高三高考物理第二轮专题复习材料 振动和波
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高考物理复习精品知识点机械振动和机械波七、机械振动和机械波1.简谐运动〔1〕定义:物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动,叫做简谐运动.〔2〕简谐运动的特征:回复力F=-kx,加速度a=-kx/m,方向与位移方向相反,总指向平衡位置.简谐运动是一种变加速运动,在平衡位置时,速度最大,加速度为零;在最大位移处,速度为零,加速度最大.〔3〕描述简谐运动的物理量①位移x:由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段,是矢量,其最大值等于振幅.②振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离,是标量,表示振动的强弱.③周期T和频率f:表示振动快慢的物理量,二者互为倒数关系,即T=1/f.〔4〕简谐运动的图像①意义:表示振动物体位移随时间变化的规律,注意振动图像不是质点的运动轨迹.②特点:简谐运动的图像是正弦〔或余弦〕曲线.③应用:可直观地读取振幅A、周期T以及各时刻的位移x,判定回复力、加速度方向,判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况.2.弹簧振子:周期和频率只取决于弹簧的劲度系数和振子的质量,与其放置的环境和放置的方式无任何关系.如某一弹簧振子做简谐运动时的周期为T,不管把它放在地球上、月球上还是卫星中;是水平放置、倾斜放置还是竖直放置;振幅是大还是小,它的周期就都是T.3.单摆:摆线的质量不计且不可伸长,摆球的直径比摆线的长度小得多,摆球可视为质点.单摆是一种理想化模型. 〔1〕单摆的振动可看作简谐运动的条件是:最大摆角α<5°.〔2〕单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力.〔3〕作简谐运动的单摆的周期公式为:T=2π①在振幅很小的条件下,单摆的振动周期跟振幅无关.②单摆的振动周期跟摆球的质量无关,只与摆长L和当地的重力加速度g有关.③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离,在某些变形单摆中,摆长L应理解为等效摆长,重力加速度应理解为等效重力加速度〔一般情况下,等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值〕.4.受迫振动〔1〕受迫振动:振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动.〔2〕受迫振动的特点:受迫振动稳定时,系统振动的频率等于驱动力的频率,跟系统的固有频率无关.〔3〕共振:当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时,振动物体的振幅最大,这种现象叫做共振.共振的条件:驱动力的频率等于振动系统的固有频率..5.机械波:机械振动在介质中的传播形成机械波.〔1〕机械波产生的条件:①波源;②介质〔2〕机械波的分类①横波:质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波.横波有凸部〔波峰〕和凹部〔波谷〕. ②纵波:质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波.纵波有密部和疏部.[注意]气体、液体、固体都能传播纵波,但气体、液体不能传播横波.〔3〕机械波的特点①机械波传播的是振动形式和能量.质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移.②介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同.③离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动.6.波长、波速和频率及其关系〔1〕波长:两个相邻的且在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长.振动在一个周期里在介质中传播的距离等于一个波长.〔2〕波速:波的传播速率.机械波的传播速率由介质决定,与波源无关.〔3〕频率:波的频率始终等于波源的振动频率,与介质无关.〔4〕三者关系:v=λ f7. ★波动图像:表示波的传播方向上,介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移.当波源作简谐运动时,它在介质中形成简谐波,其波动图像为正弦或余弦曲线.〔1〕由波的图像可获取的信息①从图像可以直接读出振幅〔注意单位〕.②从图像可以直接读出波长〔注意单位〕.③可求任一点在该时刻相对平衡位置的位移〔包括大小和方向〕④在波速方向已知〔或已知波源方位〕时可确定各质点在该时刻的振动方向.⑤可以确定各质点振动的加速度方向〔加速度总是指向平衡位置〕〔2〕波动图像与振动图像的比较:振动图象波动图象研究对象一个振动质点沿波传播方向所有的质点研究内容一个质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义表示一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象变化随时间推移图象延续,但已有形状不变随时间推移,图象沿传播方向平移一个完整曲线占横坐标距离表示一个周期表示一个波长性波的传播过程中时间上的周期性、空间上的周期性以及传播方向上的双向性是导致“波动问题多解性”的主要原因.若题目假设一定的条件,可使无限系列解转化为有限或惟一解9.波的衍射波在传播过程中偏离直线传播,绕过障碍物的现象.衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异.波发生明显衍射现象的条件是:障碍物〔或小孔〕的尺寸比波的波长小或能够与波长差不多.10.波的叠加几列波相遇时,每列波能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰,只是在重叠的区域里,任一质点的总位移等于各列波分别引起的位移的矢量和.两列波相遇前、相遇过程中、相遇后,各自的运动状态不发生任何变化,这是波的独立性原理.11.波的干涉:频率相同的两列波叠加,某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象,叫波的干涉.产生干涉现象的条件:两列波的频率相同,振动情况稳定.[注意]①干涉时,振动加强区域或振动减弱区域的空间位置是不变的,加强区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之和,减弱区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之差.②两列波在空间相遇发生干涉,两列波的波峰相遇点为加强点,波峰和波谷的相遇点是减弱的点,加强的点只是振幅大了,并非任一时刻的位移都大;减弱的点只是振幅小了,也并非任一时刻的位移都最小. 如图若S1、S2为振动方向同步的相干波源,当PS1-PS2=nλ时,振动加强;当PS1-PS2=〔2n+1〕λ/2时,振动减弱.12.声波〔1〕空气中的声波是纵波,传播速度为340m/s. 〔2〕能够引起人耳感觉的声波频率范围是:20~20000Hz.〔3〕超声波:频率高于20000Hz的声波. ①超声波的重要性质有:波长短,不容易发生衍射,基本上能直线传播,因此可以使能量定向集中传播;穿透能力强.②对超声波的利用:用声纳探测潜艇、鱼群,探察金属内部的缺陷;利用超声波碎石治疗胆结石、肾结石等;利用“B 超”探察人体内病变.13.多普勒效应:由于波源和观察者之间有相对运动使观察者感到频率发生变化的现象.其特点是:当波源与观察者有相对运动,两者相互接近时,观察者接收到的频率增大;两者相互远离时,观察者接收到的频率减小.。
高考物理《机械振动和机械波》真题练习含答案1.[2023·新课标卷]船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声.声波在空气中和在水中传播时的()A.波速和波长均不同B.频率和波速均不同C.波长和周期均不同D.周期和频率均不同答案:A解析:声波的周期和频率由振源决定,故声波在空气中和在水中传播的周期和频率均相同,但声波在空气和水中传播的波速不同,根据波速与波长关系v=λf可知,波长也不同,故A正确,B、C、D错误.故选A.2.[2024·浙江1月]如图1所示,质量相等的小球和点光源,分别用相同的弹簧竖直悬挂于同一水平杆上,间距为l,竖直悬挂的观测屏与小球水平间距为2l,小球和光源做小振幅运动时,在观测屏上可观测小球影子的运动.以竖直向上为正方向,小球和光源的振动图像如图2所示,则()A.t1时刻小球向上运动B.t2时刻光源的加速度向上C.t2时刻小球与影子相位差为πD.t3时刻影子的位移为5A答案:D解析:以竖直向上为正方向,根据图2可知,t1时刻,小球位于平衡位置,随后位移为负值,且位移增大,可知,t1时刻小球向下运动,A错误;t2时刻,光源的位移为正值,光源振动图像为正弦式,表明其做简谐运动,根据F回=-kx=ma可知,其加速度方向与位移方向相反,位移方向向上,则加速度方向向下,B错误;根据图2可知,小球与光源的振动步调总是相反,由于影子是光源发出的光被小球遮挡后,在屏上留下的阴影,可知,影子与小球的振动步调总是相同,即t2时刻小球与影子相位差为0,C错误;根据图2可知,t3时刻,光源位于最低点,小球位于最高点,根据光沿直线传播,光源能够在屏上留下影子的位置也处于最高点,影子位于正向最大位移处,根据几何关系有ll+2l =A+AA+x影子,解得x影子=5A,即t3时刻影子的位移为5A,D正确.3.[2024·吉林卷]某同学自制双缝干涉实验装置:在纸板上割出一条窄缝,于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝,将该纸板与墙面平行放置,如图所示.用绿色激光照双缝,能够在墙面上观察到干涉条纹.下列做法可以使相邻两条亮条纹中央间距变小的是()A.换用更粗的头发丝B.换用红色激光照射双缝C.增大纸板与墙面的距离D.减小光源与纸板的距离答案:A解析:由于干涉条纹间距Δx=ldλ可知,换用更粗的头发丝,双缝间距d变大,则相邻两条亮条纹中央间距Δx变小,故A正确;换用红色激光照双缝,波长变长,则相邻两条亮条纹中央间距Δx变大,故B错误;增大纸板与墙面的距离l,则相邻两条亮条纹中央间距Δx 变大,故C错误;减小光源与纸板的距离,不会影响相邻两条亮条纹中央间距Δx,故D错误.故选A.4.[2024·浙江1月](多选)在如图所示的直角坐标系中,xOz平面为介质Ⅰ和Ⅱ的分界面(z轴垂直纸面向外).在介质Ⅰ中的P(0,4λ)处有一点波源,产生波长为λ、速度为v的波.波传到介质Ⅱ中,其速度为2v.图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰,与x轴和y轴分别交于R 和S点,此时波源也恰好位于波峰.M为O、R连线的中点,入射波与反射波在O点相干加强,则()A .介质Ⅱ中波的频率为2v λB. S 点的坐标为(0,-2 λ)C .入射波与反射波在M 点相干减弱D. 折射角α的正弦值sin α=352 答案:BD解析:波从一种介质到另一种介质,频率不变,故介质Ⅱ中波的频率为f =v λ,A 错误;在介质Ⅱ中波长为λ′=2v f=2 λ,由于图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰,与x 轴和y 轴分别交于R 和S 点,故S 点的坐标为(0,-2 λ),B 正确;由于S 为波峰,且波传到介质Ⅱ中,其速度为2 v .图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰,与x 轴和y 轴分别交于R 和S 点,则R 也为波峰,故P 到R 比P 到O 多一个波峰,则PR =5λ,则OR =3λ,由于||MO -PM≠2n ·λ2 或(2n +1)λ2 (n =0,1,2,…),故M 点不是减弱点,C 错误;根据n =λ′λ=2 ,则n =sin αOR PR,解得sin α=352 ,D 正确. 5.[2021·天津卷]一列沿x 轴正方向传播的简谐横波,传播速度v =10 m/s ,t =0时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y 轴正方向运动,下列图形中哪个是t =0.6 s 时的波形( )答案:B解析:由图中可以看出该波的波长为λ=4 m ,根据v =λT可知该列波的周期为T =0.4 s ,又因为t=0时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴正方向运动,当t=0.6 s时经历了1.5 T,所以此时位于坐标原点的质点从平衡位置沿y轴负方向运动,结合图像可知B正确.6.[2023·湖南卷]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答案:C解析:由图(b)的振动图像可知,振动的周期为4 s,故三列波的波速为v=λT=4 m4 s=1m/s,A错误;由图(a)可知,D处距离波源C最近的距离为3 m,故开始振动后波源C处的横波传播到D处所需的时间为t C=DC v=3 m1 m/s=3 s故t=2 s时,D处的质点还未开始振动,B错误;由几何关系可知AD=BD=5 m,波源A、B产生的横波传播到D处所需的时间为t AB=ADv=5 m1 m/s=5 s故t=4.5 s时,仅波源C处的横波传播到D处,此时D处的质点振动时间为t1=t-t C =1.5 s由振动图像可知此时D处的质点向y轴负方向运动,C正确;t=6 s时,波源C处的横波传播到D处后振动时间为t2=t-t C=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处后振动时间为t3=t-t AB=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处质点的位移为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.故选C.。
高考物理复习振动和波专题训练及其答案一、单项选择题1.如图所示为一列简谐横波t时刻的图象,已知波速为0.2m/s,以下说法正确的是()A.经过0.5s,质点a、b、c通过的路程均为75cmB.若从t时刻起质点a比质点b先回到平衡位置,则波沿x轴正方向传播C.图示时刻质点a、b、c所受的回复力大小之比为2∶1∶3D.振源的振动频率为0.4Hz2.一列向右传播的简谐横波在某一时刻的波形如图所示,该时刻,两个质量相同的质点P、Q 到平衡位置的距离相等。
关于P、Q两个质点,以下说法正确的是()A.P较Q先回到平衡位置B.再经14周期,两个质点到平衡位置的距离相等C.两个质点在任意时刻的动量相同D.两个质点在任意时刻的加速度相同3.图为一列简谐波在0=t时刻的波形图,此时质点Q正处于加速运动过程中,且质点N在1st=时第一次到达波峰。
则下列判断正确的是()A.此时质点P也处于加速运动过程B.该波沿x轴负方向传播C.从0=t时刻起,质点P比质点Q晚回到平衡位置D.在0=t时刻,质点N的振动速度大小为1m/s4.如图所示为一列机械波在t=0时刻传播的波形图,此刻图中P点速度沿y轴正方向,t=2s 时刻,图中Q点刚好在x轴上。
则下列说法正确的是()A.该机械波沿x轴正方向传播B.该机械波周期不可能是8s3C.无论周期是多少,当Q点在x轴时,P点一定离x轴最远D.P点振幅是10cm5.如图所示是沿x轴传播的一列简谐横波在t=0时刻的波形图,已知波的传播速度为16.0m/s,从此时起,图中的P质点比Q质点先经过平衡位置.那么下列说法中正确的是()A.这列波一定沿x轴正向传播B.这列波的频率是3.2HzC.t=0.25s时Q质点的速度和加速度都沿y轴负向D.t=0.25s时P质点的速度和加速度都沿y轴负向6.如图(a)所示为波源的振动图象(在t=0时刻之前波源就已经开始振动了),图(b)为xy 平面内沿x轴传播的简谐横波在t=0时刻的波形图象,t=0时刻P点向y轴负方向运动,关于图(b)上x=0.4m处的Q点的说法正确的是().A.t=0时,速度最大,其大小为0.1m/s,方向沿y轴正方向B.t=0到t=5s内,通过的路程为20cmC.t=2s时,运动到x=0.2m处D.t=3s时,加速度最大,且方向向下7.一列简谐横波在某时刻的波形图如图所示,已知图中质点b的起振时刻比质点a延迟了0.5s,b和c之间的距离是5m,以下说法正确的是()A.此列波的波长为2.5mB.此列波的频率为2HzC.此列波的波速为2.5m/sD.此列波的传播方向为沿x轴正方向传播8.P、Q、M是某弹性绳上的三个质点,沿绳建立x坐标轴。
专题检测(三十) 振动与波动 光 电磁波 (选修3—4)1.(1)一振动周期为T ,位于x =0处的波源从平衡位置开始沿y 轴正方向做简谐运动,该波源产生的简谐横波沿x 轴正方向传播,波速为v ,关于在x =3v T 2处的质点P ,下列说法正确的是________。
A .质点P 振动周期为T ,速度的最大值为vB .若某时刻质点P 的速度方向沿y 轴负方向,则该时刻波源速度方向沿y 轴正方向C .质点P 开始振动的方向沿y 轴正方向D .当P 开始振动后,若某时刻波源在波峰,则质点P 一定在波谷E .当P 开始振动后,若某时刻波源在波谷,则质点P 也一定在波谷(2)如图所示,某种透明材料做成的三棱镜,其横截面是边长为a的等边三角形,现用一束宽度为a 的单色平行光束,以垂直于BC 面的方向正好入射到该三棱镜的AB 及AC 面上,结果所有从AB 、AC面入射的光线进入后恰好全部直接到达BC 面。
求:(ⅰ)该材料对此平行光束的折射率;(ⅱ)这些直接到达BC 面的光线从BC 面折射而出后,如果照射到一块平行于BC 面的屏上形成光斑,则当屏到BC 面的距离d 满足什么条件时,此光斑分为两条?解析:(1)质点P 振动周期与波源振动周期相同,也为T ,但其振动速度与波速不同,故A 错误。
x =3v T 2=32λ,P 与波源是反相点,若某时刻质点P 的速度方向沿y 轴负方向,则该时刻波源速度方向沿y 轴正方向,故B 正确。
根据波的特点:简谐波传播过程中,质点的起振方向都与波源的起振方向相同,故质点P 开始振动的方向沿y 轴正方向,故C 正确。
P 与波源是反相点,故若某时刻波源在波峰,则质点P 一定在波谷,故D 正确,E 错误。
(2)(ⅰ)由于对称性,我们考虑从AB 面入射的光线,这些光线在棱镜中是平行于AC 面的,由对称性和几何知识可得,光线进入AB 面时的入射角α和折射角β分别为:α=60°,β=30°则材料的折射率为n =sin αsin β=3。
机械振动和机械波一、单选题1.一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.1s时刻的波形如图中虚线所示。
波源不在坐标原点O,P是传播介质中离坐标原点xP=2.5m处的一个质点。
则以下说法中正确的是()A.质点P的振幅为0.05mB.波的频率可能为7.5HzC.波的传播速度可能为50m/sD.在t=0.1s时刻与P相距5m处的质点一定沿y轴正方向运动2.如图所示,一质点做简谐运动,O点为平衡位置,质点先后以相同的速度依次通过M、N两点,历时1s,质点通过N点后再经过1s又第2次通过N点,在这2s内质点通过的总路程为12cm。
则质点的振动周期和振幅分别为()A.3s,6cm B.4s,9cmC.4s,6cm D.2s,8cm3.两列振幅为A、波长相同的平面简谐横波,以相同的速率沿相反方向在同一介质中传播,如图所示为某一时刻的波形图,其中实线为向右传播的波,虚线为向左传播的波,a、b、c、d、e为介质中沿波传播路径上五个等间距的质点。
两列波传播的过程中,下列说法中正确的是()A.质点b、d始终静止不动B.质点a、b、c、d、e始终静止不动C.质点a、c、e始终静止不动D.质点a、c、e以振幅A做简谐运动4.处于同一水平面的振源S1和S2做简谐运动,向四周分别发出两列振幅均为A的简谐横波,波在同一区域传播,形成如图所示稳定的干涉图样。
图中实线表示波峰,虚线表示波谷,N点为波峰与波谷相遇点,M点为波峰与波峰相遇点。
下列说法不正确的是()A.两个振源S1和S2的振动频率一定相同B.M点为振动加强点,其振幅为AC.N点始终处在平衡位置D.从图示时刻开始经过四分之一周期,M、N两点竖直高度差为05.如图所示为某时刻的两列简谐横波在同种介质中沿相同方向传播的波形图,此时质点P的运动方向如图所示,已知质点P在a波上,质点Q在b波上,则下列说法错误的是()A.两列波具有相同的波速B.此时质点Q正沿y轴正方向运动C.一个周期内,质点Q沿x轴前进的距离是质点P的1.5倍D.在质点P完成30次全振动的时间内质点Q可完成20次全振动6.如图所示,甲质点在x1轴上做简谐运动,O1为其平衡位置,A1、B1为其所能达到的最远处。
高考物理振动和波知识点高考物理——振动和波知识点在高考物理中,振动和波是一个重要的知识点,涉及到许多实际生活中常见的现象和物理原理。
本文将从波的基本概念、波的分类、波的特性和振动的特性等方面进行论述。
一、波的基本概念波是一种能量传递的方式,是一种扰动在空间中的传播。
波可以分为机械波和电磁波两大类。
机械波是由介质传递的波动,如声波、水波等;而电磁波是由电场和磁场交替变化而产生的波动,如光波、无线电波等。
二、波的分类根据波动的方向和介质振动的方向,波可以分为纵波和横波。
纵波是指波动方向与介质振动方向相同的波动,如声波;而横波是指波动方向与介质振动方向垂直的波动,如水波。
三、波的特性1. 波频和周期波的频率是指单位时间内波动的次数,单位为赫兹;波的周期是指波动完成一个周期所需要的时间,单位为秒。
频率和周期之间有以下关系:频率=1/周期。
2. 波长和波速波的波长是指波动一个周期所对应的长度,单位为米;波的波速是指波动的传播速度,单位为米/秒。
波长和波速之间有以下关系:波速=频率×波长。
3. 反射、折射和衍射当波遇到边界或介质发生了改变时,会发生反射、折射和衍射现象。
反射是指波遇到物体边界时被反射回来的现象;折射是指波从一种介质传播到另一种介质时改变传播方向的现象;衍射是指波遇到间隙或障碍物时发生偏折的现象。
四、振动的特性振动是指物体在平衡位置附近做往复的周期性运动。
振动有以下几个特性:1. 振幅振幅是指物体从平衡位置最大偏离的位置,它与振动的能量大小有关。
振幅越大,物体的振动能量越大。
2. 频率和周期振动的频率是指单位时间内振动的次数,单位为赫兹;周期是指物体完成一个完整振动所需要的时间,单位为秒。
频率和周期之间有以下关系:频率=1/周期。
3. 谐振当外力和阻力相等时,物体会发生谐振现象,即振动的幅度达到最大值。
4. 能量转换振动的能量可以相互转换,如机械能转化为热能、声能等。
总结:高考物理中的振动和波是一个重要的知识点,涉及到许多实际生活中常见的现象和物理原理。
专题训练13 机械振动与机械波一、选择题(第1~6题为单选题,第7~10题为多选题)1.一个弹簧振子,在光滑水平面上做简谐运动,如图所示,当它从左向右恰好经过平衡位置时,与一个向左运动的钢球发生正碰,已知碰后钢球沿原路返回,并且振子和钢球不再发生第二次碰撞。
则下面的情况中不可能出现的是()A.振子继续作简谐振动,振幅和周期都不改变B.振子继续作简谐振动,振幅不变而周期改变C.振子继续作简谐振动,振幅改变而周期不变D.振子停止运动2.如图所示为同一地点的两个单摆甲、乙的振动图象,下列说法正确的是()A.甲单摆的摆长大于乙单摆的摆长B.甲摆的机械能比乙摆的大C.在t=1 s时有正向最大加速度的是乙摆D.由图象可以求出当地的重力加速度3.如图是某横波的波形图,实线表示某时刻的波形,虚线表示0.2 s后的波形图,以下说法正确的是()A.若波向左传播,则它传播的距离可能是5 mB.若波向右传播,则它的最大周期是0.8 sC.若波向左传播,则它的波速可能是45 m/sD.若波速为35 m/s,则波的传播方向向右4.飞力士棒(Flexi-bar)是德国物理治疗师发明的一种物理康复器材,也是一种有效加强躯干肌肉功能的训练器材。
标准型飞力士棒整体结构由中间的握柄,两端负重头,用一根PVC软杆连接,质量为508 g,长度为1.525 m,棒的固有频率为4.5 Hz,如图所示,可以使用双手进行驱动,则下列关于飞力士棒的认识正确的是()A.使用者用力越大飞力士棒振动越快B.随着手振动的频率增大,飞力士棒振动的幅度一定越来越大C.双手驱动该飞力士棒每分钟振动270次全振动,会产生共振D.负重头质量相同,同样材料的PVC杆缩短,飞力士棒的固有频率不变5.如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图乙为介质中x =2 m 处的质点P 以此时刻为计时起点的振动图像。
下列说法不正确的是( )A .这列波沿x 轴正方向传播B .这列波的传播速度是20 m/sC .经过0.1 s ,质点Q 的运动方向沿y 轴负方向D .经过0.35 s ,质点Q 距平衡位置的距离大于质点P 距平衡位置的距离 6.如图甲所示,在同一介质中,波源为1S 与2S 频率相同的两列机械波在0t =时刻同时起振,波源1S 的振动图像如图乙所示;波源为2S 的机械波在0.25s t =时波的图像如图丙所示。
振动和波
一、特别提示
1、从受力和运动两个方面分析简谐运动的特点及简谐运动中能量转化。
2、灵活应用简谐运动模型——单摆、弹簧振子。
3、加深理解波是传递振动形式和波是能量传递的一种方式。
4、注意理解波的图象及波的形成过程。
5、注意横波中介质质点运动路程与波传播距离的区别。
6、波由一种介质传到另一介质中,波的频率不变,波速由介质决定与频率无关。
7、据质点运动方向能正确判断出简谐横波的传播方向。
8、应用f v λ=公式时应注意时间和空间的周期性。
9、波的干涉中,应注重理解加强和减弱的条件。
二、典型例题
例1 如图5-1,在质量为M 的无底的木箱顶部用一轻弹簧悬
挂质量均为m )(m M >>的A 、B 两物体,箱子放在水平面上,平
衡后剪断A 、B 间细线,此后A 将做简谐振动,当A 运动到最高点
时,木箱对地面的压力为:( )
A 、Mg
B 、g m M )(-
C 、g m M )(+
D 、g m M )2(+
解 剪断A 、B 间细绳后,A 与弹簧可看成一个竖直方向的弹簧振子模型,因此,在剪断瞬间A 具有向上的大小为g 的加速度,当A 运动到最高点时具有向下的大小为g 的加速度(简谐运动对称性),此时对A 来说完全失重,从整体法考虑,箱对地面的作用力为Mg ,选A 。
评析 注意应用弹簧振子模型中运动的对称性,及超重、失重知识,注重物理过程的分析,利用理想化模型使复杂的物理过程更加简单。
例2 如图5-2,有一水平轨道AB ,在B 点处与半径R=160m
的光滑弧形轨道BC 相切,一质量为M=0.99kg 的木块静止于B
处,现有一颗质量为kg m 10=的子弹以s m v /5000=的水平
速度从左边射入木块且未穿出,如图所示,已知木块与该水平
轨道的动摩擦因数5.0=μ,2/10s m g =,试求子弹射入木块
后,木块需经多长时间停止?)996.05(cos =︒
解 子弹射入木块由动量守恒定律得子弹和木块的共同速度为
s m m M mv v /5)/(0=+=
子弹和木块在光滑弧形轨道BC 上的运动可看作简谐运动,s g R T π=π=82,s T t π==42/1,子弹在水平轨道上作匀减速运动加速度2/5)/(s m M m f a =+=,
s t 11=,s t t t )41(21π+=+=
评析 注意子弹击中木块过程中有机械能损失,子弹冲上圆弧及返回过程中,为一变速圆周运动,运动时间无其它办法求解,只能利用简谐运动中的单摆模型;所以建立和应用物理模型在物理学习中是至关重要的。
例3 如图5-3,一列横波沿x 轴传播,波速s m v /6=。
当位于cm x 31=处的A 质点在x 轴上方的最大位移处时,位于
cm x 62=处的质点恰好在平衡位置,且振动方向沿y 轴负方
向,求这列波的频率f 。
解 设波沿x 轴正方向传播,当波长最长时,A 、B 之间
的波形如图5-3a 示,由波的周期性,有λ+λ=∆n x 4
3,由f v λ=得Hz n f )34(50+=, ,2,1,0=n ;同理波沿x 轴负方向传播,当波长最长时,A 、B 之间的波形如图5-3b 示,
有
Hz n f )14(50+=, ,2,1,0=n
评析 应注意A 、B 两点间水平距离与波长的关系考虑波长的空间周期性及波传播方向的双向性。
例4 某质点在坐标原点O 处做简谐运动,其振幅是0.05m ,振动周期为0.4s ,振动在介质中沿x 轴正方向直线传播,传播速度为1m/s ,已知它在平衡位置O 向上开始振动,振动0.2s 后立即停止振动,则停止振动后经过0.2s 时间的波是图5-4中的( ) 解 由题意得,振动在介质中沿x 轴正向直线传播,且开始振动时方向向上,由此可知介质中各质
点的起振方
向均向上,由
于振动周期
为0.4S ,而振
源振动0.2S
后立即停止
振动,所以形成的是半个波长的脉冲,波形一定在x 轴上方,振源停止振动后经过0.2S ,波形沿x 轴正方向平移半个波长即0.2m ,波形不变,故选B 。
评析 此题应注意的是O 点起振时方向是向上的,振动传播至任何一点该点的起振方向均应向上,0.4S 振动向外传播一个波长。
应用简谐横波中介质质点振动方向与传播方向的关系,是解此类题的关键。
例5 振幅是2cm 的一列简谐波,以12m/s 的速度沿x 轴正方向传播,在传播方向
上有A 、B 两质点,A 的平衡位置m x 41=,B 的平衡位置m x 102=。
已知A 在最大位移处时,B 正在平衡位置处向y -方向运动,试求这列波的频率的值。
解 当A 在正向最大位移处时,AB 间距离最少为
λ43,考虑波动空间的周期性,应有AB=),2,1,0)(43( =λ+λn n ,即有λ+λ4
3n =6,根据f v λ=知:),2,1,0()4
3(2/ =+=λ=n Hz n v f ;同理,当A 在正向最大位移处时,AB 间距离最少为λ4
1,考虑波动空间的周期性,应有AB=),2,1,0)(41( =λ+λn n ,即有λ+λ41n =6,根据f v λ=知:),2,1,0()4
1(2/ =+=λ=n Hz n v f ;因此这列波的频率值为Hz n v f )43(2/+=λ=或),2,1,0()4
1(2/ =+=λ=n Hz n v f 评析 应注意A 、B 两点水平距离与波长的关系考虑波长的空间周期性,另应注意A 点是在正向还是在负向最大位移处。
例6 如图5-5,表示两列同频率相干水波在t=0时刻的叠加情
况,图中实线表示波谷,已知两列波的振幅均为2cm (且在图示范围
内振幅不变)。
波速为2m/s ,波长为0.4m ,E 点是BD 连线和AC 连线
的交点,下列说法正确的是( )
A 、A 、C 两点是振动减弱点
B 、E 点是振动加强点
C 、B 、
D 两点在该时刻的竖直高度差4cm
D 、t=0.05s 时,
E 点离平衡位置的位移大小2cm
解 A 、C 两点均波峰与波谷叠加,使振动减弱,故A 正确。
E
点为AC 与BD 连线的交点,它到波峰CD 及波谷BC 距离相等,因两列波传播速率相等,故将同一时刻在E 点叠加,故E 点振动减弱,B 错;B 、D 两点均为加强点其振幅均为4cm ,故此时两点的高度差8cm ,C 错。
波的周期T=0.2s ,t=0.05s=T/4,t=0时,E 点处于平衡位置,经T/4周期,其位移大小为4cm ,故D 错。
应选A 。
评析 此题重点考查波的干涉中加强与减弱的条件,即波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇是加强,波峰与波谷相遇是减弱,应切实抓住这一点。