高考物理二轮复习专题一力与运动第5讲机械振动与机械波课件（58页PPT）

(共58张PPT)
[复习目标]
1.理解描述振动和波的基本概念,掌握简谐运动的规律、振动图像、波的图像、波的传播规律等知识的应用。
2.熟练掌握单摆模型、振动图像与波的图像的综合、波的多解等问题。
1.简谐运动的规律
公式 x=Asin(ωt+φ)
图像 反映同一质点在各个时刻的位移
受力特征 回复力F=-kx,F(或a)的大小与x的大小成正比,方向相反
运动特征 衡位置时,a、F、x都减小,v增大;远离平衡位置时,a、F、x都增大,v减小
公式 x=Asin(ωt+φ)
能量特征 振幅越大,能量越大。在运动过程中,动能和势能相互转化,系统的机械能守恒
周期性特征
对称性特征 关于平衡位置O对称的两点,加速度的大小、速度的大小、相对平衡位置的位移大小相等;动能、势能相等
BC
[例2]　(2025·河南焦作二模)如图甲所示的装置,重物A、B和C通过不可伸长的轻质细绳跨过两个光滑的等高小定滑轮连接,重物A和B的质量均为m,悬挂重物C的细绳与两定滑轮水平线夹角为60°时,系统将处于静止状态。设重物C在此位置坐标为0,缓慢把重物C向上托起1 cm,然后由静止释放并开始计时,重物C的运动可视为简谐运动,取竖直向上为正方向,重物C的振动图像如图乙所示,下列说法正确的是(　　)
A
A
机械波的相关概念
形成条件 (1)波源;(2)传播介质,如空气、水等
传播特点 (1)机械波传播的只是振动的形式和能量,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波迁移
(2)介质中各质点振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同
(3)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A,位移为零
(4)一个周期内,波向前传播一个波长
形成条件 (1)波源;(2)传播介质,如空气、水等
波的图像 (1)坐标轴:横轴表示各质点的平衡位置,纵轴表示该时刻各质点的位移
(2)意义:表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开平衡位置的位移
波长、波速和频率(周期)的关系
波的叠加
波的多解问题 由于波的周期性、波传播方向的双向性,波的传播易出现多解问题
波的特性 波的干涉
波的衍射
考向1　波的传播问题
[例4]　(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(　　)
D
A.波速为2.5 m/s
B.波源平衡位置距离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
考向2　波的叠加问题
[例5]　(多选)(2024·山东卷)甲、乙两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播,波速均为2 m/s。t=0时刻二者在x=2 m处相遇,波形图如图所示。关于平衡位置在x=2 m处的质点P,下列说法正确的是(　　)
BC
A.t=0.5 s时,P偏离平衡位置的位移为0
B.t=0.5 s时,P偏离平衡位置的位移为-2 cm
C.t=1.0 s时,P向y轴正方向运动
D.t=1.0 s时,P向y轴负方向运动
考向3　波的多解问题
[例6]　(多选)(2025·四川广安二模)图甲为某同学利用跳绳模拟战绳训练,该同学将绳子一端固定在杆上,用手上下甩动另一端。图乙为绳上P、Q两质点的振动图像,P、Q两质点平衡位置相距5 m。波由P向Q传播。下列说法正确的是(　　)
BD
波的多解问题的分析思路
1.巧解振动图像与波的图像综合问题
求解波的图像与振动图像综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法。
(1)“一分”:分清振动图像与波的图像,此步骤最简单,只要看清横坐标即可,横坐标为x,则为波的图像;横坐标为t,则为振动图像。
(2)“一看”:看清横、纵坐标的单位,尤其要注意单位前的数量级。
(3)“二找”:找准波的图像对应的时刻;找准振动图像对应的质点。
2.两种图像问题的易错点
(1)不理解振动图像与波的图像的区别。
(2)误将振动图像看作波的图像或将波的图像看作振动图像。
(3)不知道波传播过程中任意质点的起振方向就是波源的起振方向。
(4)不会区分波的传播位移和质点的振动位移。
(5)误认为质点随波迁移。
[例7]　(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(　　)
AD
[例8]　(2025·河南开封模拟)一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的部分波形图如图甲所示,P是平衡位置在x=1.2 m处的质点,Q是平衡位置在x=4 m处的质点,质点Q的振动图像如图乙所示。求:
(1)该波的波速v;
(2)从t=0时刻起到质点P第三次位于波峰位置所用的时间。
[基础巩固练]
1.(2025·安徽卷)如图,某同学演示波动实验,将一根长而软的弹簧静置在光滑水平面上,弹簧上系有一个标记物,在左端沿弹簧轴线方向周期性地推、拉弹簧,形成疏密相间的机械波。下列表述正确的是(　　)
A.弹簧上形成的波是横波
B.推、拉弹簧的周期越小,波长越长
C.标记物振动的速度就是机械波传播的速度
D.标记物由静止开始振动的现象表明机械波能传递能量
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解析　弹簧上形成的波的振动方向与传播方向平行是纵波,故A错误;同一介质中,波的传播速度相同,则波的传播速度不变,推、拉弹簧的周期越小,波的周期越小,由公式λ=vT可知,波长越短,故B错误;标记物振动的速度反映的是标记物在平衡位置附近往复运动的快慢,机械波的传播速度是波在介质中的传播速度,二者不是同一个速度,故C错误;标记物由静止开始振动,说明它获得了能量,这是因为机械波使得能量传递给标记物,标记物由静止开始振动的现象表明机械波能传递能量,故D正确。
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2.(多选)(2025·河南卷)贾湖骨笛是河南博物院镇馆之宝之一,被誉为“中华第一笛”。其中一支骨笛可以发出A5、B5、C6、D6、E6等音。已知A5音和D6音所对应频率分别为880 Hz和1 175 Hz,则(　　)
A.在空气中传播时,A5音的波长大于D6音的
B.在空气中传播时,A5音的波速小于D6音的
C.由空气进入水中,A5音和D6音的频率都变大
D.由空气进入水中,A5音的波长改变量大于D6音的
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3.(2025·海南卷)如图所示,实线和虚线分别是沿着x轴正方向传播的一列简谐横波在t=0时刻和t=0.5 s的波形图,已知波的周期T>0.5 s,则下列关于该列波说法正确的是(　　)
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A.波长为5 cm
B.波速为10 cm/s
C.周期为1 s
D.t=0时刻,质点M向下振动
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4.(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(　　)
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、丁摆长之比为1∶2
C
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5.(多选)(2025·山东卷)均匀介质中分别沿x轴负向和正向传播的甲、乙两列简谐横波,振幅均为2 cm,波速均为1 m/s,M、N为介质中的质点。t=0时刻的波形图如图所示,M、N的位移均为1 cm。下列说法正确的是(　　)
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A.甲波的周期为6 s
B.乙波的波长为6 m
C.t=6 s时,M向y轴正方向运动
D.t=6 s时,N向y轴负方向运动
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[能力提升练]
6.(多选)(2025·湖南卷)如图,A(0,0)、B(4,0)、C(0,3)在xy平面内,两波源分别置于A、B两点。t=0时,两波源从平衡位置起振,起振方向相同且垂直于xy平面,频率均为2.5 Hz。两波源持续产生振幅相同的简谐横波,波分别沿AC、BC方向传播,波速均为10 m/s。下列说法正确的是(　　)
A.两横波波长均为4 m
B.t=0.4 s时,C处质点加速度为0
C.t=0.4 s时,C处质点速度不为0
D.t=0.6 s时,C处质点速度为0
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7.(2025·广东深圳一模)如图所示,M、P、N为一条弹性轻绳上的三点,且MP=2PN=4 m。t=0时刻,波源P开始起振,方向垂直于MN向上,振动规律为y=0.1sin(10πt)cm。此后,测得N点开始振动的时刻为t=2.0 s。下列说法正确的是(　　)
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A
A.波长为0.2 m
B.波传播速度为2 m/s
C.N点开始振动时方向向下
D.t=4.25 s时刻质点M处在平衡位置
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8.(2025·黑龙江黑河三模)一列简谐横波在t=0时的波形如图中实线所示,t=1 s时的波形如图中虚线所示,则下列说法正确的是(　　)
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A.这列波的波长为8 m
B.平衡位置分别为A、B的两个质点,振动方向始终相同
C.若波向右传播,则波的最大频率为0.25 Hz
D.若波向左传播,则波的传播速度一定为6 m/s
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9.如图甲所示,轻质弹簧竖直放置,下端固定在水平地面上,上端连接一质量为m的物块,物块在竖直向下的压力F的作用下保持静止。t=0时,撤去压力F,物块在竖直方向做简谐运动,取竖直向上为正方向,弹簧振子的振动图像如图乙所示。弹簧的劲度系数为k,重力加速度为g,F=2mg。以下说法正确的是(　　)
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10.(多选)(2025·河南新乡模拟)位于x=-2.5 m 处的简谐波源S1,其振动频率为2 Hz,产生的波在t=0时恰好传至x=2.5 m 处,波形图如图所示。此时位于x=2.5 m 处的简谐波源S2,开始振动,其起振方向与此时S1的振动方向相反,振动频率、波长、振幅均与S1相同。则t=1.25 s时,下列说法正确的是(　　)
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BC
A.x=0处为振动加强点
B.S1与S2间有5个振动减弱点
C.S1与S2间的各处质点位移均为0
D.x=0.5 m处的质点沿y轴正方向振动
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11.(12分)(2025·广西柳州二模)如图甲所示,太空舱内的弹簧振子沿y轴自由振动,沿x轴方向有一轻质长绳与弹簧振子相连。弹簧振子振动后,长绳某时刻(记为t=0时刻)形成的波形如图乙中实线所示,虚线为t=0.3 s时刻长绳的波形。P点为x=1.5 m处的质点。已知弹簧振子周期T的大小满足T<0.3 s<2T,求:
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(1)长绳波的波速大小;
(2)质点P的振动方程。
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[拓展培优练]
12.(多选)(2025·辽宁本溪二模)如图所示,面积足够大的A、B两种均匀弹性介质接触放置,两者的界面在同一竖直面内。t=0时刻界面上某质点O开始沿界面振动时,t=2 s时刻介质中产生的简谐波如图所示。据此可知(　　)
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AC
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A.t=0时刻质点O从平衡位置向y轴正方向振动
B.A、B两种介质中波速相同
C.t=50 s时介质B中距O点3 m处的质点开始振动
D.从t=0时刻到t=50 s时刻质点P运动的路程为5 m
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