适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题5振动与波光学第1讲振动与波课件

这是一份适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题5振动与波光学第1讲振动与波课件，共42页。PPT课件主要包含了内容索引，体系构建•真题感悟，高频考点•探究突破，知识网络构建，高考真题再练，命题点点拨，BCD等内容，欢迎下载使用。
1.(多选)(2023辽宁卷)“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置,当轮船以设计的标准速度航行时,球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示,两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是(　　)A.插入水中的筷子,看起来折断了B.阳光下的肥皂膜,呈现彩色条纹C.驶近站台的火车,汽笛音调变高D.振动音叉的周围,声音忽高忽低
解析 两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力是波的干涉现象。插入水中的筷子,看起来折断了,是光的折射现象,选项A错误;阳光下的肥皂膜,呈现彩色条纹是光的干涉现象,选项B正确;驶近站台的火车,汽笛音调变高,是声波的多普勒效应,选项C错误;振动音叉的周围,声音忽高忽低,是声波的干涉现象,选项D正确。
2.(2022重庆卷)某同学为了研究水波的传播特点,在水面上放置波源和浮标,两者的间距为l。t=0时刻,波源开始从平衡位置沿y轴在竖直方向做简谐运动,产生的水波沿水平方向传播(视为简谐波),t1时刻传到浮标处使浮标开始振动,此时波源刚好位于正向最大位移处,波源和浮标的振动图像分别如图中的实线和虚线所示,则(　　)A.浮标的振动周期为4t1
3.(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(　　)
4.(2023湖北卷)一列简谐横波沿x轴正向传播,波长为100 cm,振幅为8 cm。介质中有a和b两个质点,其平衡位置分别位于x=- cm和x=120 cm处。某时刻b质点的位移为 y=4 cm,且向y轴正方向运动。从该时刻开始计时,a质点的振动图像为(　　)
5.(多选)(2022浙江卷)两列振幅相等、波长均为λ、周期均为T的简谐横波沿同一绳子相向传播,若两列波均由一次全振动产生,t=0时刻的波形如图所示,此时两列波相距λ,则(　　)
叠加处的位移等于原来两个波谷位移之和,波形与图丙不同,故C错误。t=T时,两列波各传播λ的距离,左波的波峰与右波的波谷相遇,左波的波谷与右波的波峰相遇,相遇处位移均为零,波形如图丁所示,故D正确。
6.(2023湖南卷)如图甲所示,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,振动图像均如图乙所示,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
解析 由题图乙可知,波的周期为4 s,波速为v= =1 m/s,A错误;t=2 s时,这三列波都还没有传到D点,D处的质点没有振动,B错误;t=4.5 s时,A、B处的振动没有传到D点,C处的振动传到D点后,又振动了1.5 s,根据题图乙可知,D处的质点正向y轴负方向运动,C正确;t=6 s时,A、B处的振动传到D点时,都使D处的质点向y轴正方向振动了1 s,而C处的振动传到D时,使D处的质点处在平衡位置且向y轴负方向振动,根据波的叠加原理知,此时,D处的质点与平衡位置的距离是4 cm,D错误。
【方法规律归纳】1.机械振动
温馨提示 从平衡位置开始计时,简谐运动的函数表达式为x=Asin ωt;从最大位移处开始计时,简谐运动的函数表达式为x=Acs ωt。
2.结合图像理解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。
3.由振动图像获取的六种信息(1)由图像可以得出质点振动的振幅、周期和频率。(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。(3)可以确定某时刻质点回复力、加速度的方向。(4)确定某时刻质点速度的方向。(5)比较不同时刻回复力、加速度的大小。(6)比较不同时刻质点的动能、势能的大小。温馨提示 分析振动图像时要注意回复力、速度、加速度的矢量性。
[典例1](多选)(命题点2)一弹簧振子沿x轴振动,振幅为4 cm,振子的平衡位置位于x轴上的O点。图甲上的a、b、c、d为四个不同的振动状态;黑点表示振子的位置,黑点上的箭头表示运动的方向。图乙给出的①②③④四条振动图线,可用于表示振子的振动图像的是(　　)
A.若规定状态a时t=0,则图像为①B.若规定状态b时t=0,则图像为②C.若规定状态c时t=0,则图像为③D.若规定状态d时t=0,则图像为④
解析 若规定振子在状态a时t=0,此时的位移为3 cm,且向x轴正方向运动,选项A正确。若规定振子在状态b时t=0,此时的位移为2 cm,且向x轴负方向运动,选项B错误。若规定振子在状态c时t=0,此时的位移为-2 cm,选项C错误。若规定振子在状态d时t=0,此时的位移为-4 cm,速度为0,选项D正确。
【对点训练】1.(2023浙江名校联考)(命题点1)如图所示,两个较大的相同容器中盛有相同体积的水和盐水。将一根粗细均匀的木筷下端绕几圈铁丝,分别竖直放入液体中相同深度后静止释放,木筷开始在液体中上下振动(不计液体粘滞阻力),则筷子分别在两种液体中振动时(　　)A.周期相同B.振幅相同C.重力势能变化的最大值不相同D.受到液体对它的最小浮力相同
解析 若木筷平衡时在水中的长度为x0,根据二力平衡,有mg=ρSx0g,设某时刻筷子位置较平衡位置低x,则其回复力F=ρS(x0+x)g-mg=ρSgx,与x成正比,方向相反,故做简谐运动;两种液体密度不同,所以木筷的平衡位置不同,因此木筷做简谐运动的振幅A、最大势能变化不同,故B错误,C正确。该简谐运动的周期与回复力的比例系数ρSg有关,故周期T不同,故A错误。根据对称性可知,简谐运动最高点与最低点加速度大小相同,则有mg-F浮=ma,所以盐水中a大,盐水的最小浮力小,故D错误。
2.(2023广东一模)(命题点2)下图是某水平弹簧振子做简谐运动的x-t图像, M、P、N是图像上的3个点,分别对应t1、t2、t3时刻。下列说法正确的是(　　)A.该振子的周期是0.2 s,振幅是8 cmB.在t2时刻振子的速度方向就是图像上P点的切线方向C.在t1到t2过程振子的速度先增大后减小D.在t2到t3过程振子的加速度逐渐减小
解析 由图像得,该振子的周期为0.2 s,振幅为4 cm,故A错误。由图像得,在t2时刻振子的速度方向沿x轴负半轴方向,故B错误。由图像得,在t1到t2过程,振子先向x轴正方向做减速运动,后向x轴负方向做加速运动,故C错误。在t2到t3过程,振子向平衡位置移动,回复力逐渐减小,加速度逐渐减小,故D正确。
3.(多选)(命题点2)甲、乙两弹簧振子的振动图像如图所示,则可知(　　 )A.两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲∶F乙=2∶1B.振子甲速度为零时,振子乙速度最大C.两振子的振动频率之比f甲∶f乙=1∶2D.振子乙速度为最大时,振子甲速度不一定为0
解析 由于弹簧的劲度系数k不一定相同,所以两振子所受回复力(F=-kx)的最大值之比F甲∶F乙不一定为2∶1,选项A错误。由简谐运动的特点可知,在振子到达平衡位置时位移为0,速度最大,在振子到达最大位移处时,速度为0,从题图中可以看出,在振子甲到达最大位移处时,振子乙恰好到达平衡位置,选项B正确。从题图中可以看出,两弹簧振子周期之比T甲∶T乙=2∶1,则频率之比f甲∶f乙=1∶2,选项C正确。当振子乙到达平衡位置时,振子甲有两个可能的位置,一个是最大位移处,一个是平衡位置,选项D正确。
【方法规律归纳】1.机械波传播的四点注意(1)波传到任意一点的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介质中每个质点都做受迫振动,故任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同。(3)波从一种介质进入另一种介质,由于介质不同,波长和波速可以改变,但频率和周期都不会改变。(4)波源经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传播一个波长的距离,所以v= =λf。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(波传播nλ)(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。
2.“一分、一看、二找”巧解波的图像与振动图像问题(1)一分:分清波的图像与振动图像,此步骤最简单,只要看清横坐标即可,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 解答两种图像综合问题要注意区分波的传播位移和质点的振动位移。
3.波的叠加问题(1)两个振动情况相同的波源形成的波,在空间某点振动加强的条件为点到两波源的距离之差Δx=nλ(n=0,1,2,…),振动减弱的条件为Δx=nλ+ (n=0,1,2,…)。两个振动情况相反的波源形成的波,在空间某点振动加强的条件为Δx=nλ+ (n=0,1,2,…),振动减弱的条件为Δx=nλ(n=0,1,2,…)。(2)振动加强点的位移随时间而改变,振幅最大。　　　　　　　　 不是位移最大温馨提示 发生干涉时:①加强点始终加强,减弱点始终减弱;②不同时刻加强点和减弱点的位移大小关系不确定。
[典例2](2023广东六校联考模拟)(命题点2)渔船上的声呐利用超声波来探测远方鱼群的方位。某渔船发出的一列超声波在t=0时的波的图像如图甲所示,图乙为质点P的振动图像,则(　　)A.该波沿x轴负方向传播B.0~1 s时间内,质点P沿x轴运动了1.6 cmC.该波的波速为1.6 m/sD.在任意1 s的时间内,质点P运动的路程一定是2 m
思维点拨 (1)由质点P的振动方向判断波的传播方向。(2)波传播过程中,质点不会随波迁移,因此P点不会沿x轴运动。(3)由波的图像得出波长,再由振动图像得出周期,应用v= 求解波速。(4)先求出一定时间对应周期的倍数,然后应用一个周期内的路程为4倍振幅求解质点运动的路程。
解析 由题图乙可知t=0时刻,P质点向上振动,根据“同侧法”可以判断出波沿x轴正方向传播,故A错误。波传播过程中,振动介质不会随波迁移,故B错误。由题图可读出波的周期为T=1×10-5 s,波长为λ=1.6×10-2 m,由v= 可得波速为v=1.6×103 m/s,故C错误。质点P在一个周期内的路程为4倍振幅,而1 s=105T,所以任意1 s内质点P通过的路程为s=4A×105 m=4×5×10-6 ×105 m=2 m,故D正确。
【对点训练】4.(多选)(命题点1)从波源质点O起振开始计时。经时间t=1 s,x轴上距波源10 m处的质点开始振动,此时波的图像如图所示,则下列说法正确的是(　 )A.该列波的周期为0.8 sB.O点的简谐运动方程为y=2sin 5πt(cm)C.在0~0.6 s时间内,x轴上2 m处质点通过的路程为4 cmD.在t=0.6 s时,x轴上8 m处质点位移为0,且向y轴负方向振动
5.(2023广东茂名一模)(命题点1、3)主动降噪功能的耳机可以拾取噪声信号,经智能降噪处理器对不同的噪声精准运算,通过扬声器播放与噪声频率相同、相位相反、振幅相同的降噪声波,从而起到抵消噪声的作用。下图为噪声在某时刻的简谐波图像,则(　　)A.降噪声波的振幅为10 cmB.降噪声波和噪声叠加后,波的振幅变为20 cmC.质点P此时刻一定正从平衡位置向上振动D.质点P再经过一个周期水平移动一个波长
解析 由题图可知降噪声波的振幅A=10 cm,故A正确。扬声器播放与噪声相位相反、振幅相同的降噪声波,两者叠加后,波的振幅为0,故B错误。未知波的传播方向,无法判断P的振动方向,故C错误。介质中质点不随波迁移,只在平衡位置振动,故D错误。
6.(2023广东东莞高三质检)(命题点2)一列简谐横波在均匀介质中沿x轴传播,图甲为t=2 s时的波的图像,图乙为x=2 m处的质点P的振动图像,质点Q为平衡位置x=3.5 m的质点。下列说法正确的是(　　)A.波沿x轴负方向传播B.波的传播周期是2 sC.t=2 s时刻后,经过0.5 s质点P通过的路程等于0.05 mD.t=3.5 s时刻,质点Q经过平衡位置