2023届高考物理二轮复习专题5第1讲振动与波课件

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核心归纳命题角度1　简谐运动的规律(1)位移:x=Asin(ωt+φ0)。(2)回复力:F=-kx。
命题角度2　简谐运动图像的理解和应用(1)简谐运动图像是对一个质点离开平衡位置的位移随时间变化的“录像”;(2)由图像可直接得出质点的振幅A、周期T、频率f、位移x,判断速度、加速度、回复力的方向,比较速度、加速度、回复力、动能和势能的大小。
深化拓展　简谐运动的五个特征
温馨提示以位移为桥梁分析简谐运动中各物理量的变化情况。
典例剖析例1(命题角度1、2)(2022山东曲阜期末)图甲、乙分别是a、b两个单摆在同一地点做简谐运动的图像,下列说法正确的是(　　)A.a、b两单摆的摆球的质量相等B.a、b两单摆的摆长之比为1∶2C.a单摆摆动的最大偏角大于b单摆摆动的最大偏角D.a、b两单摆摆动到最低点时,两摆球的向心加速度大小相等
对点训练1.(命题角度1、2)(2022山东淄博期末)如图甲所示,弹簧一端固定,另一端与物块B相连,B上放一个物块A,AB一起以O点为平衡位置,沿光滑水平面在M、N两点之间做简谐运动。取水平向右为正方向,物块的位移x与时间t的关系图像如图乙所示,下列描述正确的是(　　)A.t=1 s时,物块A的加速度最大,方向水平向右B.t=2 s时,物块A的速度最大,方向水平向右C.t=3 s时,物块A所受的摩擦力最大,方向水平向左D.物块A所受摩擦力也随时间做周期性的变化,周期为4 s
解析 t=1 s时,位移最大,则物块A的加速度最大,方向指向平衡位置,即水平向左,A错误;t=2 s时,物块A的速度最大,方向水平向左,B错误;t=3 s时,加速度向右最大,则物块A所受的摩擦力最大,方向水平向右,C错误;根据
2.(命题角度1)(多选)(2022湖南卷改编)下端附着重物的粗细均匀木棒,竖直浮在河面,在重力和浮力作用下,沿竖直方向做频率为1 Hz的简谐运动;与此同时,木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动,如图甲所示。以木棒所受浮力F为纵轴,木棒水平位移x为横轴建立直角坐标系,浮力F随水平位移x的变化如图乙所示。已知河水密度为ρ,木棒横截面积为S,重力加速度大小为g。
下列说法正确的是(　　)A.x从0.05 m到0.15 m的过程中,木棒的动能先增大后减小B.x从0.21 m到0.25 m的过程中,木棒加速度方向竖直向下,大小逐渐变小C.x=0.35 m和x=0.45 m时,木棒的速度大小相等,方向相反D.木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为
解析 由题图乙知,x从0.05 m到0.15 m过程中浮力变小,木棒从深处向上运动,越过平衡位置继续向上运动,木棒的动能先增大后减小,故A正确;x从0.21 m到0.25 m过程浮力变大,未过平衡位置,F合向下变小,加速度变小,故B正确;木棒同时参与了竖直方向和水平方向两个运动,x=0.35 m和x=0.45 m处只是竖直方向速度等大反向,故C错误;设木棒在竖直方向处于平衡位置
核心归纳命题角度1　机械波的形成与传播规律(1)介质中各质点的起振方向、振动频率和周期都和波源相同。 体现带动(2)波从一种介质进入另一种介质时,波长和波速改变,但频率和周期都不变。
温馨提示①介质中各质点随波振动,但并不随波迁移;②质点振动nT(n=0,1,2,3,…)时,波形不变;③由于波的周期性、波传播方向的双向性,波的传播问题易出现多解现象。
命题角度2　波的图像与振动图像(1)一分:分清振动图像与波的图像,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。温馨提示解答两种图像的综合问题时要注意区分波的传播位移和质点的振动位移。
命题角度3　波的干涉和衍射波的干涉和衍射是波特有的性质,波的干涉实质是波的叠加,同时要理解波的独立传播性原理。温馨提示发生干涉时,加强点始终加强,减弱点始终减弱;不同时刻加强点和减弱点的位移大小关系不确定。
典例剖析例2(命题角度1、2)(多选)(2022山东卷)一列简谐横波沿x轴传播,平衡位置位于坐标原点的质点振动图像如下图所示。当t=7 s时,简谐波的波形可能正确的是(　　)
对点训练3.(命题角度3)(多选)如图甲所示,同一介质中两个波源M和N相距l=6.0 m,起振后的振动图像分别如图乙和图丙所示。位于M、N之间的质点P到波源M的距离d=2.25 m。已知波源M产生的简谐横波的速度为v=50 m/s。
以下判断正确的是(　　)A.波源M产生的波的波长比波源N产生的波的波长长B.波源M产生的波刚传播到P点时,质点P向y轴正方向运动C.两列波叠加后,P点的振幅是9 cmD.两列波叠加后,M、N连线的中点处的振幅是9 cm
解析 介质决定波速,两波波速相等,v=50 m/s,分析题图可知,两波周期都是T=0.02 s,则波长均为λ=vT=1 m,选项A错误。分析题图乙可知,波源起振方向向上,则波传播到P点时,起振方向和波源一样,也是向上,选项B正确。分析题图丙可知,两波起振方向相反,P点到两波源的波程差为Δx=1.5 m,为半波长的奇数倍,P点为振动加强点,振幅为两波振幅之和,A=9 cm,选项C正确。同理,MN连线的中点为振动减弱点,振幅为两波振幅之差,A'=1 cm,选项D错误。
4.(命题角度1)(2022全国甲卷)一平面简谐横波以速度v=2 m/s沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图所示。介质中平衡位置在坐标原点的质点A在t=0时刻的位移y= cm。该波的波长为　　 m,频率为　　　　 Hz。t=2 s时刻,质点A　　(选填“向上运动”“速度为零”或“向下运动”)。 
答案 4　0.5　向下运动
5.(命题角度1、2)(2021海南卷)一列沿x轴正方向传播的简谐横波,其波源的平衡位置在坐标原点,波源在0~4 s内的振动图像如图甲所示,已知波的传播速度为0.5 m/s。(1)求这列横波的波长;(2)求波源在4 s内通过的路程;(3)在图乙中画出t=4 s时刻的波形图。
答案 (1)2 m(2)16 cm(3)见解析解析 (1)题图甲为波源的振动图像,则可知A=4 cm,T=4 s,由于波的传播速度为0.5 m/s,根据波长与速度关系得λ=vT=2 m。(2)由(1)可知波源的振动周期为4 s,则4 s内波源通过的路程为s=4A=16 cm。(3)在t=0时波源的起振方向向上,由于波速为0.5 m/s,则在4 s时根据x=vt=2 m,可知该波刚好传到2 m处,且波源刚好回到平衡位置,已知该波沿正方向传播,则可绘制出t=4 s时刻的波形图如下图所示。
情境解读涉及振动的STSE情境有共振方面的共振筛、公路减速带、军队便步过桥等,单摆周期方面的摆钟快慢的调节、力传感器测单摆周期或重力加速度;涉及波的STSE情境有波动方面的运动器材“战绳”、地震波,干涉方面的喇叭“啸叫”、消声器、水波的干涉现象以及多普勒效应的应用等。考向分析在新高考中这类新情境问题主要还是考查振动参量的变化规律、共振、单摆的周期公式、波的形成与传播规律、振动与波的图像关系、波的干涉、衍射、多普勒效应等。
案例探究例题(2022陕西延安模拟)一列简谐横波沿x轴方向传播,在t=0时刻的波形如图中实线所示,在t=0.2 s时刻的波形如图中虚线所示。(1)若这列波向右传播,波速最小是多少?若这列波向左传播,波速最小是多少?(2)若波向右传播,且周期大于1.5 s,则平衡位置在x=18 m处的质点,从t=0.2 s时开始,第一次到达波峰需要多长时间?
答案 (1)10 m/s　70 m/s (2)1.2 s
角度拓展 (2022辽宁葫芦岛模拟)如甲图所示,海洋生态自动监测浮标可用于监测水质和气象等参数。一列水波(视为简谐横波)沿海面传播,在波的传播方向上相距12 m的两处分别有A、B两浮标,两浮标随波上下运动,其中A的振动图像如图乙所示。当A运动到波峰时,B恰好运动到波谷。(1)A运动到波峰时,A的位移大小是多少?(2)A运动到波峰时,A、B之间只有一个波峰,这列水波的波长和传播速度的大小各是多少?