷重合處，必須從波峰重合處出發(fā)，找到這兩列波半波長的奇數(shù)倍恰好相等的位置。設(shè)距離x＝2.5m為L處兩列波的波谷與波谷相遇，并設(shè) ，，式中m、n均

19、為正整數(shù) 只要找到相應的m、n即可 將λa＝2.5m，λb＝4.0m代入并整理，得 由于上式中m、n在整數(shù)范圍內(nèi)無解，所以不存在波谷與波谷重合處。 反思：解答本題的關(guān)鍵是要找兩列波的波峰與波峰重合處，從波峰重合處仔細觀察出發(fā)，找到這兩列波的波長的最小公倍數(shù)的位置，要找兩列波的波谷與波谷重合處，必須從波峰重合處出發(fā)，找到這兩列波半波長的奇數(shù)倍相等的位置。 5.振動與波的圖像的問題 例5、一列沿著x軸正方向傳播的橫波，在t=O時刻的波形如圖甲所示。圖甲中某質(zhì)點的振動圖象如圖乙所示． 質(zhì)點N的振幅是 m，振動周期為 s，圖乙表示質(zhì)點

20、 (從質(zhì)點K、L、M、N中選填)的振動圖象。該波的波速為 m／s。 解析：由甲圖可知波長，由乙圖可知振幅，周期，所以波速；因為波沿軸正方向傳播，由甲圖可以判斷時刻L向上振動，N向下振動，K在正的最大位移處，M在負的最大位移處，由乙圖可知時刻，質(zhì)點向上振動，所以為L的振動圖象； 答案：0.8；4；L；0.5 反思：本題考查了振動的振幅、周期以及波動的波速等基本概念，并且簡單地考查了振動圖象和波的圖象。 六、規(guī)律整合 　　從近三年高考試題來看，振動和波的高考試題主要集中在振動、波動的圖象上，波動和振動之間有著密切的聯(lián)系。振動是波動的成因，波動是振動的傳播，做簡諧

21、運動的物體，其振動圖象和簡諧波的波動圖象都是正弦或余弦曲線。在某時刻的波動圖象中，質(zhì)點振動方向、波的傳播方向和波形三者是密切相關(guān)的，知道其中的任意兩者，就可求出第三者，即由波形、波的傳播方向可確定質(zhì)點的振動方向；由波形、質(zhì)點的振動方向可確定波的傳播方向，所以在復習階段重點應幫助考生掌握波的傳播方向跟波上質(zhì)點振動方向的關(guān)系，掌握波的傳播距離、質(zhì)點的振動、波的圖象隨時間變化的關(guān)系，并通過波的圖象分析波動問題和波上質(zhì)點的振動問題。在分析問題時，要靈活應用。 解題方法點撥： 1.要注意波動問題的多解性，在波的傳播過程中，每過一個周期，波的圖象就會重復出現(xiàn)，波的周期性特征是波動問題多解的原因之一。

22、 2.判斷質(zhì)點振動方向與波的傳播方向的關(guān)系可對比前一質(zhì)點的運動情況，或根據(jù)沿波的傳播方向，利用“上下坡法”、“風吹草動法”、“微平移法”、“帶動法”等方法進行判斷。 七、高考預測 機械振動和機械波是每年高考的必考內(nèi)容，分值為6分，著重考查基礎(chǔ)知識，復習時深度不宜過深。從近三年高考試題發(fā)展趨勢來看，2020年高考中本專題可能會以下列題型出現(xiàn)： 1．選擇題。它可能把波的圖象、頻率、波長、波速的關(guān)系，質(zhì)點振動方向和波傳播方向的關(guān)系，及單擺的周期、機械能守恒等知識有機整合成一道選擇題。 2．實驗題和填空題?？梢钥疾椤坝脝螖[測重力加速度”、“回聲測距離”等。 3．計算題。計算題中可能會求考查波速與周期、波長的關(guān)系、振動圖象、波的圖象等知識。