专题01 机械振动和机械波（3大考点+11大考题）【考点清单】-2023-2024学年高二物理下学期期末考点大串讲（人教版2019）

专题01 机械振动和机械波 目录 2 2 考点01 机械振动 2 考点02 机械波的传播规律及图像分析 4 考点03 机械波的干涉、衍射和多普勒效应 4 5 考点01 机械振动 5 考题1：简谐运动的定义和描述 5 考题2：弹簧振子模型 6 考题3：单摆模型 7 考题4：受迫振动与共振 7 考题5：机械振动和力学的综合问题 8 考点02 机械波的传播规律及图像分析 9 考题1：波的形成和传播 9 考题2：机械波的描述 10 考题3：波的图像问题 11 考题4：波的多解问题 12 考点03 机械波的干涉、衍射和多普勒效应 12 考题1：波的干涉和衍射 13 考题2：多普勒效应 13 考点01 机械振动 1．简谐运动的两种模型 模型 弹簧振子 单摆 示意图 简谐运动条件 (1)弹簧质量可忽略 (2)无摩擦等阻力 (3)在弹簧弹性限度内 (1)摆线为不可伸缩的轻质细线 (2)无空气阻力 (3)最大摆角θ<5° 回复力 弹簧的弹力提供 摆球重力沿与摆线垂直方向的分力 平衡位置 弹簧处于原长处 最低点 周期 T＝ 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 2. 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。 （4）对称性问题 ①时间对称性：相隔或(n为正整数)的两个时刻，物体位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度大小相等、方向相反。如图甲所示： O为平衡位置，A、B为振子偏离平衡位置最大位移处，振子t时刻在C点，时刻运动到D点，则位移xD＝－xC，速度vD＝－vC，加速度aD＝－aC。 ②空间对称性：如图乙所示，振子经过关于平衡位置O对称的两点P、P′(OP＝OP′)时，速度的大小、动能、势能相等，相对于平衡位置的位移大小相等。 此外，振子由P到O所用时间等于由O到P′所用时间，即tPO＝tOP′。振子往复过程中通过同一段路程(如图乙OP段)所用时间相等，即tOP＝tPO。 3．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。 5．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。 5．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。 考点02 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，…） 考点03 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；