重难点06 机械振动与机械波-2023年高考物理【热点·重点·难点】专练（上海专用）

重难点06 机械振动与机械波 一、简谐运动的两种基本模型 弹簧振子（水平） 单摆 模型示意图 条件 忽略弹簧质量、摩擦等阻力 细线不可伸长、质量忽略、无空气等阻力、摆角很小 平衡位置 弹簧处于原长处 最低点 回复力 弹簧的弹力提供 摆球重力沿与摆线垂直（切向）方向的分力 周期公式 （不作要求） 能量转化 弹性势能与动能的相互转化 机械能守恒 重力势能与动能的相互转化 机械能守恒 二、简谐运动的振动图像 （1）表达式x＝Asin（ωt+φ）。 （2）物理意义：表示振子的位移随时间变化的规律，为正弦（或余弦）曲线。 （3）从平衡位置开始计时，函数表达式为x＝Asinωt，图象如图1所示。 从最大位移处开始计时，函数表达式为x＝Acosωt，图象如图2所示。 三、横波的波动图像 如图所示为一横波的波形图。纵坐标表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移，横坐标表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置。它反映了在波传播的过程中，某一时刻介质中各质点的位移在空间的分布。简谐波的图象为正弦（或余弦）曲线。 四、波的传播方向与质点的振动方向的判断 图象 方法 （1）微平移法：沿波的传播方向将波的图象进行一微小平移，然后由两条波形曲线来判断。例如：波沿x轴正向传播，t时刻波形曲线如左图中实线所示。将其沿v的方向移动一微小距离△x，获得如左图中虚线所示的图线。可以判定：t时刻质点A振动方向向下，质点B振动方向向上，质点C振动方向向下。 （2）“上、下坡”法：沿着波的传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向上振动，即“上坡下，下坡上”。 例如：左图中，A点向上振动，B点向下振动，C点向上振动。 （3）同侧法：质点在振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧。如左图所示。 五、波长、频率和波速的关系 （1）波长λ：两个相邻的、在振动过程中对平衡位置的位移总是相同的质点间的距离叫波长。 在横波中，两个相邻波峰（或波谷）间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部（或疏部）间的距离等于波长。 （2）频率f：波的频率由波源决定，无论在什么介质中传播，波的频率都不变。 （3）波速v：单位时间内振动向外传播的距离。波速的大小由介质决定。 （4）波速与波长和频率的关系：v＝λf。 六、波的干涉与波的衍射的比较 定义 现象 可观察到明显现象的条件 相同点 波的衍射 波可以绕过障碍物 继续传播的现象 波能偏离直线而传到直线传播以外的空间 缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长 干涉和衍射是波特有的现象 波的干涉 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱的现象 振动强弱区域相间分布，加强区减弱区位置不变 两列波的频率相同 七、波的干涉与衍射 某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差△r。 （1）当两波源振动步调一致时：若△r＝nλ（n＝0，1，2，…），则振动加强； 若△r＝（2n+1）（n＝0，1，2，…），则振动减弱。 （2）当两波源振动步调相反时：若△r＝（2n+1）（n＝0，1，2，…），则振动加强； 若△r＝nλ（n＝0，1，2，…），则振动减弱。 （3）波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。 在等级考中，考查时一般考查振动图像和波形图的情况比较多，以选择题为主，偶有填空题出现。需要理解波的图像中各物理量以及它们之间的关系，单摆和波的实验也会有所涉及。上海市等级考要求的两个实验为“观察水波的干涉现象”、“用单摆测定重力加速度”，将会在后续实验专题中更新。 （建议用时：40分钟） 一、单选题 1．做简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，可能不同的物理量是(　　) A．位移 B．速度 C．加速度 D．回复力 2．一列横波沿水平绳传播，绳的一端在t＝0时开始做周期为T的简谐运动，经过时间t（T＜t＜T），绳上某点位于平衡位置上方的最大位移处．则在2t时，该点位于平衡位置的      （      ） A．上方，且向上运动 B．上方，且向下运动 C．下方，且向上运动 D．下方，且向下运动 3．利用发波水槽得到的水面波形如图所示，则(　　) A．图a、b均显示了波的干涉现象 B．图a、b均显示了波的衍射现象 C．图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象 D．图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象 4．两个相同的单摆静止于平衡位置，使摆球分别以水平初速、 ()在竖直平面内做小角度摆动，它们的频率与振幅分别为和，则 A．， B．， C．， D．， 5．一系列横波沿水平放置的弹性绳向右传播，绳上两质点A、B的