2019年高考物理備考 中等生百日捷進(jìn)提升系列 專題16 機(jī)械振動和機(jī)械波(含解析).docx
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專題16 機(jī)械振動和機(jī)械波 第一部分名師綜述 綜合分析近幾年的高考物理試題發(fā)現(xiàn),試題在考查主干知識的同時(shí),注重考查的基本概念和基本規(guī)律。 考綱要求 (1)知道簡諧運(yùn)動的概念,理解簡諧運(yùn)動的表達(dá)式和圖象;知道什么是單擺,知道在擺角較小的情況下單擺的運(yùn)動是簡諧運(yùn)動,熟記單擺的周期公式;理解受迫振動和共振的概念,掌握產(chǎn)生共振的條件. (2) 知道機(jī)械波的特點(diǎn)和分類;掌握波速、波長和頻率的關(guān)系,會分析波的圖象.3.理解波的干涉、衍射現(xiàn)象和多普勒效應(yīng),掌握波的干涉和衍射的條件. 命題規(guī)律 (1)考查的熱點(diǎn)有簡諧運(yùn)動的特點(diǎn)及圖象;題型以選擇題和填空題為主,難度中等偏下,波動與振動的綜合也有計(jì)算題的形式考查。 (2)考查的熱點(diǎn)有波的圖象以及波長、波速、頻率的關(guān)系題型以選擇題和填空題為主,難度中等偏下,波動與振動的綜合也有計(jì)算題的形式考查. 第二部分知識背一背 (1)簡諧運(yùn)動的特征 ①動力學(xué)特征:F=-kx. ②運(yùn)動學(xué)特征:x、v、a均按正弦或余弦規(guī)律發(fā)生周期性變化(注意v、a的變化趨勢相反). ③能量特征:系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,振幅A不變. ⑤簡諧運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)表達(dá)式:x=Asin (ωt+φ),其中A代表振幅,ω=2πf表示簡諧運(yùn)動的快慢,(ωt+φ)代表簡諧運(yùn)動的相位,φ叫做初相。 (2)單擺 ①視為簡諧運(yùn)動的條件:擺角小于5. ②周期公式: ③單擺的等時(shí)性:單擺的振動周期取決于擺長l和重力加速度g,與振幅和振子(小球)質(zhì)量都沒有關(guān)系. (3)受迫振動與共振 ①受迫振動:系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的振動.做受迫振動的物體,它的周期(或頻率)等于驅(qū)動力的周期(或頻率),而與物體的固有周期(或頻率)無關(guān). ②共振:做受迫振動的物體,它的固有頻率與驅(qū)動力的頻率越接近,其振幅就越大,當(dāng)二者相等時(shí),振幅達(dá)到最大,這就是共振現(xiàn)象. ③共振曲線如圖所示。 (4)機(jī)械波的形成條件:①波源;②介質(zhì). (5)機(jī)械波的特點(diǎn) ①機(jī)械波傳播的只是振動的形式和能量,質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做簡諧運(yùn)動,并不隨波遷移. ②介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同,振動周期和頻率都與波源的振動周期和頻率相同. ③各質(zhì)點(diǎn)開始振動(即起振)的方向均相同. ④一個周期內(nèi),質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動,通過的路程為4A,位移為零. (6)波長、波速、頻率及其關(guān)系 ①波長:在波動中,振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離,用λ表示. ②波速:波在介質(zhì)中的傳播速度.由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定;波速的計(jì)算公式:v=λT或。 ③頻率:由波源決定,等于波源的振動頻率. ④波長、波速和頻率的關(guān)系:v=fλ. ⑤特別提醒 1.機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),頻率不變,波速、波長都改變. (7)波的干涉和衍射 ①產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件:頻率相同的兩列同性質(zhì)的波相遇. ②現(xiàn)象:兩列波相遇時(shí),某些區(qū)域振動總是加強(qiáng),某些區(qū)域振動總是減弱,且加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)互相間隔. ③對兩個完全相同的波源產(chǎn)生的干涉來說,凡到兩波源的路程差為一個波長整數(shù)倍時(shí),振動加強(qiáng);凡到兩波源的路程差為半個波長的奇數(shù)倍時(shí),振動減弱. ④產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:障礙物或孔(縫)的尺寸跟波長差不多,或者比波長更小. (8)多普勒效應(yīng) ①波源不動:觀察者向波源運(yùn)動,接收頻率增大;觀察者背離波源運(yùn)動,接收頻率減小 ②觀察者不動:波源向觀察者運(yùn)動,接收頻率增大;波源背離觀察者運(yùn)動,接收頻率減小 當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí),觀察者接收到的頻率變大,當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí),觀察者接收到的頻率變小。 第三部分技能+方法 一、簡諧運(yùn)動的圖象及運(yùn)動規(guī)律 振動圖象的信息: ①由圖象可以知道振幅、周期。 ②可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移。 ④可以根據(jù)圖象確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)回復(fù)力、加速度和速度的方向。 特別提醒:回復(fù)力和加速度的方向:因回復(fù)力總是指向平衡位置,故回復(fù)力和加速度在圖象上總是指向t軸;速度的方向:速度的方向可以通過下一時(shí)刻位移的變化來判定,下一時(shí)刻位移如增加,振動質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是遠(yuǎn)離t軸,下一時(shí)刻位移如減小,振動質(zhì)點(diǎn)的速度方向就是指向t軸。 ⑤規(guī)律總結(jié): (a)大小變化規(guī)律:位移、回復(fù)力、加速度三個物理量同步變化,與速度的變化步調(diào)相反. (b)方向變化規(guī)律:各矢量在其值為零時(shí)改變方向,其中速度在最大位移處改變方向,位移、回復(fù)力、加速度在平衡位置改變方向. 二、簡諧運(yùn)動的“三性” ①簡諧運(yùn)動的對稱性:做簡諧運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn),在距平衡位置等距離的兩點(diǎn)上時(shí),具有大小相等的速度和加速度. ②簡諧運(yùn)動的多解性:做簡諧運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn),在運(yùn)動上是一個變加速運(yùn)動,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動相同的路程所需的時(shí)間不一定相同,它是一個周期性的運(yùn)動.若運(yùn)動的時(shí)間與周期的關(guān)系存在整數(shù)倍的關(guān)系,則質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的路程就不會是唯一的. ③簡諧運(yùn)動的周期性:位移和速度均大小相等、方向相反的兩個時(shí)刻之間的時(shí)間為半個周期的奇數(shù)倍;位移和速度均相同的兩個時(shí)刻間的時(shí)間為周期的整數(shù)倍. 三、解答有關(guān)振動圖象的題目時(shí),要注意: ①將圖象與題目中振子的運(yùn)動情景結(jié)合起來. ②從圖象中找到一些有用的信息,如振幅、周期、各時(shí)刻的位移等. ③將圖象所表現(xiàn)的信息與振子運(yùn)動的幾個特點(diǎn)結(jié)合起來,如振子的對稱性、周期性. 四、自由振動、受迫振動和共振的關(guān)系比較 振動 項(xiàng)目 自由振動 受迫振動 共振 受力情況 僅受回復(fù)力 受驅(qū)動力作用 受驅(qū)動力作用 振動周期或頻率 由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定,即固有周期T0或固有頻率f0 由驅(qū)動力的周期或頻率決定,即T=T驅(qū)或f=f驅(qū) T驅(qū)=T0或f驅(qū)=f0 振動能量 振動物體的機(jī)械能不變 由產(chǎn)生驅(qū)動力的物體提供 振動物體獲得的能量最大 常見例子 彈簧振子或單擺 (θ≤5) 機(jī)械工作時(shí)底座發(fā)生的振動 共振篩、聲音的共鳴等 五、質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向的互判方法 ①上下坡法 沿波的傳播方向看,“上坡”的點(diǎn)向下運(yùn)動,“下坡”的點(diǎn)向上運(yùn)動,簡稱“上坡下,下坡上”,如圖所示. ②帶動法 如圖所示,在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近的圖象上另找一點(diǎn)P′,若P′在P上方,則P向上運(yùn)動,若P′在P下方,則P向下運(yùn)動. ③微平移法 原理:波向前傳播,波形也向前平移. 方法:作出經(jīng)微小時(shí)間Δt后的波形,如圖8虛線所示,就知道了各質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過Δt時(shí)間到達(dá)的位置,也就知道了此刻質(zhì)點(diǎn)的振動方向,可知圖中P點(diǎn)振動方向向下. 六、振動圖象與波動圖象 振動圖象 波動圖象 研究對象 一振動質(zhì)點(diǎn) 沿波傳播方向的所有質(zhì)點(diǎn) 研究內(nèi)容 一質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律 某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律 圖象 物理意義 表示同一質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移 表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移 圖象信息 (1)質(zhì)點(diǎn)振動周期 (2)質(zhì)點(diǎn)振幅 (3)某一質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移 (4)各時(shí)刻速度、加速度的方向 (1)波長、振幅 (2)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移 (3)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的加速度方向 (4)傳播方向、振動方向的互判 圖象變化 隨時(shí)間推移,圖象延續(xù),但已有形狀不變 隨時(shí)間推移,波形沿傳播方向平移 一完整曲線占橫坐標(biāo)的距離 表示一個周期 表示一個波長 七、波的干涉、衍射、多普勒效應(yīng) ①波的干涉中振動加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的判斷 某質(zhì)點(diǎn)的振動是加強(qiáng)還是減弱,取決于該點(diǎn)到兩相干波源的距離之差Δx. (a)當(dāng)兩波源振動步調(diào)一致時(shí) 若Δx=nλ(n=0,1,2,…),則振動加強(qiáng); 若Δx=(2n+1) (n=0,1,2,…),則振動減弱. (b)當(dāng)兩波源振動步調(diào)相反時(shí) 若Δx=(2n+1) (n=0,1,2,…),則振動加強(qiáng); 若Δx=nλ(n=0,1,2,…),則振動減弱. ②波的衍射現(xiàn)象是指波能繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不大或者小于波長. 八、波的多解問題的處理方法 ①造成波動問題多解的主要因素有 (a)周期性:時(shí)間周期性:時(shí)間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確;空間周期性:波傳播距離Δx與波長λ的關(guān)系不明確. (b)雙向性:傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定;振動方向雙向性:質(zhì)點(diǎn)振動方向不確定. ②解決波的多解問題的思路 一般采用從特殊到一般的思維方法,即找出一個周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系Δt或Δx,若此關(guān)系為時(shí)間,則t=nT+Δt(n=0,1,2…);若此關(guān)系為距離,則x=nλ+Δx(n=0,1,2…). 第四部分基礎(chǔ)練+測 1.如圖所示,實(shí)線是一列簡諸橫波在t1時(shí)刻的波形圖,M是平衡位置距O點(diǎn)5m的質(zhì)點(diǎn),虛線是t2=(t1+0.2)s時(shí)刻的波形圖。下列說法中,正確的是_____ A.該波遇到長度為3米的障礙物時(shí)將會發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象 B.波速可能為20m/s C.該波的周期可能為0.6s D.若波速為35m/s,該波一定沿著x軸負(fù)方向傳播 E. 若波速為15m/s,從t1到t2時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)M運(yùn)動的路程為60cm 【答案】 ADE 【解析】 【詳解】 因該波的波長為λ=4m,則該波遇到長度為3米的障礙物時(shí)將會發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)A正確;若波向右傳播,則v=4n+10.2m/s=(20n+5)m/s,T=λv=420n+5s(n=0、1、2、3…..);若波向左傳播,則v=4n+30.2m/s=(20n+15)m/s,T=λv=420n+15s(n=0、1、2、3…..);可知波速不可能為20m/s,周期不可能為0.6s,選項(xiàng)BC錯誤;由v=(20n+15)m/s可知,當(dāng)n=1時(shí),v=35m/s,則若波速為35m/s,該波一定沿著x軸負(fù)方向傳播,選項(xiàng)D正確;若波速為15m/s,則波向左傳播,此時(shí)T=T=λv=415s,則從t1到t2時(shí)刻,即經(jīng)過t=0.2s=34T,質(zhì)點(diǎn)M運(yùn)動的路程為2A=60cm,選項(xiàng)E正確. 2.有位游客在海岸邊觀光,此時(shí)他發(fā)現(xiàn)海面上吹起了波浪,他通過觀察岸邊某一浮標(biāo)的振動,畫出了浮標(biāo)從某一時(shí)刻計(jì)時(shí)開始的振動圖象,設(shè)該時(shí)刻t=0,如圖所示。他同時(shí)以身邊的浮標(biāo)為原點(diǎn),從t=0時(shí)刻開始計(jì)時(shí),畫出了在t=4 s時(shí)的部分水波圖象,如圖所示。則下列說法中正確的是______________。 A.波的傳播周期為4 s B.該列水波傳播方向是沿x軸的正方向傳播 C.水波波速大小為v=4 m/s D.根據(jù)題目中的條件求不出水波傳播的速度 E. 若現(xiàn)在以圖2中的波形為計(jì)時(shí)的起點(diǎn),那么當(dāng)質(zhì)點(diǎn)A第一次達(dá)到波峰時(shí),質(zhì)點(diǎn)B離平衡位置的距離為s=0.2 m 【答案】 ABE 【解析】 【詳解】 由題圖1可知波的振動周期為T=4 s,故A正確;由題圖1可知在t=4 s時(shí)浮標(biāo)沿y軸負(fù)向振動,由波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動方向的關(guān)系知,此時(shí)水波正沿x軸的正方向傳播,故B正確;由題圖2可知,水波的波長為1.50=4 m,水波傳播的波速為v=λT=1?m/s,故CD錯誤。若現(xiàn)在以題圖2中的波形為計(jì)時(shí)的起點(diǎn),此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A是向上振動,質(zhì)點(diǎn)B是向下振動。經(jīng)2 s后質(zhì)點(diǎn)A到達(dá)波峰,此時(shí)質(zhì)點(diǎn)B恰好達(dá)到波谷,故此時(shí)質(zhì)點(diǎn)B離平衡位置的距離為s=20 cm=0.2 m,故E正確 3.如圖甲所示,上端固定的彈簧振子在豎直方向上做簡諧運(yùn)動,當(dāng)振子到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),彈簧處于原長。選取向上為正方向,彈簧振子的振動圖像如圖乙所示。則下列說法中正確的是_____ A.彈簧的最大伸長量為0.1 m B.彈簧振子的振動頻率為2 Hz C.在1-1.5 s內(nèi),彈簧振子的動能逐漸減小 D.在0-0.5 s內(nèi),彈簧振子的加速度逐漸減小 E. 在l.5-2.0 s內(nèi),彈簧振子的彈性勢能逐漸減小 【答案】 ACE 【解析】 【詳解】 A.由振動圖像可知,彈簧的最大伸長量為0.1m,故A正確; B. 由振動圖像可知,彈簧振子的振動周期為2s,頻率f=1/T=0.5Hz,故B錯誤; C. 在1-1.5 s內(nèi),彈簧振子由平衡位置向負(fù)的最大位移運(yùn)動,動能逐漸減小,故C正確; D. 在0-0.5 s內(nèi),彈簧振子由平衡位置向正的最大位移運(yùn)動,根據(jù)f=-kx,彈簧振子的回復(fù)力逐漸增大,加速度逐漸增大,故D錯誤; E. 在l.5-2.0 s內(nèi),彈簧振子由負(fù)的最大位移向平衡位置運(yùn)動,彈簧形變量逐漸減小,彈性勢能逐漸減小,故E正確。 故選:ACE 4.如圖所示為一列簡諧橫波在0時(shí)刻的波形圖,已知波向x軸正方向傳播,且波速為2 m/s,圖中質(zhì)點(diǎn)P的位移為2 cm。以下說法正確的是__________ A.波源的振動周期為1 s B.0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P的速度增大 C.在0時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)P的加速度比平衡位置x=1 m的質(zhì)點(diǎn)的加速度大 D.質(zhì)點(diǎn)P比平衡位置x=1.5 m的質(zhì)點(diǎn)先回到平衡位置 E. 再過20 s,質(zhì)點(diǎn)P的路程等于3.2 m 【答案】 ACE 【解析】 【詳解】 波長為2 m,波速為2 m/s,根據(jù)公式λ=vT,T=1 s,A正確。由于波向右傳播,“上坡下下坡上”,P質(zhì)點(diǎn)位于下坡,故它正遠(yuǎn)離平衡位置,速度變小,B錯誤?;貜?fù)力正比于離開平衡位置的位移,加速度正比于回復(fù)力,故C正確。P質(zhì)點(diǎn)0時(shí)刻正向遠(yuǎn)離平衡位置,它回到平衡位置的時(shí)間要大于四分之一個周期,而平衡位置x=1.5 m的質(zhì)點(diǎn)正在波谷,只需要四分之一個周期即回到平衡位置,故D錯誤。質(zhì)點(diǎn)一個周期的路程為四倍振幅,20 s即為20個周期,路程等于80個振幅,即3.2 m,E正確. 5.一列簡諧橫波沿x軸傳播,t=0時(shí)的波形如圖所示,質(zhì)點(diǎn)A與質(zhì)點(diǎn)B相距2m,質(zhì)點(diǎn)A的速度沿y軸正方向:t=0.01s時(shí),質(zhì)點(diǎn)A第一次到達(dá)正向最大位移處,由此可知; A.此波的傳播速度為100m/s B.此波沿x軸負(fù)方向傳播 C.此波沿x軸正方同傳播 D.從t=0時(shí)刻起,經(jīng)0.04s質(zhì)點(diǎn)A沿波的傳播方向遷移了4m E. 在t=0.02s時(shí),質(zhì)點(diǎn)B處在平衡位置,速度沿y軸正方向 【答案】 ABE 【解析】 【詳解】 A、由題可知λ=4m,T=0.04s,則波速v=λT=100m/s,故選項(xiàng)A正確; BC、A點(diǎn)速度沿y軸正方向,則波沿x軸負(fù)方向傳播,故選項(xiàng)B正確,C錯誤; D、簡諧橫波沿x軸傳播,質(zhì)點(diǎn)A沿波傳播方向并不遷移,故選項(xiàng)D錯誤; E、在t=0.02s=12T時(shí),質(zhì)點(diǎn)B處在平衡位置,速度沿y軸正方向,故選項(xiàng)E正確; 6.一列橫波沿x軸正方向傳播,在t=0時(shí)刻的波形曲線如圖所示。已知這列波的質(zhì)點(diǎn)P從t=0時(shí)刻起第一次達(dá)到波峰的時(shí)間為0.6s,質(zhì)點(diǎn)PQ的坐標(biāo)分別為(1,0)和(7,0),則有( ?。? A.這列波的頻率為1.25Hz B.這列波的波長為5m C.這列波的傳播速度為6.25m/s D.當(dāng)=0.8s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P的位移x=0 E. 質(zhì)點(diǎn)Q到達(dá)波峰時(shí),質(zhì)點(diǎn)P恰好到達(dá)波谷 【答案】 ADE 【解析】 【詳解】 波沿x軸正方向傳播,由傳播方向與振動方向的關(guān)系可知t=0時(shí)刻P振動的方向向下,則P質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過3T4=0.6s第一次到達(dá)波峰,所以可知周期為0.8s,波的頻率為:f=1T=10.8=1.25Hz,故A正確;從波形圖象可知此波的波長是4m,故B錯誤;波速為:v=λT=40.8m/s=5m/s,故C錯誤;在t=0時(shí)刻P在平衡位置,經(jīng)0.8s即一個周期回到原位置,故D正確;P、Q兩質(zhì)點(diǎn)相距6m,即32個波長,P、Q兩質(zhì)點(diǎn)振動步調(diào)相反,故E正確。 7.一個質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動的圖象如圖所示,下列說法正確的是() A.質(zhì)點(diǎn)振動頻率為4Hz B.在10s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過的路程是20cm C.在5s末,質(zhì)點(diǎn)的速度為零,加速度最大 D.t=1.5s和t=4.5s兩時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移大小相等,都是2cm E. 質(zhì)點(diǎn)的速度v隨時(shí)間t的變化規(guī)律v=2πcosπtcm/s 【答案】 BCD 【解析】 【詳解】 由圖讀出周期為T=4s,則頻率為f=1/T=0.25Hz.故A錯誤。質(zhì)點(diǎn)在一個周期內(nèi)通過的路程是4個振幅,t=10s=2.5T,則在10s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過的路程是S=2.54A=102cm=20cm。故B正確。在5s末,質(zhì)點(diǎn)位于正向最大位移處,速度為零,加速度最大。故C正確。t=1.5s和t=4.5s兩時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移大小相等,都是x=Asin45°=222cm=2cm,選項(xiàng)D正確;因質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化規(guī)律為x=Asin2πTt(cm)=2sinπ2t(cm),則質(zhì)點(diǎn)的速度v隨時(shí)間t的變化規(guī)律為v=πcosπ2t(cm/s),選項(xiàng)E錯誤. 8.如圖所示,甲圖是一列沿x軸正方向傳播的橫波在2s時(shí)的波動圖象,乙圖是該波上某質(zhì)點(diǎn)從零時(shí)刻起的振動圖象,a、b是介質(zhì)中平衡位置為x1=3m和x2=5m的兩個質(zhì)點(diǎn),下列說法正確的是(填正確答案標(biāo)號。選對1個得2分,選對2個得4分,選對3個得5分。每選錯1個扣3分,最低得分為0分) A.該波的波速是2m/s B.在0~4s內(nèi),a質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的路程為20cm C.在t=2s時(shí)刻,a、b兩質(zhì)點(diǎn)的速度相同 D.若該波在傳播過程中遇到頻率為0.25Hz的另一橫波時(shí),可能發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 E. x=100m處的觀察者向x軸負(fù)方向運(yùn)動時(shí),接收到該波的頻率一定為0 25Hz 【答案】 ABD 【解析】 【詳解】 由波動圖像可知波長λ=8m,振動圖像知T=4s,因此波速v=λT=84=2s。故A正確,4s內(nèi)a質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動了一個周期,通過的路程為4個振幅S=45=20cm,故B正確;由波的振動圖像的特點(diǎn)“上坡下振,下坡上振”可知a質(zhì)點(diǎn)向y軸正方向運(yùn)動,b質(zhì)點(diǎn)向y軸負(fù)方向運(yùn)動,故C錯誤;該波的頻率f=1T=0.25Hz,由穩(wěn)定干涉的條件為兩列波的頻率相同,因此遇見0.25Hz的橫波時(shí)會發(fā)生穩(wěn)定的干涉,故D正確;由多普勒效應(yīng)可知當(dāng)觀察者靠近波源時(shí)頻率變大,因此接收到的頻率大于0.25HZ,故E錯誤。 9.關(guān)于機(jī)械振動,下列說法正確的是 A.某兩種機(jī)械波發(fā)生干涉時(shí),振動加強(qiáng)點(diǎn)的位移始終處于最大 B.機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),波長和波速都發(fā)生變化,但頻率不會發(fā)生變化 C.只有波長比障礙物的尺寸小的時(shí)候才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 D.向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知得超聲波被血管中血液反射后又被儀器接收,測出反射波的頻率就能知道血流的速度,這種方法利用了多普勒效應(yīng) E. 波傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)與振源振動周期相同,是因?yàn)楦髻|(zhì)點(diǎn)的振動均可看做在其相鄰的前一質(zhì)點(diǎn)驅(qū)動力作用下的受迫振動 【答案】 BDE 【解析】 【詳解】 某兩種機(jī)械波發(fā)生干涉時(shí),振動加強(qiáng)點(diǎn)的振幅最大,但是位移時(shí)刻在變化,選項(xiàng)A錯誤;機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),波長和波速都發(fā)生變化,但頻率不會發(fā)生變化,選項(xiàng)B正確;只有波長比障礙物的尺寸大的時(shí)候才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)C錯誤;向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波被血管中血液反射后又被儀器接收,測出反射波的頻率就能知道血流的速度,這種方法利用了多普勒效應(yīng),選項(xiàng)D正確;波傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)與振源振動周期相同,是因?yàn)楦髻|(zhì)點(diǎn)的振動均可看做在其相鄰的前一質(zhì)點(diǎn)驅(qū)動力作用下的受迫振動,選項(xiàng)E正確. 10.下列說法正確的是_________ A.位移與時(shí)間關(guān)系符合正弦函數(shù)規(guī)律的運(yùn)動是最簡單、最基本的振動 B.只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多,或者比波長更小時(shí),才能發(fā)生衍射現(xiàn)象 C.光導(dǎo)纖維傳遞信息是利用了光的干涉原理 D.電磁波的接收是利用電諧振把有用的信號選擇出來 E. 狹義相對論中不同慣性參考系的物理規(guī)律是相同的 【答案】 ADE 【解析】 【詳解】 A、只要力與位移的大小成正比,方向相反,即為簡諧運(yùn)動,因此當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)規(guī)律,也滿足簡諧運(yùn)動,簡諧振動是最簡單、最基本的振動;故A正確. B、波長越長越容易發(fā)生衍射現(xiàn)象,因此波長為0.6m的水波比波長為0.5m的水波繞過0.8m的障礙時(shí)衍射現(xiàn)象更明顯;故B錯誤. C、光導(dǎo)纖維傳遞信息是利用了光的全反射原理;故C錯誤. D、使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧,把有用的信號從高頻電流中選擇還原出來的過程叫解調(diào),使用的是檢波器;故D正確. E、根據(jù)相對論的兩個基本假設(shè)可知,在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的;故E正確. 故選ADE. 11.如圖(a),一列簡諧橫波沿x軸傳播,實(shí)線和虛線分別為t1=0時(shí)刻和t2時(shí)刻的波形圖,P、Q分別是平衡位置為x1=l.0m和x2=4.0m的兩質(zhì)點(diǎn)。圖(b)為質(zhì)點(diǎn)O的振動圖像,求: (1)波的傳播速度和t2的大?。? (2)質(zhì)點(diǎn)P的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式。 【答案】(1)40m/s;Δt=0.2n+0.05(n=0、1、2、3……)(2)y=10sin(10πt+3π4)cm 【解析】 【詳解】 (1)由圖可知波長:λ=8m,質(zhì)點(diǎn)振動的周期:T=0.2s 傳播速度v=λT=40m/s 結(jié)合圖像可知,橫波沿x正向傳播, 故t1=0和t2=△t時(shí)刻:nλ+2=vΔt解得Δt=0.2n+0.05(n=0、1、2、3……) (2)質(zhì)點(diǎn)P做簡諧振動的位移表達(dá)式:y=Asin(2πTt+φ) 由圖可知A=10cm,t=0時(shí)y=52cm且向-y方向運(yùn)動, 解得y=10sin(10πt+3π4)cm 12.圖為均勻介質(zhì)中沿x軸正向傳播的簡諧橫波的波動圖像,t=0時(shí)刻,振動恰好傳播到x=5m處,P是平衡位置在x=10m處的質(zhì)點(diǎn)。已知該簡諧橫波的傳播速度大小為2m/s,求: (i)簡諧橫波的波長λ、周期T; (ⅱ)質(zhì)點(diǎn)P的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式 【答案】(1)λ=4m,T=2s (2)y=6sinπ(t-2.5)cm 【解析】 【詳解】 解:(i)由波動圖像知簡諧橫波的波長:λ=4m 周期:T=λv=42s=2s (ⅱ)從t=0時(shí)刻開始,經(jīng)過時(shí)間Δt=xv=10-52s=2.5s波動傳到點(diǎn) 所以,質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式:y=Asinω(t-t0)=6sinπ(t-2.5)cm 13.一列簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿x軸正方向傳播,波源位于坐標(biāo)原點(diǎn),在t=0時(shí)刻波源開始振動,在t=3s時(shí)刻的波形如圖所示.求: ①該波沿x方向傳播的速度; ②7s內(nèi)x=2m處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的路程. 【答案】①1m/s ②50cm 【解析】 【詳解】 解:①根據(jù)v=ΔxΔt=3m3s=1m/s ②由圖34λ=3m,λ=4m 周期T=λv=41s=4s 經(jīng)2s位于x=2m質(zhì)點(diǎn)開始起振 實(shí)際振動時(shí)間t=5s=T+T4 所以x=2m質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的路s=4A+A=5A=50cm 14.有一列簡諧橫波沿著x軸正方向傳播,波源位于原點(diǎn)O的位置,P、Q是x軸上的兩個點(diǎn),P點(diǎn)距離原點(diǎn)O的距離為3m,Q點(diǎn)距離原點(diǎn)O的距離為4m。波源在某時(shí)刻開始起振,起振方向沿y軸正方向,波源起振4s后,位于P處的質(zhì)點(diǎn)位移第一次達(dá)到最大值2m,再經(jīng)過3s,位于Q處的質(zhì)點(diǎn)第一次達(dá)到負(fù)的最大位移-2m。求: ①波長和波速; ②波源起振20s時(shí),平衡位置距離O點(diǎn)為5m的質(zhì)點(diǎn)R的位移和該20s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)R運(yùn)動的路程。 【答案】(1)1m/s;4m (2)-2m;30m 【解析】 【詳解】 解:(1)由題意可知,P點(diǎn)從開始振動到第一次到達(dá)波峰的時(shí)間為T4 故波傳到A點(diǎn)的時(shí)間為:Δt1=t1-T4=4-T4 則有:3=v(4-T4) 同理,B點(diǎn)從開始振動到第一次到達(dá)波谷的時(shí)間為3T4 故波傳到B點(diǎn)的時(shí)間為:Δt2=t2--3T4=7-3T4 則有:4=v(7-3T4) 聯(lián)立解得:T=4s,v=1m/s 波長:λ=vT=4m (2)距離O點(diǎn)為5m的質(zhì)點(diǎn)R第一次向上振動的時(shí)刻為:t3=x3v=5s 波源起振20s時(shí),質(zhì)點(diǎn)R已振動了:t4=20-5s=15s=334T 因此波源起振20s時(shí)質(zhì)點(diǎn)R在波谷,位移:y=-2m 波源起振20s質(zhì)點(diǎn)R運(yùn)動的路程:s=30m 15.如圖所示,在x=0處的質(zhì)點(diǎn)O在垂直于x軸方向上做簡諧運(yùn)動,形成沿x軸正方向傳播的機(jī)械波。在t=0時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)O開始從平衡位置向上運(yùn)動,經(jīng)0.4 s第一次形成圖示波形,P是平衡位置為x=0.5 m處的質(zhì)點(diǎn). (1)位于x=5 m處的質(zhì)點(diǎn)B第一次到達(dá)波峰位置時(shí),求位于x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)A通過的總路程。 (2)若從圖示狀態(tài)開始計(jì)時(shí),至少要經(jīng)過多少時(shí)間,P、A兩質(zhì)點(diǎn)的位移(y坐標(biāo))才能相同? 【答案】(1)20 cm(2)0.05 s 【解析】 【詳解】 (1)結(jié)合題圖可分析出,該機(jī)械波的傳播周期為T=0.8s,波長為λ=4m,振幅A=5cm, 該機(jī)械波的波速為v=λT=5m/s 由圖可知,此時(shí)波峰在x=1m處,當(dāng)波峰傳播到x=5m處的B點(diǎn)時(shí),波向前傳播的距離為Δx=4m,所以質(zhì)點(diǎn)B第一次到達(dá)波峰位置所需要的時(shí)間Δt=Δxv=0.8s 由題意知,當(dāng)質(zhì)點(diǎn)B第一次到達(dá)波峰位置時(shí),質(zhì)點(diǎn)A恰好振動了一個周期,所以質(zhì)點(diǎn)A通過的總路程為s=4A=20cm; (2)角速度為:ω=2πT=5π2rad/s,從圖示狀態(tài)開始計(jì)時(shí) 質(zhì)點(diǎn)A做簡諧運(yùn)動的表達(dá)式為:yA=5sin5π2tcm 質(zhì)點(diǎn)P做簡諧運(yùn)動的表達(dá)式為:yP=5sin5π2t+3π4cm 要使P、A兩質(zhì)點(diǎn)的位移(y坐標(biāo))相同,即yA=y(tǒng)P,至少要經(jīng)過時(shí)間t應(yīng)滿足: 5π2t+5π2t+3π4=π,解得:t=0.05s。 16.從M、N兩點(diǎn)產(chǎn)生的兩列簡諧橫波在同一介質(zhì)中分別沿x軸向正方向和負(fù)方向傳播,振幅均A=20cm。t=0時(shí)兩列波剛好都傳播到坐標(biāo)原點(diǎn),波的圖象如圖所示,x=1m的質(zhì)點(diǎn)P的位移為10 cm。再經(jīng)?t=0.01s,坐標(biāo)原點(diǎn)的位移第一次變?yōu)?0 cm。求: (i)波的傳播速度和波源的振動頻率; (ii)之后M、N兩點(diǎn)之間所有振動減弱點(diǎn)的位置坐標(biāo) 【答案】(i)300m/s;25Hz(ii)振動減弱點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)分別為-3m與3m;-9m與9m。 【解析】 【詳解】 (i)由圖可知,M點(diǎn)產(chǎn)生的波向右傳播,N產(chǎn)生的波向左傳播,從圖中位置開始,都經(jīng)過T4時(shí)間第一個波峰都傳播到達(dá)O點(diǎn),坐標(biāo)原點(diǎn)的位移第一次變?yōu)?0cm即:△t=T4,所以:T=0.04s;角速度:ω=2πT;設(shè)波從N點(diǎn)到達(dá)P的時(shí)間為t,則由圖中幾何關(guān)系可得:A?sin(2π-ω?t)=10cm,其中:A=20cm,代入數(shù)據(jù)可得:t=1112T=11300s,則波從P點(diǎn)傳播到O點(diǎn)的時(shí)間:t′=T?t=112T,所以O(shè)P之間的距離:x=112λ,所以:λ=12m;該波的傳播速度:v=λT=120.04=300m/s;振動頻率:f=1T=10.04=25Hz (ii)由圖可知,M與N到O點(diǎn)的距離為一個波長,都是12m;MN之間的點(diǎn)到M與N的距離的差等于半波長的奇數(shù)倍時(shí),為振動的減弱點(diǎn);設(shè)該點(diǎn)到N的距離與到M的距離分別為x1和x2,則:|x1?x2|=(2n?1)?λ2<24m 可得當(dāng)n=1時(shí)|x1?x2|=12λ=6m 當(dāng)n=2時(shí)|x1?x2|=32λ=18m, 當(dāng)n=3時(shí)|x1?x2|=52λ=30m不符合條件。 結(jié)合對稱性可知,在NM之間有4個振動減弱的點(diǎn)。 當(dāng)n=1時(shí)|x1?x2|=12λ=6m,對應(yīng)的坐標(biāo)分別為-3m與3m; 當(dāng)n=2時(shí)|x1?x2|=32λ=18m,對應(yīng)的坐標(biāo)分別為-9m與9m。 17.如圖,一列簡諧橫波沿x軸傳播,實(shí)線為tl=0時(shí)刻的波形圖,虛線為t2=0.05 s時(shí)的波形圖。 (1)若波沿x軸正方向傳播且2T- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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