（天津专用）2020届高考物理一轮复习 专题八 机械振动和机械波课件

高考物理(天津市专用)专题八机械振动和机械波五年高考考点一匀变速直线运动A组自主命题·天津卷题组1.(2018天津理综,8,6分)一振子沿x轴做简谐运动,平衡位置在坐标原点。t=0时振子的位移为-0.1m,t=1s时位移为0.1m,则 ()A.若振幅为0.1m,振子的周期可能为 sB.若振幅为0.1m,振子的周期可能为 sC.若振幅为0.2m,振子的周期可能为4sD.若振幅为0.2m,振子的周期可能为6s2345答案AD本题考查简谐运动的多解问题。简谐运动的位移方程为x=Asin ,当振幅A=0.1m时,由t=0时x=-0.1m得θ=- ;由t=1s时x=0.1m有sin =1,则 - =2kπ+ (k=0,1,2,…),k=0时,T=2s;k=1时,T= s;k=2时,T= s。由以上分析可见,A项正确,B项错误。当振幅A=0.2m时,由t=0时x=-0.1m得θ=- 或θ=- ;若θ=- ,由t=1s时x=0.1m有sin = ,则当 - = 时,T=6s;当 - = π时,T=2s。同理,若θ=- ,则周期T最大值为2s。由以上分析可见C项错误,D项正确。2tθT222T2T222325656626T122T662T65656一题多解若振幅为0.1m,则有nT+ =1s,n=1时,T= s;n=2时,T= s,可见A对,B错。若振幅为0.2m,则下图反映振动的一种可能情况,由0.2sinθm=0.1m,得θ=30°,由此可知, = s,T=6s,故D正确。若振幅为0.2m,周期为4s,则在Δt=1s= 时间内,振子不可能从位移为-0.1m处运动到位移为0.1m处,故C错误。2T232512T124T疑难突破解多解问题的方法对于多解问题,一般先分析各种可能的情况,写出通式,然后再由通式得到各种可能的解。2.[2019课标Ⅱ,34(1),5分]如图,长为l的细绳下方悬挂一小球a,绳的另一端固定在天花板上O点处,在O点正下方 l的O'处有一固定细铁钉。将小球向右拉开,使细绳与竖直方向成一小角度(约为2°)后由静止释放,并从释放时开始计时。当小球a摆至最低位置时,细绳会受到铁钉的阻挡。设小球相对于其平衡位置的水平位移为x,向右为正。下列图像中,能描述小球在开始一个周期内的x-t关系的是 ()  34B组统一命题、省(区、市)卷题组答案A本题考查单摆问题中对单摆模型的理解及对周期公式的认识,体现出模型建构的素养。由单摆的周期公式T=2π 可知,单摆的摆长越大,周期越大,题中单摆在一个全振动中,当x0时摆长为l,T1=2π ;当x0时,摆长为 ,T2=π ,则T1=2T2,由机械能守恒定律可知,小球将运动到与初始位置等高的地方,由几何关系可知,当x0时,振幅变小,故A项正确。Lglg4llg解题关键将整个全振动分为x0与x0两种情况来分析,比较两种情况下的周期大小和振幅大小。3.[2019课标Ⅰ,34(1),5分](多选)一简谐横波沿x轴正方向传播,在t= 时刻,该波的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点。图(b)表示介质中某质点的振动图像。下列说法正确的是 () A.质点Q的振动图像与图(b)相同B.在t=0时刻,质点P的速率比质点Q的大C.在t=0时刻,质点P的加速度的大小比质点Q的大D.平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图(b)所示2TE.在t=0时刻,质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大答案CDE本题考查了机械振动及机械波图像的综合应用,考查了学生的综合分析能力,体现了物理观念中运动与相互作用的素养要素。由图(b)可知,在 时刻,该质点处于平衡位置且向y轴负方向运动,再从图(a)中利用“上下坡法”,结合波沿x轴正方向传播可知,在 时刻,质点Q在平衡位置且向y轴正方向运动,平衡位置在原点处的质点在平衡位置且向y轴负方向运动,所以A选项错误,D选项正确。分析可知,在t=0时刻,质点P位于波谷,此时质点P的速率为0,加速度最大,位移大小最大,但质点Q在平衡位置,速率最大,加速度为0,位移为0,所以B选项错误,C和E选项均正确。2T2T4.[2019江苏单科,13B(1)](多选)一单摆做简谐运动,在偏角增大的过程中,摆球的 ()A.位移增大B.速度增大C.回复力增大D.机械能增大答案AC本题考查了机械振动的基本规律,体现了科学推理的核心素养。做简谐运动的单摆在偏角增大过程中距平衡位置的位移x增大,选项A正确。速度减小,选项B错误。回复力F=-kx,随x增大,回复力增大,选项C正确。单摆在摆动过程中悬线拉力不做功,故摆球机械能守恒,选项D错误。解题关键简谐运动的位移是以平衡位置为位移的起点的。5.(2017北京理综,15,6分)某弹簧振子沿x轴的简谐运动图像如图所示,下列描述正确的是 () A.t=1s时,振子的速度为零,加速度为负的最大值B.t=2s时,振子的速度为负,加速度为正的最大值C.t=3s时,振子的速度为负的最大值,加速度为零D.t=4s时,振子的速度为正,加速度为负的最大值答案A本题考查简谐运动图像。由图像可知,t=1s和t=3s时振子在最大位移处,速度为零,加速度分别为负向最大值、正向最大值;而t=2s和t=4s时振子在平衡位置,加速度为零,而速度分别为负向最大、正向最大。综上所述,A项说法正确。解题关键简谐运动图像与运动情景的关联通过图像,不仅要提取出图像中的相关信息,更需与振子运动情景相关联,细致分析出各物理量的大小和方向,这是解答本题的关键。6.(2016北京理综,15,6分,0.91)如图所示,弹簧振子在M、N之间做简谐运动。以平衡位置O为原点,建立Ox轴。向右为x轴正方向。若振子位于N点时开始计时,则其振动图像为 ()  答案A振子在N点时开始计时,其位移为正向最大,并按正弦规律变化,故选项A正确。疑难突破简谐运动是以平衡位置O为位移的起点,确定正方向是突破点。评析本题考查简谐运动的规律,计时时振子的位移具有最大值,且位移方向向右,是解决该题的关键。C组教师专用题组7.(2012北京理综,17,6分)一个弹簧振子沿x轴做简谐运动,取平衡位置O为x轴坐标原点。从某时刻开始计时,经过四分之一周期,振子具有沿x轴正方向的最大加速度。能正确反映振子位移x与时间t关系的图像是 ()答案A如图所示,O为平衡位置,由题意知t= 时,振子具有正向最大加速度,故此时振子应在A处,位移x为负的最大值。分析各图像知,只有A项正确。 4T考点二机械波A组自主命题·天津卷题组1.(2019天津理综,7,6分)(多选)一列简谐横波沿x轴传播,已知x轴上x1=1m和x2=7m处质点的振动图像分别如图1、图2所示,则此列波的传播速率可能是 () A.7m/sB.2m/sC.1.2m/sD.1m/s答案BC本题考查了机械振动和机械波、质点的振动图像,以及考生的综合分析和推理能力,是核心素养中运动和相互作用观念的具体体现。若波沿x轴正向传播,则 λ+nλ=6m,故λ= m(n=0,1,2…),由振动图像可知波的周期T=4s,故波速v= m/s(n=0,1,2…),当n=1时,v=1.2m/s,当n=0时,v=6m/s。若波沿x轴负向传播,则 λ+nλ=6m,故λ= m(n=0,1,2…),则波速v= m/s(n=0,1,2…),当n=0时,v=2m/s,当n=1时,v= m/s,故选项B、C正确。142441n641n342443n643n67疑难突破由于波的传播方向未知,故出现多解。本题难点是将相距6m的两个质点放在一个波动图像中,确定出波长,再结合v=λ/T进行计算。2.(2017天津理综,5,6分)手持较长软绳端点O以周期T在竖直方向上做简谐运动,带动绳上的其他质点振动形成简谐波沿绳水平传播,示意如图。绳上有另一质点P,且O、P的平衡位置间距为L。t=0时,O位于最高点,P的位移恰好为零,速度方向竖直向上,下列判断正确的是 ()A.该简谐波是纵波B.该简谐波的最大波长为2LC.t= 时,P在平衡位置上方D.t= 时,P的速度方向竖直向上8T38T答案C由题意知绳上的质点在竖直方向上振动,波水平向右传播,故该波为横波,选项A错误;t=0时刻,P点在如图所示位置时,波长最大,则 λ=L,λ=4L,选项B错误;t=0时,P在平衡位置且向上振动,当t= 时,P在平衡位置上方,选项C正确;当t= T时,P处于从最高点向平衡位置运动过程中,故速度方向向下,选项D错误。 148T38思路分析t=0时,O位于最高点——波峰,P位移为零,速度向上——平衡位置,作出波动图像,确定P点的可能位置,判断P点在不同时刻的运动方向和最大波长。3.(2016天津理综,7,6分)(多选)在均匀介质中坐标原点O处有一波源做简谐运动,其表达式为y=5sin( t),它在介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播,某时刻波刚好传播到x=12m处,波形图像如图所示,则 () A.此后再经6s该波传播到x=24m处B.M点在此后第3s末的振动方向沿y轴正方向C.波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向D.此后M点第一次到达y=-3m处所需时间是2s2答案AB由波源振动表达式可知ω= rad/s,而ω= ,所以T=4s,由波形图知λ=8m,波速v= =2m/s,Δx=v·Δt=12m,故A项正确;经过Δt'=3s,波向前传播的距离为Δx',Δx'=v·Δt'=6m,画出这一时刻的波形图如图中虚线所示,由图可知,M点振动方向沿y轴正方向,B项正确; 在波的传播过程中,各质点的起振方向都与波源的起振方向相同,可得波源起振方向沿y轴正方向,C项错误;此时M点在y=3m处且沿y轴负方向振动,第一次到达y=-3m处所用时间小于 ,故D项错误。22TλT2T规律总结根据波的传播方向判断质点振动方向的方法:顺着波的传播方向看,处在上坡处的质点向下振动,处在下坡处的质点向上振动,即“上坡下,下坡上”。4.(2015天津理综,3,6分)图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,a、b两质点的横坐标分别为xa=2m和xb=6m,图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图像。下列说法正确的是 () A.该波沿+x方向传播,波速为1m/sB.质点a经4s振动的路程为4mC.此时刻质点a的速度沿+y方向D.质点a在t=2s时速度为零答案Dt=0时,b质点向+y方向运动,根据“下坡上”可判定波沿-x方向传播,A错误;a总是与b的振动方向相反,t=0时,a向-y方向运动,C错误;经过4s,a回到平衡位置,路程为1m,B错误;t=2s时,a处于波谷,速度为零,D正确。5.(2014天津理综,5,6分)平衡位置处于坐标原点的波源S在y轴上振动,产生频率为50Hz的简谐横波向x轴正、负两个方向传播,波速均为100m/s。平衡位置在x轴上的P、Q两个质点随波源振动着,P、Q的x轴坐标分别为xP=3.5m、xQ=-3m。当S位移为负且向-y方向运动时,P、Q两质点的 ()A.位移方向相同、速度方向相反B.位移方向相同、速度方向相同C.位移方向相反、速度方向相反D.位移方向相反、速度方向相同答案D该波的波长λ=v/f= m=2m,3.5m=λ+ λ,3m=λ+ λ,此时P、Q两质点的位移方向相反,但振动方向相同,选项D正确。1005034126.(2013天津理综,7,6分)(多选)一列简谐横波沿直线传播,该直线上平衡位置相距9m的a、b两质点的振动图像如图所示,下列描述该波的图像可能正确的是 ()  答案AC根据a、b两质点的振动图像可知其间距应为 的奇数倍,即 =9m,n=1、3、5…,那么波长λ的可能值是:36m、12m、 m、 m、4m、 m等。综上可知答案为A、C。4λ4nλ36536736117.(2019北京理综,13,6分)一列简谐横波某时刻的波形如图所示,比较介质中的三个质点a、b、c,则 () A.此刻a的加速度最小B.此刻b的速度最小C.若波沿x轴正方向传播,此刻b向y轴正方向运动D.若波