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(共66张PPT)
专题整合提升
专题13
机械振动和机械波
【知识网络构建】
1、提炼必备知识
2、突破高考热点
3、链接高考真题
4、课时跟踪训练
1、提炼必备知识
6.波的叠加、波的干涉、衍射现象 (13) 叠加：几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，重叠区域中质点的位移等于几列波单独传播的矢量和。
(14) 干涉：频率相同的两列波叠加时，可以使某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱，形成稳定的干涉图样。
(15) 衍射：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长小时，能看到明显的衍射现象。
7.多普勒效应 (16) 当波源与观察者之间相互靠近(远离)时，观察到的频率增加(减小)。
热点二　机械波
热点一　机械振动
热点三　振动图像与波的图像的综合应用
2、突破高考热点
1.简谐运动的五个特征
受力特征 回复力：F＝－kx，F(或a)的大小与x的大小成正比，方向相反
运动特征 (1)运动学表达式：x＝Asin (ωt＋φ0)。
(2)衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小
能量特征 (1)振幅越大，能量越大。
(2)在运动过程中，系统的动能和势能相互转化，机械能守恒
2.单摆
例1 (多选)[2022·湖南卷·16(1)改编]下端附着重物的粗细均匀木棒，竖直浮在河面，在重力和浮力作用下，沿竖直方向做频率为1 Hz的简谐运动；与此同时，木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动，如图1(a)所示。以木棒所受浮力F为纵轴，木棒水平位移x为横轴建立直角坐标系，浮力F随水平位移x的变化如图(b)所示。已知河水密度为ρ，木棒横截面积为S，重力加速度大小为g。下列说法正确的是(　　 )
ABD
图1
训练1 (2023·广东实验中学高三校考)如图2所示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 cm
B.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
D
图2
训练2 (2023·河北石家庄模拟)如图3甲所示，O点为单摆的固定悬点，在其正下方的P点有一个钉子，现将小球拉开一定的角度后开始运动，小球在摆动过程中的偏角不超过5°。从某时刻开始计时，绳中的拉力大小F随时间t变化的关系如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2，忽略一切阻力。下列说法正确的是(　　)
A.t＝0.1π s时小球位于B点
B.t＝0.4π s时小球位于C点
C.O、A之间的距离为1.5 m
D.O、P之间的距离为1.2 m
D
图3
机械波的特点及性质
形成条件 (1)波源；(2)传播介质，如空气、水等
传播特点 (1)机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移
(2)介质中各质点振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同
(3)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A，位移为零
(4)一个周期内，波向前传播一个波长
波的图像及各量关系
v＝λf
例2 (2023·山东日照一模)如图4所示，一列简谐横波在xOy平面内沿x轴负方向传播，波速为8 m/s，振幅为4 m，M、N是平衡位置相距4 m的两个质点。t＝0时刻，M通过其平衡位置沿y轴正方向运动，N位于其平衡位置上方最大位移处。已知该波的周期大于1 s，则下列说法正确的是(　　)
A.该波的周期为3 s
B.从t＝0到t＝0.5 s，M向左移动了4 m
C.在t＝0.5 s时，N的速度也一定为8 m/s
D.从t＝0到t＝0.5 s，N运动的路程为4 m
D
图4
训练3 (2023·广东模拟预测)如图5甲所示，在xOy平面内有两个沿z轴方向做简谐运动的点波源S1(0，4 m)和S2(0，－2 m)，两波源的振动图像分别如图乙和图丙所示。已知图甲中三个点的位置为点A(8 m，－2 m)、点B(4 m，1 m)和点C(0，0.5 m)，两列波的波速均为1 m/s，下列说法正确的是(　　)
A.两列波的波长均为3 m
B.两波源起振方向相同
C.两列波引起点A处振动加强
D.两列波引起点B处振动减弱，而点C处振动加强
D
图5
训练4 (2023·河北沧州高三统考期末)图6甲和乙分别为同一列沿x轴传播的简谐横波上x1＝4 m、x2＝10 m处的质点的振动图像，则该简谐横波的传播速度可能为(　　)
A.6 m/s B.5 m/s C.4 m/s D.3 m/s
C
图6
例3 (多选)(2023·山东潍坊高三期末)一列沿x轴传播的简谐横波，t＝0.8 s时的波形如图7甲所示，质点N的平衡位置为xN＝11 m, 质点M的振动图像如图乙所示，下列说法正确的是(　　)
图7
BD
方法指导
振动图像与波的图像综合问题的分析方法
训练5 (多选)(2023·辽宁鞍山统考一模)某列简谐横波在t1＝0时刻的波形如图8甲中实线所示，t2＝3.0 s时刻的波形如图甲中虚线所示，若图乙是图甲a、b、c、d四点中某质点的振动图像，则下列说法正确的是(　　)
A.这列波的周期为4 s
B.波速为0.5 m/s
C.图乙是质点b的振动图像
D.从t1＝0到t2＝3.0 s这段时间内，质点a
通过的路程为1.5 m
AB
图8
训练6 (多选)(2023·山东统考一模)在某种介质中，一列沿x轴传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图如图9甲所示，此时质点A在波峰位置，质点D刚要开始振动，质点C的振动图像如图乙所示；t＝0时刻在D点有一台机械波信号接收器(图中未画出)，正以2 m/s的速度沿x轴正方向匀速运动，下列说法正确的是(　　)
A.质点D的起振方向沿y轴负方向
B.t＝0.15 s时质点B回到平衡位置
C.信号接收器接收到该机械波的频率小
于2.5 Hz
D.若改变振源的振动频率，则机械波在该介质中的传播速度也将发生改变
BC
图9
3、链接高考真题
B
1.(2023·1月浙江选考，6)主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波，某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图10所示，取得最好降噪效果的抵消声波(声音在空气中的传播速度为340 m/s)(　　)
图10
A.振幅为2A
B.频率为100 Hz
C.波长应为1.7 m的奇数倍
D.在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相
BC
图11
A
C
4.(2023·海南卷，4)如图12所示分别是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，下列说法正确的是(　　)
图12
A.该波的周期是5 s B.该波的波速是3 m/s
C.4 s时P质点向上振动 D.4 s时Q质点向上振动
（限时：40分钟）
4、课时跟踪训练
B
1.(2023·北京石景山高三期末)图1甲中的装置水平放置，将小球从平衡位置O拉到A后释放，小球在O点附近来回振动；图乙中被细绳拴着的小球由静止释放后可绕悬点来回摆动。若将上述装置安装在太空中的我国空间站内进行同样操作，下列说法正确的是(　　)
A级　基础保分练
图1
A.甲图中的小球将保持静止
B.甲图中的小球仍将来回振动
C.乙图中的小球仍将绕悬点来回摆动
D.乙图中的小球将绕悬点做圆周运动
解析　甲图中小球在弹力作用下，做机械振动，A错误，B正确；乙图中小球处于完全失重状态，细绳对小球没有弹力作用，则小球处于静止状态，C、D错误。
2.(2023·江苏泰州高三期末)如图2所示，《我爱发明》节目《松果纷纷落》中的松果采摘机利用机械臂抱紧树干，通过采摘振动头振动而摇动树干，使得松果脱落，则下列说法正确的是(　　)
B
A.随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大
B.稳定后，不同粗细树干的振动频率与振动器的振动
频率相同
C.若拾果工人快速远离采摘机时，他听到采摘机振动
声调变高
D.针对不同树木，落果效果最好的振动频率一定相同
图2
解析　采摘振动头振动频率和树干的固有频率相同时，树干发生共振，振幅最大，落果效果最好，针对不同树木，固有频率不同，落果效果最好的振动频率也不同，故A、D错误；树干在振动器的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，故B正确；根据多普勒效应，拾果工人快速远离采摘机，他会感到采摘机振动声调降低，故C错误。
3.(2023·河北唐山统考一模)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3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(　　)
D
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/s
C.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
图3
解析　因A部分中波峰间距是B部分中波峰间距的2倍，可知波在A部分中的波长等于B部分中的波长的2倍，即λA＝2λB，则在A部分中更容易发生衍射现象，选项A错误；波在两部分中传播时周期和频率不变，则λA＝vAT，λB＝vBT，在A部分中的波速为vA＝1.2 m/s，选项B、C错误；波在两种介质中的传播速度不相等，则在两部分交界面发生了折射现象，选项D正确。
4.(2023·海南统考一模)一列简谐横波沿x轴传播，图4甲是t＝2 s时刻该简谐横波的波形图；图乙是平衡位置在x＝3 m处的质点P的振动图像，下列说法正确的是(　　)
A
A.简谐横波沿x轴正方向传播
B.简谐横波的频率为2 Hz
C.简谐横波的波速为1 m/s
D.t＝1.5 s时质点P在波峰
图4
5.(多选)(2023·山东淄博统考一模)一列简谐波在均匀介质中沿直线传播，在该波上有a、b两质点，其平衡位置相距5 m，该波由b向a传播，且a、b两质点的振动图像如图5所示。下列描述该波的波动图像可能正确的是(　　)
AD
图5
CD
图6
7.(多选)(2023·湖南岳阳模拟预测)某运动员在花样游泳比赛中，用手拍皮球，水波向四周散开，简化为如图7所示，波源O起振方向向下，垂直于水平介质平面做简谐运动，所激发的横波在均匀介质中向四周传播。t＝0时，离O点10 m的质点A开始振动；t＝2 s时，离O点20 m的质点B开始振动，此时质点A第3次(刚开始振动时记为0次)回到平衡位置。下列说法正确的是(　　)
AC
A.t＝2 s时，质点A振动方向向上
B.t＝1 s时，AB连线中点的质点刚开始振动
C.该波遇到1 m的障碍物，会发生明显的衍射现象
D.该波与周期为2 s的波相遇，会发生稳定的干涉现象
图7
8.(多选)(2023·湖南衡阳模拟预测)在某一均匀介质中由波源O发出的简谐横波在x轴上传播，某时刻的波形如图8，其波速为5 m/s，则下列说法正确的是(　　)
AD
A.此时P(－2 m，0)、Q(2 m，0)两点运动方向相同
B.能与该波发生稳定干涉的横波的频率一定为3 Hz
C.波的频率与波源的振动频率无关
D.从图示时刻开始，Q点的振动方程可以表示为y＝－20 sin(5πt)cm
图8
9.(2023·北京四中校考模拟预测)如图9所示是一列简谐横波t＝0时刻的图像，经过时间Δt＝1.2 s，恰好第三次重复出现图示的波形。根据以上信息，下面各项不能确定的是(　　)
C
A.波的传播速度的大小
B.经过Δt＝0.3 s时间，质点P通过的路程
C.t＝0.6 s时刻质点P的速度方向
D.t＝1.0 s时刻的波形图
B级　提能增分练
图9
10.(多选)(2023·山东青岛一模)一列简谐横波沿x轴正方向传播，图10甲是t＝0时刻的波形图，图乙和丙分别是x轴上某两处质点的振动图像。这两质点平衡位置之间的距离可能是(　　)
AC
图10
A.0.5 m B.1.8 m C.1.9 m D.2.0 m
11.(2023·湖南卷，3)如图11(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(　　)
C
A.这三列波的波速均为2 m/s
B.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
图11
12.(2023·山西高三校联考)两列简谐横波在某一均匀介质中相向传播，波源M(0，0)产生的波沿x轴正方向传播，波源N(9 m，0)产生的波沿x轴负方向传播。t＝0时刻某一波源先开始振动，t＝0.2 s时M、N间的波形图如图12所示。此时平衡位置位于x＝2 m和x＝8 m的两个质点都在波峰位置，下列说法正确的是(　　)
D
C级　培优高分练
图12

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