16 专题五 第一讲 机械振动和机械波（Word教参）-【优化指导】2024高考物理二轮复习高中总复习·第2轮（新教材）

第一讲　机械振动和机械波 ◎高考命题分析 高考命题研究 四年考向分析 命题主线之 价值引领 1.科学本质、科学态度：以经典模型、复杂的运动过程为试题背景培养学生不畏困难、持之以恒的探索精神 2．社会责任：以“球鼻艏”、主动降噪耳机、松果采摘装置等实例为试题背景，培养学生学以致用、服务社会的品质 1.机械振动： 全国卷Ⅱ(2020), 山东卷(2023)，广东卷(2021)，浙江卷(2023) 2．机械波的形成与传播： 新课标(2023)，辽宁卷(2022)，湖南卷(2023)，全国甲卷(2021) 3．波的干涉、衍射、多普勒效应： 辽宁卷(2023)，浙江卷(2023、2021)，全国甲卷(2023)，全国乙卷(2022) 4．振动图像与波动图像： 湖北卷(2023)，全国乙卷(2023)，广东卷(2022)，山东卷(2021)，海南卷(2021) 命题主线之 能力引领 1.物理观念：在对简谐运动、机械波、波的干涉、衍射、多普勒效应、阻尼振动、共振的理解和应用中提升力与运动、能量的观念 2．科学思维：掌握图像法、数学归纳法的应用，能解决周期性、多解性和振动图像与波动图像的综合等问题，提升推理论证、综合分析、模型构建的能力 [对应学生用书P80]   1．沿波的传播方向上各个质点的起振方向与波源的起振方向一致。 2．介质中各质点只在各自的平衡位置附近振动，但并不随波迁移。 3．沿波的传播方向，波每个周期传播一个波长的距离。 [诠释题]　(2022·广东卷)如图所示，某同学握住软绳的一端周期性上下抖动，在绳上激发了一列简谐波。从图示时刻开始计时，过半个周期，绳上M处的质点将运动至________(填“N”“P”或“Q”)处。加快抖动，波的频率增大，波速________(填“增大”“减小”或“不变”)。 答案：P　不变 解析：质点只是在其平衡位置附近往复振动，不会随波迁移，因此经过半个周期，绳上的M点由波峰运动到波谷P处；机械波的波速仅由介质决定，因此加速抖动绳子，波速不变。 [对应学生用书P81] [例1]　(多选)(2023·山东卷)如图所示，沿水平方向做简谐振动的质点，依次通过相距L的A、B两点。已知质点在A点的位移大小为振幅的一半，B点位移大小是A点的倍，质点经过A点时开始计时，t时刻第二次经过B点，该振动的振幅和周期可能是(　　) A．，3t　　　　　　 B．，4t C．，t D．，t BC　解析：当A、B两点在平衡位置的同侧时有A＝A sin φa，A＝A sin φb，可得φa＝；φb＝或者φb＝，因此可知第二次经过B点时φb＝，T＝t，解得T＝4t，此时位移关系为A－A＝L，解得A＝，A错误，B正确；当A、B两点在平衡位置两侧时有－A＝A sin φa，A＝A sin φb，解得φa＝－或者φa＝－(根据题图中运动方向舍去该解)，φb＝或者φb＝，当第二次经过B点时φb＝，则T＝t，解得T＝t，此时位移关系为A＋A＝L，解得A＝，C正确，D错误。 [练1]　(2021·广东卷)如图所示，一个轻质弹簧下端挂一个小球，小球静止。现将小球向下拉动距离A后由静止释放，并开始计时，小球在竖直方向做简谐运动，周期为T。经时间，小球从最低点向上运动的距离________(填“大于”“小于”或“等于”)；在时刻，小球的动能________(填“最大”或“最小”)。 答案：小于　最大 解析：根据题图可知，小球做简谐运动的位移y＝－A cos ，则t＝时有y＝－A cos ＝－A，所以经时间，小球从最低点向上运动的距离为Δy＝A－A＝A，小于A；在t＝时刻，小球回到平衡位置，具有最大速度，所以小球的动能最大。 [练2]　(2020·全国卷Ⅱ)用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5°，则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过________cm(保留1位小数)。(提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。)某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为________cm。 答案：6.9　96.8 解析：设开始时将摆球拉离平衡位置的最大距离为d，根据题意可知，d约等于摆球沿圆弧移动的弧长s，s＝×2πL，则可得＝，解得d＝6.9 cm；由单摆的周期公式T＝2π可知，单摆的周期与摆长的平方根成正比，即T∝，又由题意可知旧单摆周期与新单摆周期的比为10∶11，则＝，解得l′＝96.8 cm。 1．波的图像的周期性：相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同，从而使题目的解答出现多解的可能。 2．波传播方向的双向性：在题目未给出波的传播方向时，要考虑到波可沿x轴正向或负向传播的两种可能性。 [例