浙江省2020高考物理二轮复习专题五第一讲机械振动与机械波讲义含解析

浙江省2020高考物理二轮复习专题五第一讲机械振动与机械波讲义含解析

第一讲　机械振动与机械波 知识内容 考试要求 备考指津 ‎1.简谐运动 b ‎1.本讲内容在考查要求上以理解和简单应用为主．考查的题型大多以选择题的形式出现，也可能以实验题的形式呈现；难度中等或中等偏下.‎ ‎2.命题频率较高的是简谐运动的特点和图象、波的图象以及波长、频率和波速的关系.‎ ‎3.波动图象、振动图象的区别及转换也是考查的热点，图象题可以综合考查考生的理解能力、推理能力和空间想象能力.‎ ‎2.简谐运动的描述 c ‎3.简谐运动的回复力和能量 b ‎4.单摆 c ‎5.外力作用下的振动 b ‎6.波的形成和传播 b ‎7.波的图象 b ‎8.波长、频率和波速 c ‎9.波的衍射和干涉 b ‎10.多普勒效应 b ‎11.惠更斯原理 b ‎　机械振动及其图象 ‎ 【重难提炼】‎ ‎　(2019·台州调研)如图是一质点做简谐运动的振动图象．关于该质点的运动，下列说法正确的是(　　)‎ A．0.01 s时质点的运动方向向下 B．0.025 s和0.075 s两个时刻的加速度大小和方向都相同 - 17 -‎ C．0.025 s和0.075 s两个时刻的速度大小相等，方向相反 D．0.125 s时速度和加速度的方向相同 ‎[解析]　由于不知质点的振动情况，所以无法确定质点的运动方向，只能确定沿y轴负方向，故A错误；0.025 s和0.075 s两个时刻的位移大小和方向都相同，由a＝－知加速度大小和方向都相同，故B正确；据y－t图象的斜率表示速度，知0.025 s和0.075 s两个时刻的速度大小相等，方向相反，故C 正确；0.125 s时速度方向沿y轴正方向，位移方向为沿y轴正方向，加速度方向应沿y轴负方向，故D错误．‎ ‎[答案]　BC ‎【题组过关】‎ 考向一　简谐运动 ‎1.如图，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动．以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为y＝0.1·sin (2.5πt) m．t＝0时刻，一小球从距物块h高处自由落下；t＝0.6 s时，小球恰好与物块处于同一高度．取重力加速度的大小g＝10 m/s2.以下判断正确的是(　　)‎ A．h＝1.7 m B．简谐运动的周期是0.8 s C．0.6 s内物块运动的路程为0.2 m D．t＝0.4 s时，物块与小球运动方向相反 解析：选AB.由物块简谐运动的表达式y＝0.1sin (2.5πt) m知，ω＝2.5π rad/s，T＝＝ s＝0.8 s，选项B正确；t＝0.6 s时，y＝－0.1 m，对小球：h＋|y|＝gt2，解得h＝1.7 m，选项A正确；物块0.6 s内路程为0.3 m，t＝0.4 s时，物块经过平衡位置向下运动，与小球运动方向相同．故选项C、D错误.‎ ‎2．(2018·浙江选考4月)两列频率相同、振幅均为A的简谐横波P、Q分别沿＋x和－x轴方向在同一介质中传播，两列波的振动方向均沿y轴．某时刻两波的波面如图所示，实线表示P波的波峰、Q波的波谷；虚线表示P波的波谷、Q波的波峰．a、b、c为三个等间距的质点，d为b、c中间的质点．下列判断正确的是(　　)‎ A．质点a的振幅为2A B．质点b始终静止不动 C．图示时刻质点c的位移为0‎ D．图示时刻质点d的振动方向沿－y轴 - 17 -‎ 解析：选CD.质点a和c是波峰与波谷相遇处，振动减弱，振幅为两波振幅差即为零，故a，c此时位移为零，A错，C正确，质点b振动加强，振幅为2A，B错，图示时刻，d点为两振动的叠加，P波在d点向下振动，Q波在d点向下振动，故合振动方向向下，D正确．‎ 考向二　振动图象 ‎3．一个质点做简谐运动的图象如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A．质点振动的频率为4 Hz B．在10 s内质点经过的路程是20 cm C．在5 s末，质点的速度为零，加速度最大 D．t＝1.5 s和t＝2.5 s两个时刻质点的位移和速度方向都相反 解析：选BC.由图象可知，质点振动的周期为4 s，故频率为0.25 Hz，选项A错误；在10 s内质点振动了2.5个周期，经过的路程是10A＝20 cm，选项B正确；在5 s末，质点处于正向最大位移处，速度为零，加速度最大，选项C正确；t＝1.5 s和t＝2.5 s两个时刻的速度方向相同，故D错误．‎ ‎4．有一个在y方向上做简谐运动的物体，其振动图象如图所示．下列关于图甲、乙、丙、丁的判断不正确的是(选项中v、F、a分别表示物体的速度、受到的回复力和加速度)(　　)‎ A．甲可作为该物体的v－t图象 B．乙可作为该物体的F－t图象 C．丙可作为该物体的F－t图象 D．丁可作为该物体的a－t图象 解析：选ABD.因为F＝－kx，a＝－，故图丙可作为F－t、a－t图象；而v随x增大而减小，故v－t图象应为图乙．‎ - 17 -‎ 考向三　受迫振动和共振 ‎5.如图所示，A球振动后，通过水平细绳迫使B、C振动，振动达到稳定时，下列说法中正确的是(　　)‎ A．只有A、C振动周期相等 B．C的振幅比B的振幅小 C．C的振幅比B的振幅大 D．A、B、C的振动周期相等 解析：选CD.A振动后，水平细绳上驱动力的周期TA＝2π ，迫使B、C做受迫振动，受迫振动的频率等于施加的驱动力的频率，所以TA＝TB＝TC，而TC固＝2π ＝TA，TB固＝2π ＞TA，故C共振，B不共振，C的振幅比B的振幅大，所以C、D正确．‎ ‎6．如图所示，曲轴上挂一个弹簧振子，转动摇把，曲轴可带动弹簧振子上下振动．开始时不转动摇把，让振子自由振动，测得其频率为2 Hz.现匀速转动摇把，转速为240 r/min.则(　　)‎ A．当振子稳定振动时，它的振动周期是0.5 s B．当振子稳定振动时，它的振动频率是4 Hz C．当转速增大时，弹簧振子的振幅增大 D．振幅增大的过程中，外界对弹簧振子做正功 解析：选BD.摇把匀速转动的频率f＝n＝ Hz＝4 Hz，周期T＝＝0.25 s，当振子稳定振动时，它的振动周期及频率均与驱动力的周期及频率相等，A错误，B正确．当转速减小时，其频率将更接近振子的固有频率2 Hz，弹簧振子的振幅将增大，C错误．外界对弹簧振子做正功，系统机械能增大，振幅增大，故D正确．‎ ‎　机械波及其图象 ‎ 【重难提炼】‎ - 17 -‎ ‎　如图所示是一列简谐波在t＝0时刻的波形图，介质中的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y＝10·sin 5πt cm.关于这列简谐波，下列说法中正确的是(　　)‎ A．这列简谐波的振幅为10 cm B．这列简谐波的周期为5.0 s C．这列简谐波沿x轴正向传播 D．这列简谐波在介质中的传播速度为25 cm/s ‎[答案]　AC ‎【题组过关】‎ 考向一　波的形成与传播 ‎1．由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播．波源振动的频率为20 Hz，波速为16 m/s.已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧，且P、Q和S的平衡位置在一条直线上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8 m、14.6 m．P、Q开始振动后，下列判断正确的是(　　)‎ A．P、Q两质点运动的方向始终相同 B．P、Q两质点运动的方向始终相反 C．当S恰好通过平衡位置时，P、Q两点也正好通过平衡位置 D．当S恰好通过平衡位置向上运动时，P在波峰 解析：选BD.由v＝λf可知，波的波长为λ＝＝0.8 m，xPS＝λ，xQS＝λ，根据波传播的周期性可知，P、Q两质点的振动情况正好相反，即运动方向始终相反，A项错误，B项正确；距离相差半波长整数倍的两点，同时通过平衡位置，而P、Q两质点与S - 17 -‎ 的距离不为半波长的整数倍，C项错误；由波的传播特点知，波源经过平衡位置向上运动时，距其λ的点在波峰位置，D项正确．‎ ‎2.如图，a、b、c、d是均匀介质中x轴上的四个质点，相邻两点的间距依次为2 m、4 m和6 m．一列简谐横波以2 m/s的波速沿x轴正向传播，在t＝0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t＝3 s时a第一次到达最高点．下列说法正确的是(　　)‎ A．在t＝6 s时刻波恰好传到质点d处 B．在t＝5 s时刻质点c恰好到达最高点 C．质点b开始振动后，其振动周期为4 s D．在4 s

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