专题15 机械振动机械波-三年（2020-2022）高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用）

全国三年（2020-2022）高考物理真题分项汇编 专题15　机械振动机械波 【考纲定位】 近3年考情分析 考点要求 等级要求 考题统计 机械振动 Ⅱ 2022 2021 2020 机械波 Ⅱ 全国乙卷·T34（1） 全国甲卷·T34 全国乙卷·T34 Ⅰ卷·T34（2） Ⅱ卷·T34（1） 【知识重现】 知识点一　简谐运动及简谐运动的描述 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）靠近平衡位置时，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 周期性特征 质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为 对称性特征 关于平衡位置O对称的两点，速度的大小、动能、势能相等，相对平衡位置的位移大小相等 2.对简谐运动的图象 简谐运动图像 简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线，如图甲、乙所示 图象反映的是位移随时间的变化规律，随时间的增加而延伸，图象不代表质点运动的轨迹。 由简谐运动图象可获取的信息 （1）确定振动的振幅A和周期T。（如图所示） （2）确定质点在任一时刻的位移。 （3）判断各时刻质点的振动方向 ①下一时刻位移若增加，质点的振动方向是远离平衡位置； ②下一时刻位移如果减小，质点的振动方向指向平衡位置。 （4）判断质点各时刻的加速度（回复力）的大小和方向 （5）判断质点各时刻的势能、动能的大小：质点的位移越大，它所具有的势能越大，动能则越小。 知识点二　单摆及单摆的周期与摆长公式 单摆的受力特征 （1）回复力：摆球重力沿与摆线垂直方向分力，F回＝mgsinθ＝x＝－kx，负号表示回复力F回与位移x的方向相反 （2）向心力：摆线的拉力和摆球重力沿摆线方向分力的合力充当向心力，F向＝FT－mgcosθ。 （3）两点说明 ①当摆球在最高点时，F向＝＝0，FT＝mgcosθ。 ②当摆球在最低点时，F向＝，F向最大，FT＝mg＋m。 周期公式 T＝2π l为等效摆长，表示从悬点到摆球重心的距离 g为当地重力加速度 知识点三　自由振动、受迫振动和共振的比较 振动类型 自由振动 受迫振动 共振 受力情况 仅受回复力 受驱动力 受驱动力 振动周期 或频率 由系统本身性质决定，即固有周期T0或固有频率f0 由驱动力的周期或频率决定，即T＝T驱或f＝f驱 T驱＝T0或 f驱＝f0 振动能量 振动物体的机械能不变 由产生驱动力的物体提供 振动物体获得的能量最大 常见例子 弹簧振子或单摆（θ≤5°） 机械工作时底座发生的振动 共振筛、声音的共鸣等 知识点四　简谐波产生及波的描述 1.由波的传播方向判定质点振动方向的方法 方法解读 图象演示 “上下坡”法 沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动 “同侧”法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧 “微平移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向 2.两种图象的比较 振动图象 波的图象 图象 物理 意义 表示某质点各个时刻的位移 表示某时刻各质点的位移 图象 信息 （1）质点振动周期 （2）质点振幅 （3）各时刻质点位移 （4）各时刻速度、加速度方向 （1）波长、振幅 （2）任意一质点在该时刻的位移 （3）任意一质点在该时刻加速度方向 （4）传播方向、振动方向的互判 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 类比 理解 记录一个人在一段时间内活动的录像带 记录在某时刻许多人的动作的集体照 形成波的多解的两种类型 双向性形成多解 传播方向双向性：波的传播方向不确定 振动方向双向性：质点振动方向不确定 周期性形成多解 时间的周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确 空间的周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确 知识点五　波的干涉及衍射现象 1．波的干涉现象中振动加强点、减弱点的两种判断方法 （1）波形图法 如图所示，在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰（或波谷与波谷）的交点（如图中的P、Q）一定是加强点，而波峰与波谷的交点（如图中的R、S）一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线