2018-2019學(xué)年高中物理 核心素養(yǎng)微專題 第十二章 機(jī)械波課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、核心素養(yǎng)微專題第十二章,一、科學(xué)思維——波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法【典例】一列沿x軸正方向傳播的簡諧機(jī)械橫波，波速為4m/s。某時刻波形如圖所示，下列說法正確的是(),A.這列波的振幅為4cmB.這列波的周期為1sC.此時x=4m處質(zhì)點沿y軸負(fù)方向運動D.此時x=4m處質(zhì)點的加速度為0,【解析】選D。由題圖可得，這列波的振幅為2cm，選項A錯誤；由題圖得，波長λ=8m，由T=得T=2s，選項B錯誤；由波動與振動的關(guān)系得，此時x=4m處質(zhì)點沿y軸正方向運動，且此質(zhì)點正處在平衡位置，故加速度a=0，選項C錯誤、選項D正確。,【方法技巧】判斷質(zhì)點振動方向的方法,【類題訓(xùn)練】1.(2018鄭

2、州高二檢測)如圖所示為一簡諧橫波在某一時刻的波形圖。已知圖中質(zhì)點F此時刻的運動方向是豎直向下的，(即負(fù)y軸方向)，那么(),A.這列波正在向右傳播(即正x軸方向)B.此時刻質(zhì)點H與F的運動方向相同C.從此時刻起，質(zhì)點E的運動方向是正y軸方向D.從此時刻起，質(zhì)點C將比B點先回到平衡位置,【解析】選D。簡諧橫波在x軸上傳播，此時質(zhì)點F的運動方向向下，由波形平移法可知，該波沿x軸負(fù)方向傳播，故A錯誤；此時質(zhì)點H向上運動，與F的運動方向相反，故B錯誤；從此時刻起，質(zhì)點E向下運動，沿負(fù)y軸方向，故C錯誤；此時刻C向下運動，B向上運動，所以質(zhì)點C將比B點先回到平衡位置，故D正確。所以D正確，A、B、C錯誤

3、。,2.(多選)如圖所示是一列簡諧橫波t=0時刻的圖象，經(jīng)過Δt=1.2s時，恰好第三次重復(fù)出現(xiàn)圖示的波形。根據(jù)以上信息，下面各項能確定的是(),A.波的傳播速度的大小B.經(jīng)過Δt=0.3s時間，質(zhì)點P通過的路程C.t=0.6s時刻質(zhì)點P的速度方向D.t=0.9s時刻的波形圖,【解析】選A、B、D。由題知該波的周期為0.6s，波長為8m，求得波速為m/s，A正確；經(jīng)過0.3s，即半個周期，質(zhì)點P運動路程為振幅的2倍，則路程為20cm，B正確；簡諧橫波傳播方向未知，無法確定0.6s時質(zhì)點P的振動方向，C錯誤；經(jīng)歷0.9s，即T，則其波形與圖示波形相反，D正確。,【補償訓(xùn)練】平衡位置處于坐標(biāo)原點的

4、波源S在y軸上振動，產(chǎn)生頻率為50Hz的簡諧橫波向x軸正、負(fù)兩個方向傳播，波速均為100m/s。平衡位置在x軸上的P、Q兩個質(zhì)點隨波源振動著，P、Q的x軸坐標(biāo)分別為xP=3.5m，xQ=-3m。當(dāng)S位移為負(fù)且向-y方向運動時，P、Q兩質(zhì)點的(),A.位移方向相同、速度方向相反B.位移方向相同、速度方向相同C.位移方向相反、速度方向相反D.位移方向相反、速度方向相同,【解析】選D。根據(jù)波的傳播情況推斷出各質(zhì)點的振動情況。由題意可知，此波的波長為λ=m=2m，xP=3.5m=λ+λ，當(dāng)波源位移為負(fù)且向-y方向運動時，P質(zhì)點位移為負(fù)，速度沿+y方向；|xQ|=3m=λ+，故Q質(zhì)點位移為正，速度沿+y

5、方向，故D正確。,二、科學(xué)思維——求振動質(zhì)點的位移和路程的方法【典例】(多選)圖甲為一列簡諧橫波在t=0.10s時刻的波形圖，P是平衡位置在x=1.0m處的質(zhì)點，Q是平衡位置在x=4.0m處的質(zhì)點；圖乙為質(zhì)點Q的振動圖象。下列說法正確的是(),A.在t=0.10s時，質(zhì)點Q向y軸正方向運動B.在t=0.25s時，質(zhì)點P的加速度方向與y軸正方向相同C.從t=0.10s到t=0.25s，該波沿x軸負(fù)方向傳播了6m,D.從t=0.10s到t=0.25s，質(zhì)點P通過的路程為30cmE.質(zhì)點Q簡諧運動的表達(dá)式為y=0.10sin10πt(國際單位制),【解析】選B、C、E。由圖甲得λ=8m，由圖乙得T=

6、0.2s，所以v==40m/s。由圖乙知，在t=0.10s時，質(zhì)點Q通過平衡位置向y軸負(fù)方向運動，A錯誤。結(jié)合圖甲，由“同側(cè)法”判得波沿x軸負(fù)方向傳播，畫出t=0.25s時的波形圖，標(biāo),出P、Q點，如圖，此時P點在x軸下方，其加速度向上，B正確。Δt=0.25s-0.10s=0.15s，Δx=vΔt=6m，C正確。P點起始位置不在平衡位置或最大位移處，故D錯誤。由圖知A=0.10m，ω==10πrad/s，所以Q點簡諧運動表達(dá)式為y=0.10sin10πt(國際單位制)，E正確。,【方法技巧】求振動質(zhì)點的位移、路程的特例求振動質(zhì)點在Δt時間內(nèi)的路程和位移，由于牽涉質(zhì)點的初始狀態(tài)，用正弦函數(shù)求解

7、較復(fù)雜，但Δt若為半周期的整數(shù)倍，則容易求:,(1)在半周期內(nèi)質(zhì)點的路程為2A，若Δt=n(n=1，2，3，……)，則路程s=2An。(2)當(dāng)質(zhì)點的初始位移(相對平衡位置)為x0時，經(jīng)的奇數(shù)倍時x1=-x0，經(jīng)的偶數(shù)倍時，x2=x0。,【類題訓(xùn)練】(多選)如圖所示，圖甲為一列簡諧橫波在t=2s時的波形圖，圖乙為媒質(zhì)中平衡位置在x=1.5m處的質(zhì)點的振動圖象，P是平衡位置為x=2m的質(zhì)點，下列說法正確的是(),A.波速為0.5m/sB.波的傳播方向向右C.0～2s時間內(nèi)，P運動的路程為8cmD.0～2s時間內(nèi)，P向y軸正方向運動,【解析】選A、C。由圖可知波長為λ=2m，周期為T=4s，則波速為

8、:v=m/s=0.5m/s，故A正確；根據(jù)圖乙的振動圖象可知，在x=1.5m處的質(zhì)點在t=2s時振動方向向下，所以該波向左傳播，故B錯誤；因為t=2s=，所以0～2s時間內(nèi)，質(zhì)點P的路程為s=2A=8cm，故C正確；因為該波向左傳播，由圖甲可,知t=2s時，質(zhì)點P已經(jīng)在波谷，所以可知0～2s時間內(nèi)，P向y軸負(fù)方向運動，故D錯誤。所以A、C正確，B、D錯誤。,三、科學(xué)探究——探究單擺的周期與擺長的關(guān)系用單擺測定重力加速度【典例】某同學(xué)在做“探究單擺周期與擺長的關(guān)系”的實驗中，分別用兩種儀器來測量擺球直徑，操作如圖1所示，得到擺球的直徑為d=19.12mm，此測量數(shù)據(jù)是選用了儀器________(

9、選填“甲”或“乙”)測量得到的。,該同學(xué)先用米尺測得擺線的長度，再采用上題中的方法測得擺球直徑，他通過改變擺長，進(jìn)行多次實驗后以擺長L為橫坐標(biāo)，T2為縱坐標(biāo)，作出圖線，若該同學(xué)在計算擺長時加的是小球直徑，則所畫圖線是圖2中的________。(選填“A”“B”或者“C”),【解析】圖甲是螺旋測微器，其最小分度是0.001mm，而乙為50分度的游標(biāo)卡尺，最小分度是0.02mm，d=19.12mm，符合游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，不符合螺旋測微器的讀數(shù)的精確度。故此測量數(shù)據(jù)是選用了儀器乙。由單擺周期公式:T=2π可得:T2=L，若該同學(xué)計算擺長的時候加的是小球直徑，則對應(yīng)的準(zhǔn)確表達(dá)式應(yīng)為:T2=(L-)，則可

10、知圖象應(yīng)與橫坐標(biāo)有,交點，故C正確，A、B錯誤。故選C。答案:乙C,【類題訓(xùn)練】1.某同學(xué)在探究影響單擺周期的因素時有如下操作，請判斷是否恰當(dāng)(選填“是”或“否”)。①把單擺從平衡位置拉開約5釋放。____②在擺球經(jīng)過最低點時啟動秒表計時。____,③用秒表記錄擺球一次全振動的時間作為周期。____④該同學(xué)改進(jìn)測量方法后，用螺旋測微器測量其中一個擺球直徑的示數(shù)如圖，該球的直徑為______mm。,【解析】①為了讓單擺做簡諧運動，應(yīng)讓單擺從平衡位置拉開約5釋放，故該操作是恰當(dāng)?shù)?。②單擺通過最低點的速度最快，為了減小測量時間的誤差，應(yīng)在平衡位置開始計時，故該操作恰當(dāng)。③用秒表記錄擺球一次全振動的時

11、間作為周期，誤差比較大，需要測量多次全振動的時間求平均值求出單擺的周期。故該,操作不恰當(dāng)。④球的直徑為:20.5mm+0.01mm18.4=20.684mm。答案:①是②是③否④20.684(20.683～20.685),2.某實驗小組在進(jìn)行“用單擺測定重力加速度”的實驗中，已知單擺在擺動過程中的擺角小于5；在測量單擺的周期時，從擺球運動到最低點開始計時且記數(shù)為1，到第n次經(jīng)過最低點所用的時間為t；在測量單擺的擺長時，先用毫米刻度尺測得擺球懸掛后的擺線長(從懸點到擺球的最上端)為L，再用螺旋測微器測得擺球的直徑為d(讀數(shù)如圖所示)。,(1)該單擺在擺動過程中的周期為________。(2)用上

12、述物理量的符號寫出求重力加速度的一般表達(dá)式g=________。(3)從圖可知，擺球的直徑為________mm。,(4)實驗結(jié)束后，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)他測得的重力加速度的值總是偏大，其原因可能是下述原因中的()A.單擺的懸點未固定緊，振動中出現(xiàn)松動，使擺線增長了B.把n次擺動的時間誤記為(n+1)次擺動的時間C.以擺線長作為擺長來計算D.以擺線長與擺球的直徑之和作為擺長來計算,【解析】(1)根據(jù)記數(shù)的方式可知全振動的次數(shù)N=，所以周期T=(2)擺長l=L+，將T和l代入g=得g=,(3)直徑d=5.5mm+0.0148.0mm=5.980mm。(4)根據(jù)g=知，當(dāng)懸點松動后，擺線增長，則代入公式中的l將偏小，故所測g值偏小，A錯誤；對B選項，T變小，g變大，B正確；對C選項，l變小，g應(yīng)偏小，C錯誤；對D選項，l變大，g應(yīng)偏大，D正確。答案:(1)(2)(3)5.980(4)B、D,