2025届高考物理二轮专题复习与测试模块六机械振动和机械波光学热学和近代物理专题十五机械振动和机械波课件

这是一份2025届高考物理二轮专题复习与测试模块六机械振动和机械波光学热学和近代物理专题十五机械振动和机械波课件，共60页。PPT课件主要包含了机械波的分析方法，答案01s等内容，欢迎下载使用。
专题十五　机械振动和机械波
[专题复习定位]1．理解机械振动的特点和规律、机械波的传播和特点。　2．能根据振动和波动图像分析质点的振动和波动特点。
命题点1　机械振动和机械波1.(2024·河北卷，T6)如图，一电动机带动轻杆在竖直框架平面内匀速转动，轻杆一端固定在电动机的转轴上，另一端悬挂一紫外光笔，转动时紫外光始终竖直投射至水平铺开的感光纸上，沿垂直于框架的方向匀速拖动感光纸，感光纸上就画出了描述光点振动的x－t图像。已知轻杆在竖直面内长0.1 m，电动机转速为12 r/min。该振动的圆频率和光点在12.5 s内通过的路程分别为(　　)A．0.2 rad/s，1.0 m　B．0.2 rad/s，1.25 mC．1.26 rad/s，1.0 m D．1.26 rad/s，1.25 m
命题点2　波动和振动图像的理解4．(2024·广东卷，T3)一列简谐横波沿x轴正方向传播，波速为1 m/s，t＝0时的波形如图所示。t＝1 s时，x＝1.5 m处的质点相对平衡位置的位移为(　　)A．0　　　　　 B．0.1 mC．－0.1 m D．0.2 m
5．(2024·湖南卷，T2)如图，健身者在公园以每分钟60次的频率上下抖动长绳的一端，长绳自右向左呈现波浪状起伏，可近似为单向传播的简谐横波。长绳上A、B两点平衡位置相距6 m，t0时刻A点位于波谷，B点位于波峰，两者之间还有一个波谷。下列说法正确的是(　　)A．波长为3 mB．波速为12 m/sC．t0＋0.25 s时刻，B点速度为0D．t0＋0.50 s时刻，A点速度为0
6．(2023·湖南卷，T3)如图(a)，在均匀介质中有A、B、C和D四点，其中A、B、C三点位于同一直线上，AC＝BC＝4 m，DC＝3 m，DC垂直AB。t＝0时，位于A、B、C处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图(b)所示，振动方向与平面ABD垂直，已知波长为4 m。下列说法正确的是(　　)A．这三列波的波速均为2 m/sB．t＝2 s时，D处的质点开始振动C．t＝4.5 s时，D处的质点向y轴负方向运动D．t＝6 s时，D处的质点与平衡位置的距离是6 cm
t＝6 s时，波源C处的横波传播到D处后振动时间t2＝t－tC＝3 s，由振动图像可知此时D处为波源C处传播横波的波谷；t＝6 s时，波源A、B处的横波传播到D处后振动时间t3＝t－tA＝1 s，由振动图像可知此时D处为波源A、B处传播横波的波峰，根据波的叠加原理可知此时D处质点的位移y＝2A－A＝2 cm，故t＝6 s时，D处的质点与平衡位置的距离是2 cm，D错误。
7．(多选)(2024·新课标卷，T19)位于坐标原点O的波源在t＝0时开始振动，振动图像如图所示，所形成的简谐横波沿x轴正方向传播。平衡位置在x＝3.5 m处的质点P开始振动时，波源恰好第2次处于波谷位置，则(　　)A．波的周期是0.1 sB．波的振幅是0.2 mC．波的传播速度是10 m/sD．平衡位置在x＝4.5 m处的质点Q开始振动时，质点P处于波峰位置
8．(2024·安徽卷，T3)某仪器发射甲、乙两列横波，在同一均匀介质中相向传播，波速v大小相等。某时刻的波形图如图所示，则这两列横波(　　)A．在x＝9.0 m处开始相遇B．在x＝10.0 m处开始相遇C．波峰在x＝10.5 m处相遇D．波峰在x＝11.5 m处相遇
9．(多选)(2024·山东卷，T9)甲、乙两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播，波速均为2 m/s。t＝0时刻二者在x＝2 m处相遇，波形图如图所示。关于平衡位置在x＝2 m处的质点P，下列说法正确的是(　　)A．t＝0.5 s时，P偏离平衡位置的位移为0B．t＝0.5 s时，P偏离平衡位置的位移为－2 cmC．t＝1.0 s时，P向y轴正方向运动D．t＝1.0 s时，P向y轴负方向运动
解析：在0.5 s内，甲、乙两列波传播的距离均为Δx＝vΔt＝2×0.5 m＝1 m，根据波形平移法可知，t＝0.5 s时，x＝1 m处甲波的波谷刚好传到P处，x＝3 m处乙波的平衡位置振动刚好传到P处，根据叠加原理可知，t＝0.5 s时，P偏离平衡位置的位移为－2 cm，故A错误，B正确；在1.0 s内，甲、乙两列波传播的距离均为Δx′＝vΔt′＝2×1.0 m＝2 m，根据波形平移法可知，t＝1.0 s时，x＝0处甲波的平衡位置振动刚好传到P处，x＝4 m处乙波的平衡位置振动刚好传到P处，且此时两列波的振动都向y轴正方向运动，根据叠加原理可知，t＝1.0 s时，P向y轴正方向运动，故C正确，D错误。
11．(2023·海南卷，T4)一列机械波在传播方向上相距6 m的两个质点P、Q的振动图像如图所示，下列说法正确的是(　　)A．该波的周期是5 sB．该波的波速是3 m/sC．4 s时P质点向上振动D．4 s时Q质点向上振动
命题点3　机械波的干涉、衍射和多普勒效应12．(2023·广东卷，T4)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1 500 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
题型一　机械振动1．简谐运动的规律
考向1　简谐运动的规律　(多选)如图甲所示，把小球安装在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球和弹簧穿在光滑的水平杆上。小球振动时，沿垂直于振动方向以速度v匀速拉动纸带，纸带上可留下痕迹，a、b是纸带上的两点，如图乙所示。不计阻力，由此可判断(　　)A．t时间内小球的运动路程为vtB．小球和弹簧组成的系统机械能守恒C．小球通过a点时的速度大于通过b点的速度D．如果小球以较小的振幅振动，那么周期也会变小
[解析]　vt是t时间内纸带运动的路程，并不是小球的运动路程，A错误；小球振动过程只有弹簧的弹力做功，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，B正确；由题图乙可知小球通过a点时更靠近平衡位置，其速度大于通过b点的速度，C正确；小球的运动为简谐运动，其振动周期与振幅无关，D错误。
　如图所示，学校门口水平路面上两减速带的间距为2 m，若某汽车匀速通过该减速带，其车身悬挂系统(由车身与轮胎间的弹簧及避震器组成)的固有频率为2 Hz，则下列说法正确的是(　　)A．汽车行驶的速度越大，颠簸得越厉害B．汽车行驶的速度越小，颠簸得越厉害C．当汽车以3 m/s的速度行驶时，颠簸得最厉害D．当汽车以4 m/s的速度行驶时，颠簸得最厉害[解析]　由于v＝xf＝4 m/s，因此当汽车以4 m/s的速度行驶时，通过减速带的频率与汽车的固有频率相同，发生共振，汽车颠簸得最厉害。
考向2　单摆及周期公式　某同学在探究单摆运动中，图甲是用力传感器对单摆运动过程进行测量的装置图，图乙是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F－t图像，根据图乙的信息可得(π2取10，重力加速度g取10 m/s2)(　　) A．摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力充当单摆的回复力B．从t＝0时刻开始，摆球第一次摆到最低点的时刻为0.5 sC．用米尺量得细线长度l，即摆长为lD．由图乙可计算出单摆的长度为1.0 m
题型二　机械波的形成和传播1．机械波的形成和传播
考向1　机械波的形成和传播　用手上下抖动绳的一端，产生一列向右传播的横波。某时刻波形如图所示，其中a、b、c是绳上的三个质点，则(　　) A．a向上振动　　　 　B．c向下振动C．a速率最大 D．b速率最大[解析]　由于波向右传播，根据前面质点的振动带动后面质点的振动，可知质点a、b向下振动，质点c向上振动，并且质点a恰好通过平衡位置，速率最大。
考向2　质点的振动和波动分析　如图所示，小鸭A(视为质点)在平静的河道内靠近岸边戏水，在水面上引起一列稳定的水波，B为岸边的一点。已知P点为小鸭A和B点连线的中点，则下列说法正确的是(　　)A．P处质点比B处质点的振动频率大B．P处质点将随水波运动到B点C．P点与B点的振动方向一定相反D．小鸭A与质点P(已经振动)的振动周期相等
[解析]　介质中的质点都在模仿波源，所以质点的振动周期和频率都相同，所以P处质点与B处质点的振动频率一样，小鸭A与质点P(已经振动)的振动周期相等，A错误，D正确；根据波的形成与传播，可知介质中的质点只在各自的平衡位置附近振动，不会随波迁移，B错误；由于不确定P点与B点的距离与波长的关系，所以不能确定这两点的振动方向是相同还是相反，C错误。
　B超检查是医学上常用的诊断方法，其基本原理是探头向人体内发射超声波，超声波遇到人体不同的组织会产生不同程度的反射。图甲、乙是仪器检测到的探头发送和接收的超声波图像，其中图甲为某时刻沿x轴正方向发送的超声波，图乙为一段时间后沿x轴负方向返回的超声波。已知超声波在人体内传播速度约为1 500 m/s，下列说法正确的是(　　)A．图乙中质点b正沿y轴正方向运动B．图甲和图乙中，质点a和质点b加速度相同C．图甲中质点a的振动周期T＝8.0×10－5 sD．图甲中质点a在此后的0.1 s时间内运动的路程为400 m
　甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播，波速均为0.05 m/s。两列波在t＝0时刻的波形曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．甲、乙两波的波长之比为2∶3B．甲、乙两波的周期之比为3∶2C．t＝1 s，x＝25 cm处质点的位移为0D．t＝0，x＝40 cm处质点的位移为2 cm
题型三　对波动和振动图像的理解
考向1　图像的理解和应用　图甲是一列简谐横波在某时刻的波形图，质点M、N、P、Q分别位于介质中x＝3 m、x＝4 m、x＝5 m、x＝10 m处。该时刻横波恰好传播至P点，图乙为质点M从该时刻开始的振动图像，下列说法正确的是(　　) A．此波在该介质中的传播速度为1.25 m/sB．波源起振方向沿y轴正方向C．此波传播至Q点的过程中，质点P的路程为5 mD．当质点Q起振后，与质点N振动步调完全一致
　一列简谐横波沿着x轴正方向传播，t＝0时刻波源从坐标原点处开始振动。图甲是波在t＝0.6 s时的部分波动图像，图乙是这列波上x＝1.4 m处的质点的振动图像(t＝0.7 s开始振动)。求：
(1)波的振动周期以及波源的振动方程；
[答案]　0.4 s　y＝－30sin 5πt(cm)
(2)t＝1.5 s时间内，x＝0.6 m处的质点的路程。
[答案]　360 cm
考向2　波传播的多解问题　甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播，波速均为2.5 cm/s，两列波在t＝0时的部分波形曲线如图所示。求：
(1)t＝0时，介质中偏离平衡位置位移为8 cm的所有质点的x坐标；[解析]　根据两列波的振幅都为4 cm可知，偏离平衡位置位移为8 cm的质点即为两列波的波峰相遇。根据波形图可知，甲、乙的波长分别为λ甲＝5 cm，λ乙＝6 cm，则甲、乙两列波的波峰坐标分别为x1＝(5＋k1×5) cm(k1＝0，±1，±2，±3，…)x2＝(5＋k2×6) cm(k2＝0，±1，±2，±3，…)综上所述，所有波峰和波峰相遇的质点坐标x＝(5＋30n) cm(n＝0，±1，±2，±3，…)。[答案]　(5＋30n) cm(n＝0，±1，±2，±3，…)
(2)从t＝0开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为－8 cm的质点的时间。
题型四　波的干涉和衍射考向1　波的干涉　如图甲所示，两列沿相反方向传播的横波，形状是半个波长的正弦曲线，上下对称，其振幅和波长都相等。它们在相遇的某一时刻会出现两列波“消失”的现象，如图乙，则(　　)A．此时质点a向右运动B．此时质点b向下运动C．此后质点a、b振动速度相同D．此后质点a、b振动时间相同
考向2　波的衍射　机械波在深度不同的A、B两部分水中传播，某时刻的波形如图所示，图中明亮区域中间位置为波峰，A部分中波峰间距是B部分中波峰间距的2倍，已知B部分中波速为0.6 m/s，则该机械波(　　)A．在B部分中更容易发生衍射现象B．在A部分中的波速为0.3 m/sC．由A部分进入B部分频率变大D．在两部分交界面发生了折射现象