高考物理二轮复习专题五振动与波光学第11讲机械振动与机械波课件（61页PPT）

(共61张PPT)
专题五　振动与波　光学
第11讲　机械振动与机械波
1.熟练掌握简谐运动各物理量的特点和规律。
2．掌握机械波的形成及传播规律。
3．能根据振动图像和波的图像分析质点的振动规律和波的传播规律。
目标
要求
考点1
机械振动
1．简谐运动的两种描述
表达式
描述 ①动力学表达式：F＝－kx，其中“－”表示回复力与位移的方向相反
②运动学表达式：x＝A sin (ωt＋φ)
图像
描述 ①从平衡位置开始计时，振动表达式为x＝A sin ωt，图像如图甲所示
甲
乙
②从最大位移处开始计时，振动表达式为x＝A cos ωt，图像如图乙所示
2.简谐运动的两种模型
模型 弹簧振子(水平) 单摆
示意图
简谐运
动条件 ①弹簧质量要忽略
②无摩擦力等阻力
③在弹簧弹性限度内 ①摆线为不可伸缩的轻细线
②无空气阻力等
③最大摆角小于等于5°
模型 弹簧振子(水平) 单摆
平衡
位置 弹簧处于原长处(回复力为零) 最低点(回复力为零)
受力
特征 回复力：等于合外力 回复力：摆球重力沿与摆线垂直方向的分力。
向心力：摆线的拉力和摆球重力沿摆线方向分力的合力
周期
能量
转化 弹性势能与动能的相互转化，机械能守恒 重力势能与动能的相互转化，机械能守恒
BC
(2024·北京卷，9)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
(2025·四川卷，5)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、丁的摆长之比为1∶2
C
考点2
机械波
2．根据波的图像、传播方向判定振动方向
方法 内容 图像
“上下
坡”法 沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动
“同侧”
法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧
“微平
移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向
(多选)(2025·河南卷，8)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音所对应的频率分别为880 Hz和1175 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
AD
(2025·海南卷，5)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(　　)
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
D
B
巧解波的图像与振动图像综合问题的基本方法
?总结提升?
考点3
波的干涉、衍射、多普勒效应
(2)波形图法
在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。
2．波的衍射现象
波能绕过障碍物继续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。
3．多普勒效应的成因分析
观察者接收到的频率发生变化，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小。
(2025·四川卷，2)某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10-10 m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是
(　　)
A．德布罗意波长约为7.9×10-13 m的中子
B．德布罗意波长约为8.7×10-12 m的质子
C．德布罗意波长约为2.6×10-11 m的氮分子
D．德布罗意波长约为1.5×10-10 m的电子
D
解析：D　当障碍物或狭缝的尺寸与波的波长差不多，或者比波长更小时，会发生明显的衍射现象，波长和狭缝尺寸越接近，衍射现象越明显。依题意狭缝宽约为d＝3.5×10-10 m，A选项德布罗意波长约为λ1＝7.9×10-13 m的中子，波长远小于狭缝宽度，B选项德布罗意波长约为λ2＝8.7×10-12 m的质子，波长远小于狭缝宽度，C选项德布罗意波长约为λ3＝2.6×10-11 m的氮分子，波长仍小于狭缝宽度，D选项德布罗意波长约为λ4＝1.5×10-10 m的电子，与狭缝宽度d＝3.5×10-10 m最为接近，故此时衍射现象最明显，D正确。
(2023·广东卷，4)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为1500 m/s，若探测器发出频率为1.5×106 Hz的声波，下列说法正确的是(　　)
A．两列声波相遇时一定会发生干涉
B．声波由水中传播到空气中，波长会改变
C．该声波遇到尺寸约为1 m的被探测物时会发生明显衍射
D．探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关
B
(2025·黑吉辽内蒙古卷，5)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：C　由题意可知实线表示波峰，虚线表示波谷，实线与实线的交点表示该处质点处于最大正位移处，虚线与虚线的交点表示该处质点处于最大负位移处，都表示振动加强点，实线与虚线的交点表示该处质点处于位移为0处，也表示振动减弱点。P点位于其最大正位移处，则P点位于两实线交点处，B、D错误；曲线ab上所有点均为振动减弱点，则曲线ab经过实线与虚线的交点，且总是波峰与波谷的交点，对A选项的曲线ab，过一段时间，两列波的波谷同时传播到曲线ab上，则其上的点不总是波峰与波谷的交点，A错误；对C选项的曲线ab，其上的点总是波峰与波谷的交点，C正确。
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(建议用时：40分钟　满分：64分)
(选择题1～6题每题4分，7～11题每题6分，共54分)
[保分练——重基础]
1．(2025·广东广州毕业班综合测试)某次地震时，震源同时产生P波(纵波)和S波(横波)，传播速率分别约为8 km/s和4 km/s，某监测点记录到P波比S波早到达120 s。假设震源的振动周期为1.25 s，地震波沿直线传播，则
(　　)
A．P波的频率为S波的一半 B．P波的波长为S波的一半
C．P波的波长约为5.0 km D．震源距监测点约960 km
限时规范
训练(十三)
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2．(2025·广东广州调研)如图所示，在北京已校准好的摆钟被运送到广州后，该摆钟(　　)
A．摆锤运动周期比在北京时短
B．摆锤运动周期与在北京时相同
C.分针转完一圈所需时间比在北京时短
D．分针转完一圈所需时间比在北京时长
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3．(2025·广东三校联考)图a为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图b为质点P以此时刻为计时起点的振动图像，从该时刻起，下列说法正确的是(　　)
A．该波正在向x轴负方向传播，波速为20 m/s
B．经过0.35 s后，质点Q经过的路程为1.4 m，且速度最大，加速度最小
C．若该波在传播过程中遇到一个尺寸为3 m的障碍物，不能发生明显衍射现象
D．若波源向x轴负方向运动，在x＝10 m处放一接收器，接收器接收到的波源频率可能为6 Hz
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4．(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PM＝2PN＝4 m。t＝0时刻，波源P开始振动，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(　　)
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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5．(2025·广东佛山模拟)蜻蜓在平静的湖面上点水，水面泛起涟漪，可认为涟漪为简谐横波，点水处O点为波源。某时刻记为t＝0，以O为原点在湖面建立波的分布图如图甲所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷；波源O的振动图像如图乙所示，竖直向上为z轴正方向，则下列说法正确的是(　　)
A．涟漪的波速为1.25 cm/s
B．t＝2 s时，A质点处于平衡位置
C．t＝3 s时，B质点竖直向下运动
D．t＝3 s时，C质点竖直向下运动
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6．(2025·广东茂名一模)如图所示是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，机械波便从绳的左端传播到右端，图中相邻质点间距离为1 cm。t＝0时刻，质点1开始向上运动；t＝0.2 s时，质点1第一次到达最上方，质点5刚开始向上运动，下列说法正确的是(　　)
A．该列绳波波长为20 cm
B．该列绳波传播速度为0.25 m/s
C．t＝0.4 s时，质点9开始向下运动
D．t＝0.6 s时，质点9到达最上方
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[争分练——重技能]
7．(2025·广东汕头模拟)如图1所示，在球心距离水平圆盘中心r处固定一小球，转动圆盘，小球做线速度为v的匀速圆周运动，在圆盘圆心正上方，另一完全相同的小球制成的单摆在小角度的摆动。图2是两球在与摆球摆动平面平行的竖直面上的投影，两球投影时刻都在同一竖直方向上。已知小球半径为R，重力加速度为g，下列说法正确的是(　　)
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8．(2025·广东广州毕业班综合测试)如图，一滑块置于光滑水平面上，两相同轻质弹簧一端固定，另一端与滑块连接。t＝0时两弹簧均处于原长，以此时滑块位置O为原点，向右为正方向，滑块向右的初速度为v0。设滑块运动过程中的位移为x，速度为v，所受合外力为F，运动时间为t。弹簧始终处于弹性限度内，滑块从t＝0时刻到第一次回到O点的过程中，下列图像可能正确的是(　　)
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9．(多选)(2025·广东毕业班调研)甲、乙两列横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播，波速均为4 m/s。t＝0时刻二者在x＝5 m处相遇，波形如图所示。关于平衡位置分别位于x＝5 m、x＝6 m处的P、Q两质点，下列说法正确的是(　　)
A．t＝1.0 s时，P偏离平衡位置的位移为0
B．t＝1.0 s时，Q偏离平衡位置的位移为2 cm
C．两波相遇后，P的振幅大于2 cm
D．两波相遇后，Q的振幅等于2 cm
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11．(多选)(2025·广东佛山模拟)如图所示，在光滑水平面上方空间存在一匀强电场，其大小为E、方向水平向左。劲度系数为k的弹簧左端固定在墙面上，右端与带电荷量为＋q、质量为m的绝缘小滑块a相连，O点为弹簧原长位置，给a一初速度，P点为a能到达的最左端位置，PO距离为x0。当a运动至P时，在其右端立即无初速放置一个带电荷量为＋2q，质量为m的绝缘小滑块b，a、b之间无电荷交换且两滑块间的库仑力可忽略不计，已知kx0＝8Eq，下列说法正确的是(　　)
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[满分练——重培优]
12．(10分)(2025·广东佛山模拟)均匀介质中有向x轴负方向传播的机械波，如图所示为t＝0时的波形图，P为波源位置。已知t＝0.4 s时，位于x轴上0.2 m处的质点Q第一次振动到达波谷。
(1)求该机械波的波速大小；
(2)写出P点的振动方程；
(3)求0～1.0 s内原点O处质点的振动路程。
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