(江苏专版)2019年高考物理总复习课时作业五十四机械波的描述.doc

高考物理一轮复习：机械波知识点机械振动在介质中的传播称为机械波(mechanical wave)。

机械波与电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波由机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生;机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播，而电磁波(例如光波)可以在真空中传播;机械波可以是横波和纵波，但电磁波只能是横波;机械波与电磁波的许多物理性质，如：折射、反射等是一致的，描述它们的物理量也是相同的。

常见的机械波有：水波、声波、地震波。

机械振动产生机械波，机械波的传递一定要有介质,有机械振动但不一定有机械波产生。

形成条件波源波源也称振源，指能够维持振动的传播，不间断的输入能量，并能发出波的物体或物体所在的初始位置。

波源即是机械波形成的必要条件，也是电磁波形成的必要条件。

波源可以认为是第一个开始振动的质点，波源开始振动后，介质中的其他质点就以波源的频率做受迫振动，波源的频率等于波的频率。

介质广义的介质可以是包含一种物质的另一种物质。

在机械波中，介质特指机械波借以传播的物质。

仅有波源而没有介质时，机械波不会产生，例如，真空中的闹钟无法发出声音。

机械波在介质中的传播速率是由介质本身的固有性质决定的。

在不同介质中，波速是不同的。

下表给出了0℃时，声波在不同介质的传播速度，数据取自《普通高中课程标准实验教科书-物理(选修3-4)》(2019年)[1]。

单位v/ms^-1传播方式与特点质点的运动机械波在传播过程中，每一个质点都只做上下(左右)的简谐振动，即，质点本身并不随着机械波的传播而前进，也就是说，机械波的一质点运动是沿一水平直线进行的。

例如：人的声带不会随着声波的传播而离开口腔。

简谐振动做等幅震动,理想状态下可看作做能量守恒的运动.阻尼振动为能量逐渐损失的运动.为了说明机械波在传播时质点运动的特点，现已绳波(右下图)为例进行介绍，其他形式的机械波同理[1]。

绳波是一种简单的横波，在日常生活中，我们拿起一根绳子的一端进行一次抖动，就可以看见一个波形在绳子上传播，如果连续不断地进行周期性上下抖动，就形成了绳波[1]。

2019届高考物理江苏专版一轮复习课时检测（四十四）机械波4L，B错误；经过14T，P位于波峰，所以18T时，P在平衡位置上方，C正确；在38T时，P正在从波峰向平衡位置运动，速度方向竖直向下，D错误。

2.[多选]如图为一列横波在某一时刻的波形，这时位于平衡位置的质点A正向－y方向运动，且经0.2 s质点A 再一次经过平衡位置并向＋y方向运动，则这列横波()A．向左传播B．波长为8 mC．周期0.2 s D．波速为20 m/s解析：选BD图示时刻A点的振动方向向下，根据“上下坡法”，可知波向右传播，故A 错误；由题图读出，波长λ＝8 m，故B正确；位于平衡位置的质点A正向－y方向运动，且经0.2 s质点A再一次经过平衡位置并向＋y方向运动，得到A的振动周期为0.4 s，即波的周期为0.4 s，故C错误；根据波速公式可知，波速v＝λT＝80.4m/s＝20 m/s，故D正确。

3.[多选](2019·台江期中)一列简谐横波在x轴上传播，某时刻的波形图如图所示，图中每小格代表1 m，a、b、c为三个质点，a正向上运动。

由此可知()A．该波沿x轴正方向传播B．c正向上运动C．该时刻以后，b比c先到达平衡位置D．该时刻以后，b比c先到达离平衡位置最远处解析：选AC a点正向上运动，根据“同侧法”，故波向右传播，即该波沿x轴正方向传播，故A正确；根据波形的平移规律，c点正向下运动，故B错误；此时b向上运动，c向下运动，所以b比c先到达平衡位置，故C正确，D错误。

4.(2019·南京一模)一列简谐横波在均匀介质中沿x 轴正方向传播，波源位于坐标原点，在t ＝0时刻波源开始振动，在t ＝3 s 时刻的波形如图所示。

求：(1)该波沿x 方向传播的速度；(2)7 s 内x ＝2 m 处质点运动的路程。

解析：(1)根据v ＝Δx Δt ＝3 m 3 s＝1 m/s 。

(2)由图34λ＝3 m ，得λ＝4 m 周期T ＝λv ＝41s ＝4 s 经2 s 位于x ＝2 m 处质点开始起振实际振动时间t ＝5 s ＝T ＋T 4所以x ＝2 m 处质点运动的路程：s ＝4A ＋A ＝5A ＝50 cm 。

课时作业 二十三 实验五： 验证机械能守恒定律(限时：45分钟)(班级________ 姓名________)1．在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重物减少的重力势能总是略大于重物增加的动能，造成这种现象的原因是( )A ．选用的重物质量过大B ．选用的重物质量过小C ．空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力D ．实验时操作不规范，实验数据测量不准确2．为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用实验系统设计了一个实验，实验装置如图所示，图中A 、B 两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度．在实验中测得一物体自由下落经过A 点时的速度是v 1，经过B 点时的速度是v 2，为了证明物体经过A 、B 两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个步骤，你认为其中不必要或者错误的是( )第2题图A ．用天平测出物体的质量B ．测出A 、B 两点间的竖直距离C ．利用12mv 22－12mv 21算出物体从A 点运动到B 点的过程中动能的变化量D ．验证v 22­v 21与2gh 是否相等3．与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a 、b 分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a 、b 间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用图所示装置验证机械能守恒定律．图乙中AB 是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出．让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2s 、2.00×10－2s.已知滑块质量为2.00 kg ，滑块沿斜面方向的宽度为5.00 cm ，光电门1和2之间的距离为0.540 m ，g ＝9.80 m/s 2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度．(结果保留三位有效数字)甲 乙第3题图(1)滑块通过光电门1时的速度v 1＝______m/s ，通过光电门2时的速度v 2＝______m/s ； (2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为______J ，重力势能的减少量为______J. 4．某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6 V 、50 Hz 的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O 点为重锤下落的起点，选取的计数点为A 、B 、C 、D ，各计数点到O 点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8 m/s 2，若重锤质量为1 kg.(1)打点计时器打出B 点时，重锤下落的速度v B ＝____m/s ，重锤的动能E kB ＝______J.第4题图(2)从开始下落算起，打点计时器打B 点时，重锤的重力势能减小量为______J.(3)根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B 点的过程中，得到的结论是____________________________________________．5．某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6 V 的交流电和直流电，交流电的频率为50 Hz.重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律．甲乙(1)他进行了下面几个操作步骤： A ．按照图示的装置安装器件B ．将打点计时器接到电源的“直流输出”上C ．用天平测出重锤的质量D ．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带E ．测量纸带上某些点间的距离F ．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能 其中没有必要进行的步骤是______，操作不当的步骤是______．(填选项字母)(2)这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示，其中O 点为起始点，A 、B 、C 、D 、E 、F 为六个计数点．根据纸带上的测量数据，可得出打B 点时重锤的速度为______m/s.(保留3位有效数字)(3)他根据纸带上的数据算出各点的速度v ，量出下落距离h ，并以v 22为纵轴、以h 为横轴，作画出的v 22­h 图象，应是图丙中的______．丙 丁第5题图(4)他进一步分析，发现本实验存在较大误差，为此对实验设计进行了改进，用如图丁所示的实验装置来验证机械能守恒定律：通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器(图中未画出)记录挡光时间t，用毫米刻度尺测出A、B之间的距离h，用游标卡尺测得小铁球的直径d.重力加速度为g.实验前应调整光电门位置使小铁球下落过程中球心通过光电门中的激光束．则小铁球通过光电门时的瞬时速度v＝________．如果d、t、h、g满足关系式________，就可验证机械能守恒定律．(5)比较两个方案，改进后的方案相比原方案的最主要的优点是：________________________________________________________________________.6．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示．第6题图(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30 mm；③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝______cm；④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量的字母写出下列所示物理量的表达式：①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝______和v2＝______．②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1＝______和E k2＝______．③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔE p减＝______(重力加速度为g)．(3)如果ΔE p减＝______，则可认为验证了机械能守恒定律．7．某实验小组采用如图甲所示的装置来探究“功与速度变化的关系”，实验中，小车经过光电门时，钩码尚未到达地面．(1)实验步骤如下：第一步：用螺旋测微器测得挡光片的宽度d如图所示，则d＝______mm.第7题图第二步：把挡光片固定在小车上，把小车放到轨道上，用细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘．第三步：保持轨道水平，在砝码盘里放适量砝码，让小车由静止开始做匀加速运动，释放后，记录光电门的挡光时间t ，测出光电门距离挡光片前端的距离x .第四步：小车仍由同一点静止释放，仅移动光电门，改变x ，多次实验并记录数据．第五步：关闭电源，通过分析小车位移与速度变化的关系来研究合外力做功与速度变化的关系． (2)实验中，该小组同学通过研究小车位移x 与挡光时间t 的关系从而得到合外力做功与速度变化的关系，为了使图象呈现线性关系，该组同学应作____图象．(填序号)A ．x ­tB ．x ­1tC ．x ­t 2D ．x ­1t2课时作业(二十三) 实验五：验证机械能守恒定律1.C 【解析】 造成题中所述误差的主要原因是来自于各方面的阻力，选项C 正确． 2．AC 【解析】 物体重力势能减少量为mgh ，动能增加量为12mv 22－12mv 21，计算gh 和12v 22－12v 21，如果在实验误差允许的范围内gh ＝12v 22－12v 21，则机械能守恒定律得到验证．3．(1)1.00 2.50 (2)5.25 5.29 【解析】 (1)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，v 1＝d Δt 1＝5×10－25×10－2m/s ＝1.00 m/s ，v 2＝d Δt 2＝5×10－22×10－2 m/s ＝2.50 m/s.(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量ΔE k ＝12m (v 22－v 21)＝12×2×(2.52－1)＝5.25 J ，重力势能的减少量ΔE p ＝mgL sin30°＝2×9.8×0.54×12＝5.29 J.4．(1)1.17 0.68 (2)0.69 (3)机械能守恒 【解析】 (1)重锤下落的速度v B ＝h AC2T＝1.17 m/s重锤在打出B 点时的动能E k ＝12mv 2B ＝12×1×1.172J ＝0.68 J.(2)打点计时器打B 点时，重锤的重力势能减小量ΔE p 减＝mgh OB ＝1×9.8×70.5×10－3J ＝0.69 J.(3)由(1)、(2)计算结果可知，重锤下落过程中，在实验允许的误差范围内，动能的增加量等于其重力势能的减少量，机械能守恒．5．(1)C B (2)1.84 (3)C (4)d t d 22t2＝gh (5)消除了纸带与打点计时器间的摩擦影响，提高了测量的精确度，从而减小了实验误差 【解析】 (1)B ：将打点计时器接到电源的“交流输出”上，故B 错误，操作不当．C ：因为我们是比较mgh 、12mv 2的大小关系，故m 可约去比较，不需要用天平，故C 没有必要．故答案为CB.(2)匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出B 点的速度大小为：v B ＝x AC 2T ＝0.2168－0.14310.04m/s ＝1.84 m/s.(3)他继续根据纸带算出各点的速度v ，量出下落距离h ，并以v 22为纵轴、以h 为横轴画出的图象，根据v 22＝gh 知，图线为过原点的倾斜直线，故选C.(4)光电门测速度的原理是用平均速度代替瞬时速度，因此有：v ＝d t ，由于v 22＝gh ，所以d 22t2＝gh .(5)该实验产生误差的主要原因是空气阻力以及纸带与限位孔之间的摩擦力影响，因此实验进行改正之后的主要优点是：没有纸带与打点计时器间的摩擦影响，实验误差减小了．6．(1)60.00(59.96～60.04) (2)①l Δt 1 lΔt 2②12 (M ＋m ) (l Δt 1)2 12(M ＋m )(l Δt 2)2 ③mgs (3)E k2－E k1【解析】 由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当作瞬时速度，挡光条的宽度l 可用游标卡尺测量，挡光时间Δt 可从数字计时器读出，因此，滑块通过光电门的瞬时速度为lΔt，由于质量已用天平测出，所以，滑块的动能就是已知数了．测出动能的增加值，测出重力势能的减少值，如果两者在误差允许范围内相等，就验证了机械能守恒定律．7．(1)5.695(5.694～5.697) (2)D 【解析】 (1)由螺旋测微器读出整毫米数为5.5 mm ，由可动刻度读出毫米的小部分为19.5×0.01＝0.195 mm.则挡光片的宽度为d ＝5.5 mm ＋0．195 mm ＝5.695 mm ；(2)设匀加速运动的加速度为a ，根据动能定理得：ma ·x ＝12mv 2；其中v 2＝(d t)2解得：x＝d 22at 2，由于只改变x ，则加速度a 不变，为了使图象呈现线性关系，该组同学应作x ­1t2图象，故D 正确，ABC 错误．故选D.。

ｌ ，此式只适用于摆角很小 （ θ ＜ ５ʎ ） 的情况㊂ 因此 ｇ
方向相反㊂ 振动物体在位移最大处加速度最大， 通过平衡位置 时加速度为零，此时加速度将改变方向㊂ 度的大小，这样动能随位移的变化情况可参考（２） ㊂ ㊀ （ 多选） 读下表：
０ Ｔ／ ４
（４） 动能（ 标量） ：质量一定的物体， 其动能的大小取决于速 （５） 势能（ 标量） ：随位移增大而增大，随位移减小而减小㊂
出各时刻速度的大小和方向，它们符合以甲作为速度时， 甲行所 同理，若以丙㊁乙表示位移 ｘ，同样，画出振动图像， 标出相应
若丁表示位移 ｘ，根据丁行画出振动图像，如图乙， 在图中标
二㊁单摆
Ｔ ＝ ２π
单摆的振动周期在摆角很小的条件下， 与单摆的振幅无关， 与摆 球的质量也无关㊂ 式中 ｌ 为悬点到球重心的距离， ｇ 为重力加速 度，值得注意的是等效摆长和等效重力加速度的计算㊂ １． 等效摆长 图中，三根 等 长 的 绳 ｌ １ ㊁ ｌ ２ ㊁ ｌ ３ 共 同 系 住 一 密 度 均 匀 的 小 球 ｍ，绳长为 ｌ，球直径为 ｄ， ｌ ２ ㊁ ｌ ３ 与天花板的夹角 α ＜ ３０ʎ ㊂ 若摆 球在纸面内做小角度的左右摆动， 则摆动圆弧的圆心在 Ｏ １ 处， 故等效摆长为 ｌ ＋ ｄ ， 周期 Ｔ１ ＝ ２π ２ ｄ ( ｌ＋ ２ ) ／ ｇ㊂
变化（ 注意 ｖ㊁ａ 的变化趋势相反） ㊂
（２） 运动学特征：ｘ㊁ｖ㊁ａ 均按正弦或余弦规律发生周期性的 （３） 能量特征：系统的机械能守恒，振幅 Ａ 不变㊂
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