17 第1阶段 专题5 第1讲 振动和波-【提分教练】2024年新高考物理二轮总复习讲义（新教材）

　振动和波 【高考定位】　本专题高考内容多以图像为载体考查振动图像、波的图像、波的周期性和多解性。简谐运动的位移公式、波的形成和传播规律与波速公式的结合问题仍会是考查的重点，波的干涉、衍射、多普勒效应等机械波的特性问题也将是考查点。题型可能为选择题或计算题。 突破点一　机械振动 1．简谐运动的两种描述 (1)简谐运动的表达式：x＝A sin (ωt＋φ)。 (2)图像：①反映同一质点在各个时刻偏离平衡位置的位移。 ②由图像可直接得出质点的振幅A、周期T、频率f、位移x，判断速度、加速度、回复力的方向，比较速度、加速度、回复力、动能和势能的大小。 2．简谐运动的五大特征 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 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 振幅越大，能量越大，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 [典例1]　(多选)(2022·湖南卷改编)下端附着重物的粗细均匀木棒，竖直浮在河面，在重力和浮力作用下，沿竖直方向做频率为1 Hz的简谐运动；与此同时，木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动，如图甲所示。以木棒所受浮力F为纵轴，木棒水平位移x为横轴建立直角坐标系，浮力F随水平位移x的变化如图乙所示。已知河水密度为ρ，木棒横截面积为S，重力加速度大小为g。下列说法正确的是(　　) A．x从0.15 m到0.25 m的过程中，木棒的速度先增大后减小 B．x从0.21 m到0.25 m的过程中，木棒加速度方向竖直向下，大小逐渐变小 C．x＝0.35 m和x＝0.45 m时，木棒的速度大小相等，方向相反 D．木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　本题主要考查简谐运动、运动的合成与分解等知识点。学生失分的主要方面：(1)不能正确地将浮力随水平方向位移的变化关系转化为木棒重心在竖直方向上位移随水平方向位移的变化关系；(2)不能准确分析和表示回复力，进而不能正确求出振幅。 1．(2023·河北省石家庄市高三质检)如图甲所示，O点为单摆的固定悬点，在其正下方的P点有一个钉子，现将小球拉开一定的角度后开始运动，小球在摆动过程中的偏角不超过5°。从某时刻开始计时，绳子的拉力大小F随时间t变化的关系如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2，忽略一切阻力。下列说法正确的是(　　) A．t＝0.1 πs时小球位于B点 B．t＝0.4 πs时小球位于C点 C．OA之间的距离为1.5 m D．OP之间的距离为1.2 m 2．(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 突破点二　机械波 1．机械波的形成与传播规律 (1)介质中各质点的起振方向、振动频率和周期都和波源相同。 (2)波从一种介质进入另一种介质时，波长和波速改变，但频率和周期都不变。 (3)波源振动一个周期，波向前传播一个波长的距离，有v＝＝λf。 (4)①介质中各质点随波做受迫振动，但并不随波迁移；②质点振动nT(n＝0，1，2，3，…)时，波形不变；③由于波的周期性、波传播方向的双向性，波的传播问题易出现多解现象。 2．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线段在图线同侧 “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 3．波的图像和振动图像的应用 (1)判断波的传播方向与质点振动方向的依据是波的传播特点，前一质点总是带动后一质点振动。任一质点的起振方向