专题14 机械振动和机械波（讲义）--【高频考点解密】2024年高考物理二轮复习高频考点追踪与预测（江苏专用）

专题14　机械振动和机械波 01专题网络·思维脑图 1 02考情分析·解密高考 2 03高频考点·以考定法 2 2 高考考向1　机械振动 2 高考考向2　机械波的传播规律及图像分析 3 高考考向3　机械波的干涉、衍射和多普勒效应 4 4 5 考向1：弹簧振子模型的综合运用 5 考向3：振动图像和波动图像的综合运用 7 考向4：波特有现象的综合分析与计算 8 04核心素养·难点突破 8 05创新好题·轻松练 12 新情景1：机械振动和机械波在生产、生活中的应用 12 考点内容 要求 学习目标 机械振动 II 1.掌握简谐运动的基本规律和物体做简谐运动的多解问题； 2.掌握机械波的传播规律、图形分析技巧和机械波的多解问题； 3.理解并区分波所特有的现象并能进行简单的分析和判断。 机械波的传播规律及图像分析 II 机械波的干涉、衍射和多普勒效应 II 高考考向1　机械振动 1．简谐运动的几个规律 （1）运动过程机械能守恒。物体通过关于平衡位置对称的两点时，加速度（回复力、位移）大小相等，方向相反；速度大小相等，方向不一定相反；动能相等，势能相等。 （2）做简谐运动的质点在一个周期内通过的路程为4A，在半个周期内通过的路程为2A，但在四分之一周期内通过的路程不一定为A，是否为A与起点位置有关。 （3）做简谐运动的物体经过平衡位置时，回复力一定为零，但所受合力不一定为零。 2．共振：当驱动力的频率与振动物体的固有频率相等时，物体做受迫振动的振幅最大。 3．单摆的几种拓展模型：等效摆长及等效重力加速度 （1）l′——等效摆长：摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离。如图甲所示的双线摆的等效摆长l′＝r＋L cos α。图乙中小球（可看作质点）在半径为R的光滑圆槽中A点的附近振动，其等效摆长为l′＝R。 （2）g′——等效重力加速度：与单摆所处物理环境等有关。 ①在不同星球表面：g′＝，M为星球的质量，R为星球的半径。（忽略星球自转的影响） ②单摆处于超重或失重状态下的等效重力加速度分别为g′＝g＋a和g′＝g－a，a为超重或失重时单摆系统整体竖直向上或竖直向下的加速度大小。 ③单摆在倾角为α的光滑斜面上的等效重力加速度g′＝g sin α。 4．简谐运动多解问题的成因 （1）振动方向的不确定性。 （2）时间间隔与周期关系的不确定性。 （3）传播方向不确定。 高考考向2　机械波的传播规律及图像分析 1．机械波在一个周期的时间向前传播一个波长的距离。 2．介质中所有质点的起振方向都与波源的起振方向相同。介质中各质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移，振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同。 3. 巧解波的图像与振动图像综合问题的基本方法 4．波的传播方向与质点振动方向的互判方法 方法 内容 图像 “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 5.机械波多解问题的成因及解题思路 成因 解题思路 质点振动方向的不确定性 质点振动两方向分别分析 传播方向的不确定性 波传播两方向分别分析 时间间隔Δt与周期T关系的不确定性 Δt＝（a＋n）T，（0<a<1，n＝0，1，2，…） 传播距离Δx与波长λ关系的不确定性 Δx＝（a＋n）λ，（0<a<1，n＝0，1，2，…） 高考考向3　机械波的干涉、衍射和多普勒效应 1．波发生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长差不多。 2．两列波发生干涉的条件：（1）频率相同；（2）相位差恒定；（3）振动方向相同。 3．多普勒效应的规律：当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率增加；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小。 4．偏振是横波特有的现象。 干涉现象中介质中某点振动加强还是减弱的判断 两波源振动步调 到两相干波源的距离差Δx与波长λ的关系 振动情况 相同 Δx＝nλ（n＝0，1，2，…） 加强 Δx＝λ（n＝0，1，2，…） 减弱 相反 Δx＝nλ（n＝0，1，2，…） 减弱 Δx＝λ（n＝0，1，2，…） 加强 【典例1】（2023·浙江·统考高考真题）如图所示，置于管口T前的声源发出一列单一频率声波，分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O。先调节A、B两管等长，O处探测到声波强度为400个单位，然后将A管拉长，在O处第一次探测到声波强度最小，其强度为100个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比，不计声波在管道中传播的能量损失，则（    ）