第7章 机械振动和机械波 章末提升创新应用(7)-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（人教版多选 新教材 新高考）

章末提升创新应用(七) 授课提示：对应学生用书第195页 新教材人教版选择性必修第一册课题研究——单摆周期与重力加速度定量关系的实验研究(节选部分内容，详细请查阅教材) 问题提出 关于单摆周期公式T＝2π 中周期与摆长的定量关系，我们已经进行了实验探究，所得到的结论跟公式吻合。公式中周期与重力加速度的定量关系是否也可以通过实验进行检验呢？…… 试题链接1　(2023·江苏泰州高三模拟)某同学借鉴伽利略研究自由落体运动“冲淡重力”的方法，探究单摆周期与重力加速度的关系。让摆球在光滑斜面上运动，实验中应仅改变(　　) A．斜面的倾角　　　　　 B．摆球的质量 C．摆球的振幅 D．摆线的长度 解析：由题知借鉴“冲淡重力”使小球在斜面上摆动，即利用斜面减小加速度，重力沿斜面向下的分力支持单摆的摆动，则有g模＝a＝gsin θ，要研究单摆周期与g模的关系，要改变g模，则改变倾角θ，故斜面在该实验中有两个作用，一是“冲淡重力”，增大T，使T易于测量，二是可改变g模，实现自变量变化并合理外推。 答案：A 试题链接2　某同学想进一步验证单摆的周期和重力加速度的关系，但又不可能去不同的地区做实验。该同学就将单摆与光电门传感器安装在一块摩擦不计、足够大的板上，使板倾斜α角度，让摆球在板的平面内做小角度摆动，如图甲所示。利用该装置可以验证单摆的周期和等效重力加速度的关系。若保持摆长不变，则实验中需要测量的物理量有__________________________。若依据实验中所测物理量数据所描绘的图线如图乙所示，则图像中的纵坐标表示________，横坐标表示__________。 解析：此单摆的等效重力加速度为g′＝gsin α，则单摆的周期T＝2π ， 则保持摆长不变时，要测量的物理量是：木板倾角α和单摆振动的周期T； 将T＝2π 变形为T2＝·， 则若从实验中得到所测物理量数据的图线如题图乙所示， 则图像中的纵坐标表示T2，横坐标表示。 答案：木板倾角α和单摆振动的周期T　 T2　 资料1　共振现象原理分析 一切的振动其表现形式必然是位移，其背后则必然是能量的流动。共振威力巨大的根本原因在于共振使外界的力量直接作用于分子、原子层次(或者某个其他的特定层次)，并不断地吸收能量，使其发生小范围的剧烈位移。如果外界的频率与固有频率不一致，那么外力的作用对象就是整个物体，但是如果与固有频率一致，那作用对象就直接变成了一个个的分子、原子，共振破坏了粒子之间的团结，使之互相内斗，结果就使整个系统瞬间崩溃。 从钟摆这个宏观的振动系统来看，如果外力的步调与钟摆不一致，那么上一次吸收的能量，下一次可能就被外力抵消掉，钟摆本身的重力势能也会被外力不时地抵消掉，这就使钟摆本身所具有的能量总是保持在一个波动的水平，并且峰值不会太高，能量在反复的吸收、散失、吸收、散失。 如果外力的步调和钟摆的固有频率相同，外界能量每一次都会被完全吸收，并且钟摆不向外界输出任何能量，这样钟摆本身所具有的能量就会急剧增加。 简言之，共振的威力就在于外力以最精准的方式(或者说节奏)作用于物体最微观的层次(或者说特定的层次)，使物体在该层次的每个基本单元(比如钟摆、原子、分子)像癌细胞一样不断吸收能量，进而发生剧烈位移，并最终在该层次产生极大的破坏作用。 资料2　超声波的应用与发展 以超声为工具，来检验、测量或控制各种非声学量及其变化的超声检测和控制技术已得到广泛的应用。用超声波易于获得指向性极好的定向声束，加上超声波能在不透光材料中传播，因此它已广泛地用于各种材料的无损探伤、测厚、测距、医学诊断和成像等。当前，超声检测这方面的新研究和新应用仍在不断地出现，例如声发射技术和超声全息等。 超声处理是通过超声对物质的作用来改变或加速改变物质的某些物理、化学、生物特性或状态的技术。由于使用适当的换能器可产生大功率的超声波，而通过聚焦、增幅等方法，还可获得高声强的超声，加上液体中的空化现象，使得利用超声进行加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脱气、促进化学反应、医疗以及种子处理等，已经广泛地应用于工业、农业、医学卫生等各个领域，并还在继续发展。但很多应用机理至今尚未搞清，有待深入研究。 试题链接3　(多选)图1中的B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号由计算机处理，从而形成B超图像。图2为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像，t＝0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为1×107 Hz。下列说法正确的是(　　) 　 A．血管探头发出的超声波在血管中的传播速度为 1.4×103 m/s B．质点M开始振动的方向沿y轴正方向 C．t＝1.25×10－7 s时质点M运动到横坐标x＝3.5×10－4 m处 D．0～1.25×10－