高考物理二轮复习专题一力与运动第六讲机械振动和机械波课件（43页PPT）

(共43张PPT)
专题一　力与运动
第六讲　机械振动和机械波
知能网络
热点题型1　机械振动
1．分析方法：以位移为桥梁，位移增大时，振动质点的回复力、加速度、势能均增大，速度、动能均减小；反之，则产生相反的变化。另外，各矢量均在其值为零时改变方向。
2．周期性和对称性
BC
解析：
解析：
[例2] (单摆)(2025·四川卷)如图所示，甲、乙、丙、丁四个小球用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上，从左至右摆长依次增加，小球静止在纸面所示竖直平面内。将四个小球垂直纸面向外拉起一小角度，由静止同时释放。释放后小球都做简谐运动。当小球甲完成2个周期的振动时，小球丙恰好到达与小球甲同侧最高点，同时小球乙、丁恰好到达另一侧最高点。则 (　　)
C
A．小球甲第一次回到释放位置时，小球丙加速度为零
B．小球丁第一次回到平衡位置时，小球乙动能为零
C．小球甲、乙的振动周期之比为3∶4
D．小球丙、丁的摆长之比为1∶2
解析：
解析：
练1 (受迫振动和共振)(多选)为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图甲、乙所示。则 (　　)
A．针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同
B．随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大
C．打击杆对不同粗细的树干打击结束后，树干的振动频率相同
D．稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同
AD
解析：
根据共振的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振，此时落果效果最好，而不同树木的固有频率不同，针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，A正确；当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，因此随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，B错误；打击结束后，树干做阻尼振动，阻尼振动的频率等于树干的固有频率，所以粗细不同的树干频率不同，C错误；树干在振动器的振动下做受迫振动，稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，D正确。
练2 (简谐运动的图像)(2024·北京卷)图甲为用手机和轻弹簧制作的一个振动装置。手机加速度传感器记录了手机在竖直方向的振动情况，以向上为正方向，得到手机振动过程中加速度a随时间t变化的曲线为正弦曲线，如图乙所示。下列说法正确的是 (　　)
A．t＝0时，弹簧弹力为0
B．t＝0.2 s时，手机位于平衡位置上方
C．从t＝0至t＝0.2 s，手机的动能增大
D．a随t变化的关系式为a＝4sin (2.5πt) m/s2
D
解析：
热点题型2　机械波
1．波的图像的周期性：相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同，从而使题目的解答出现多解的可能。
2．波传播方向的双向性：在题目未给出波的传播方向时，要考虑到波可沿x轴正向或负向传播的两种可能性。
[例3] (波的多解问题)图甲和乙分别为同一列沿x轴传播的简谐横波上x1＝4 m、x2＝10 m处的质点的振动图像，则该简谐横波的传播速度可能为 (　　)
A．6 m/s B．5 m/s
C．4 m/s D．3 m/s
C
解析：
解析：
练3 (波的传播)(多选)(2025·全国卷)一组身高相近的学生沿一直线等间隔排成一排，从左边第一位同学开始，依次周期性地“下蹲、起立”，整个队列呈现类似简谐波的波浪效果，如图所示。假定某次游戏中，形成的波形的波长为4 m，左边第一位同学蹲至最低点时，队列中另一同学恰好站直，则这两位同学间的距离可能是 (　　)
A．1 m B．2 m C．5 m D．6 m
BD
解析：
练4 (波的分析)(2025·云南卷)如图所示，均匀介质中矩形区域内有一位置未知的波源。t＝0时刻，波源开始振动产生简谐横波，并以相同波速分别向左、右两侧传播，P、Q分别为矩形区域左右两边界上振动质点的平衡位置。t＝1.5 s和t＝2.5 s时矩形区域外波形分别如图中实线和虚线所示，则 (　　)
A．波速为2.5 m/s
B．波源的平衡位置距离P点1.5 m
C.t＝1.0 s时，波源处于平衡位置且向下运动
D．t＝5.5 s时，平衡位置在P、Q处的两质点位移相同
D
解析：
解析：
热点题型3　机械波的干涉、衍射和多普勒效应
[例4] (“建模法”解答新情境)(多选)(2023·辽宁卷)“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是 (　　)
A．插入水中的筷子，看起来折断了
B．阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹
C．驶近站台的火车，汽笛音调变高
D．振动音叉的周围，声音忽高忽低
BD
解析：
题中所示现象属于波的干涉。插入水中的筷子看起来折断了是光的折射造成的，与该问题的物理原理不相符；阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是光在薄膜前后表面的反射叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符；驶近站台的火车汽笛音调变高是多普勒效应，与该问题的物理原理不相符；振动音叉的周围声音忽高忽低，是声音的叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符，B、D正确。
信息转化，建构模型
(1)图中的两列波的波形相反，这说明叠加后几乎是抵消的。
(2)建立波的干涉模型。
练5 (波的折射、衍射)机械波在深度不同的A、B两部分水中传播某时刻的波形如图所示，图中明亮区域中间位置为波峰，A部分中波峰间距是B部分中波峰间距的2倍，已知B部分中波速为0.6 m/s。则该机械波 (　　)
A．在B部分中更容易发生衍射现象
B．在A部分中的波速为0.3 m/s
C．由A部分进入B部分频率变大
D．在两部分交界面发生了折射现象
D
解析：
因A部分中波峰间距是B部分中波峰间距的2倍，可知波在A部分中的波长等于B部分中的波长的2倍，即λA＝2λB，则在A部分中更容易发生衍射现象，A错误；波在两部分中传播时周期和频率不变，则λA＝vAT，λB＝vBT，在A部分中的波速为vA＝1.2 m/s，B、C错误；波在两种介质中的传播速度不相等，则在两部分交界面发生了折射现象，D正确。
练6 (波的干涉)(2025·黑吉辽蒙卷)平衡位置在同一水平面上的两个振动完全相同的点波源，在均匀介质中产生两列波。若波峰用实线表示，波谷用虚线表示，P点位于其最大正位移处，曲线ab上的所有点均为振动减弱点，则下列图中可能满足以上描述的是 (　　)
C
解析：
根据题意P点位于其最大正位移处，故可知此时P点位于两列波的波峰与波峰相交处，B、D错误；根据干涉规律可知，相邻波峰与波峰，波谷与波谷连线上的点都是加强点，A错误，C正确。
“关联思维法”解决振动图像与波的图像的综合问题
(1)从振动图像找周期，从波的图像找波长，关联这两个信息就能计算出波速；
(2)从振动图像与波的图像这两方面寻找质点的位移及振动方向，并将两个信息关联在一起是突破难点的关键。
[例] (多选)(2025·陕晋青宁卷)一列简谐横波在介质中沿直线传播，其波长大于1 m，a、b为介质中平衡位置相距2 m的两质点，其振动图像如图所示。则t＝0时的波形图可能为 (　　)
CD
解析：
挖掘信息，综合关联
图乙中0时刻位移为5 cm，图甲中质点a的位移为5 cm，将两个信息关联在一起，推理出图乙是质点a的振动图像。
[真题提升1] (多选)(2023·全国乙卷，改编)一列简谐横波沿x轴传播，图甲是t＝0时刻的波形图；P是介质中位于x＝2 m处的质点，其振动图像如图乙所示。下列说法正确的是 (　　)
A. 波向左传播
B．波的振幅是10 cm
C．x＝3 m处的质点在t＝7 s时位于平衡位置
D．质点P在0～7 s时间内运动的路程为70 cm
AD
解析：
[真题提升2] (多选)(经典高考题)一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如图所示。当t＝7 s时，简谐波的波动图像可能正确的是 (　　)
AC
解析：
[真题提升3] (多选)(2025·浙江卷)如图1所示，两波源S1和S2分别位于x＝0与x＝12 m处，以x＝6 m为边界，两侧为不同的均匀介质。t＝0时两波源同时开始振动，其振动图像相同，如图2所示。t＝0.1 s时x＝4 m与x＝6 m两处的质点开始振动。不考虑反射波的影响，则 (　　)
A．t＝0.15 s时两列波开始相遇
B．在6 m＜x≤12 m间S2波的波长为1.2 m
C．两列波叠加稳定后，x＝8.4 m处的质点振动减弱
D．两列波叠加稳定后，在0＜x＜6 m间共有7个加强点
BC
解析：
解析：