专题15 机械振动和机械波-三年（2020-2022）高考真题物理分项汇编（山东专用）

2020-22年三年年山东卷高考汇编 专题15 机械振动和机械波 【考纲定位】 高考命题点 考纲要求 高考真题 1.简谐运动及描述 通过实验，认识简谐运动的特征；能用公式和图象描述简谐运动. 2.单摆及周期公式 通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系；知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系；会用单摆测量重力加速度的大小. 3.受迫振动和共振 通过实验，认识受迫振动的特点；了解产生共振的条件及其应用. 4.机械波及描述 通过观察，认识波的特征；能区别横波和纵波；能用图象描述横波；理解波速、波长和频率的关系. 2022·山东·高考T9 2021·山东·高考T10 2020·山东·高考T4 【知识重现】 一、简谐运动 1．定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x—t图象)是一条正弦或余弦曲线，这样的振动叫简谐运动． 2．简谐运动的图象 (1)意义：表示振动物体的位移随时间变化的规律． (2)从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asin ωt，图象如图所示． 3．简谐运动的能量 简谐运动过程中动能和势能相互转化，机械能守恒，振动能量与振幅有关，振幅越大，能量越大． 二、单摆 1．定义：在细线的一端拴一个小球，另一端固定在悬点上，如果线的伸长和质量都不计，球的直径比摆线短得多，这样的装置叫单摆． 2．做简谐运动的条件：摆角小于10°. 3．回复力：由小球所受重力沿切线方向的分力提供，即 F＝G2＝Gsin θ＝x，F的方向与位移x的方向相反． 4．周期公式：T＝2π.单摆的振动周期取决于摆长l和重力加速度g，与振幅和振子的质量都没有关系． 三、受迫振动和共振 1．受迫振动 振动系统在周期性外力作用下的振动叫受迫振动．其振动频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关． 2．共振 当驱动力的频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大．其共振曲线如图所示． 四、机械波 1．机械波的形成和传播 (1)产生条件：①有波源；②有传播振动的介质，如空气、水、绳子等． (2)传播特点：①传播振动形式、能量和信息；②介质中各质点的振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同． 2．机械波的分类 (1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，有波峰(凸部)和波谷(凹部)． (2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上的波，有疏部和密部． 3．波长、波速、频率及其关系 (1)波长：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，用λ表示． (2)波速：波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定． (3)频率：由波源决定，等于波源的振动频率． (4)波长、波速和频率的关系：v＝λf＝. 4．波的图象 (1)图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置；用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线． (2)意义：某一时刻介质中各个质点相对平衡位置的位移． 五、波的特有现象 1．波的衍射 波可以绕过障碍物继续向前传播的现象叫波的衍射．发生 明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显的衍射现象． 2．波的干涉 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振幅增大、某些区域的振幅减小，而且增大与减小的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉． 3．多普勒效应 由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感觉到频率变化的现象．如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小． 【真题汇编】 1．（2022·山东·高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如右图所示。当时，简谐波的波动图像可能正确的是（       ） A． B． C． D． 【答案】AC 【解析】 由O点的振动图像可知，周期为T=12s，设原点处的质点的振动方程为 则 解得 在t=7s时刻 因 则在t=7s时刻质点在y轴负向向下振动，根据“同侧法”可判断若波向右传播，则波形为C所示；若波向左传播，则波形如A所示。 故选AC。 2．（2021·山东·高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，如图所示，实线为时的波形图，虚线为时的波形图。以下关于平衡位置在O处质点的振动图像，可能正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】AC 【解析】 机械波的传播方向不确定，所以需要考虑机械波传播方向的不确定性。 AB．若机械波沿轴正方向传播，在时点振动方向竖直向上，则传播时间满足 （n=0，1，2，3…） 解得 （n=0，1，2，3…） 当时，解得周期 A正确，B错误； CD．若机械波沿轴负方向传播，在时点处于波谷，则 （n=0，1，2，3…） 解得 （n=0