1模块6 专题14 机械振动和机械波-【备考最优解】2025版高考物理二轮专题复习教用课件

模块六　机械振动和机械波　 光学　热学和近代物理 专题十四　机械振动和机械波 二 轮 专 题 复 习 命题点1 1 命题点2 2 命题点3 3 内容 索引 命题点4 4 命题点1 PART 01 第一部分 命题点1　机械振动 近3年6卷6考 1．简谐运动的规律 规律 x＝A sin (ωt＋φ) 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，动能和势能相互转化，系统的机械能守恒 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 　　考向1　简谐运动的规律 　　　(2024·河北卷，T6)如图，一电动机带动轻杆 在竖直框架平面内匀速转动，轻杆一端固定在电动 机的转轴上，另一端悬挂一紫外光笔，转动时紫外 光始终竖直投射至水平铺开的感光纸上，沿垂直于 框架的方向匀速拖动感光纸，感光纸上就画出了描 述光点振动的x－t图像。已知轻杆在竖直面内长0.1 m，电动机转速为12 r/min。该振动的圆频率和光点在12.5 s内通过的路程分别为(　　) A．0.2 rad/s，1.0 m　　 B．0.2 rad/s，1.25 m C．1.26 rad/s，1.0 m D．1.26 rad/s，1.25 m √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题视角：题目以“电动机带动紫外光笔在感光纸上描绘振动图像”为命题情境，主要考查了简谐振动物理量的求解。此模型源自教材中的“漏沙实验”，是教材内容的改进。 方法技巧：把电动机的转动转化为紫外光笔竖直投影的振动，来研究简谐运动的物理量。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题视角：题目以“竖直面内的弹簧振子的振动”为命题情境，主要考查了简谐运动的对称性特点和万有引力的应用等知识。此题为跨知识点的题目。 方法技巧：要紧紧把握住“重力加速度”是联系振动和万有引力定律的关键物理量。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 √ 　　考向2　单摆及周期公式 　　　(2024·河北保定市一模)甲、乙两个单摆在同一地理位置做简谐振动的图像分别如图曲线甲、乙所示，根据图像所提供的信息来判断，下列说法正确的是(　　) A．甲的周期为4.8 s B．乙的周期为1.8 s C．甲、乙的摆长之比为9∶16 D．前7.2 s内乙的路程为1.5 m 返回导航 二 轮 专 题 复 习 前7.2 s内乙的路程s＝2×4A＝2×4×0.15 m＝1.2 m，D错误。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题点2 PART 02 第二部分 命题点2　机械波 近3年15卷15考 1．机械波的形成和传播 形成条件 (1)波源；(2)传播介质，如空气、水等 传播 特点 (1)机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移 (2)介质中各质点振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同 (3)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A，位移为零 (4)一个周期内，波向前传播一个波长 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 2.机械波的分析方法 项目 方法解读 图像演示 “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   返回导航 二 轮 专 题 复 习 　　　(2024·湖南卷，T2)如图，健身者在公园以每分钟60次的频率上下抖动长绳的一端，长绳自右向左呈现波浪状起伏，可近似为单向传播的简谐横波。长绳上A、B两点平衡位置相距6 m，t0时刻A点位于波谷，B点位于波峰，两者之间还有一个波谷。下列说法正确的是(　　) A．波长为3 m B．波速为12 m/s C．t0＋0.25 s时刻，B点速度为0 D．t0＋0.50 s时刻，A点速度为0 √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 　　　(2024·安徽卷，T3)某仪器发射甲、乙两列横波，在同一均匀介质中相向传播，波速v大小相等。某时刻的波形图如图所示，则这两列横波(　　) A．在x＝9.0 m处开始相遇 B．在x＝10.0 m处开始相遇 C．波峰在x＝10.5 m处相遇 D．波峰在x＝11.5 m处相遇 √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 [解析]　由题意可知两列波的波速相同，所以相同时间内传播的距离相同，故两列横波在x＝11.0 m处开始相遇，故A、B错误； 返回导航 二 轮 专 题 复 习 　　　(多选)(2024·山东卷，T9)甲、乙两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播，波速均为2 m/s。t＝0时刻二者在x＝2 m处相遇，波形图如图所示。关于平衡位置在x＝2 m处的质点P，下列说法正确的是(　　) A．t＝0.5 s时，P偏离平衡位置的位移为0 B．t＝0.5 s时，P偏离平衡位置的位移为－2 cm C．t＝1.0 s时，P向y轴正方向运动 D．t＝1.0 s时，P向y轴负方向运动 √ √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 [解析]　在0.5 s内，甲、乙两列波传播的距离均为Δx＝vΔt＝2×0.5 m＝1 m，根据波形平移法可知，t＝0.5 s时，x＝1 m处甲波的波谷刚好传到P处，x＝3 m处乙波的平衡位置振动刚好传到P处，根据叠加原理可知，t＝0.5 s时，P偏离平衡位置的位移为－2 cm，故A错误，B正确； 在1.0 s内，甲、乙两列波传播的距离均为Δx′＝vΔt′＝2×1.0 m＝2 m，根据波形平移法可知，t＝1.0 s时，x＝0处甲波的平衡位置振动刚好传到P处，x＝4 m处乙波的平衡位置振动刚好传到P处，且此时两列波的振动都向y轴正方向运动，根据叠加原理可知，t＝1.0 s时，P向y轴正方向运动，故C正确，D错误。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题视角：以上三个题目都是以“机械波的传播过程”为命题情境，主要考查了机械波的传播、质点的振动等知识。 方法技巧：在同种均匀介质中传播的机械波的波速相同。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题点3 PART 03 第三部分 命题点3　对波动和振动图像的理解 近3年6卷6考 项目 振动图像 波动图像 研究对象 一个振动质点 沿波传播方向的所有质点 研究内容 某一质点的位移随时间的变化规律 某时刻所有质点的空间分布规律 返回导航 二 轮 专 题 复 习 项目 振动图像 波动图像 图像     物理意义 表示同一质点在各时刻的位移 表示某时刻各质点的位移 返回导航 二 轮 专 题 复 习 项目 振动图像 波动图像 图像 信息 (1)质点振动周期 (2)质点振幅 (3)某一质点在各时刻的位移 (4)各时刻速度、加速度的方向 (1)波长、振幅 (2)任意一质点在该时刻的位移 (3)任意一质点在该时刻加速度的方向 (4)传播方向、振动方向的互判 图像 变化 随时间推移图像延续，但已有形状不变 随时间推移，波形沿传播方向平移 返回导航 二 轮 专 题 复 习 项目 振动图像 波动图像 一个完整 曲线占横 坐标的距离 表示一个周期 表示一个波长 返回导航 二 轮 专 题 复 习 √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题视角：题目以“简谐横波的传播和质点的振动图像”为命题情境，考查了相位、相位差、简谐振动的方程以及质点的振动特点等知识。 方法技巧：根据题目信息画出波形图帮助分析问题。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 【变式训练1】(多选)(2024·辽宁凌源市二模)某列波在t＝0.2 s时刻的波形图如图甲所示，P是平衡位置为x＝1 m的质点，图乙为质点P的振动图像，则(　　) A．该简谐波沿x轴正方向传播 B．该简谐波的传播速度为5 m/s C．质点P在2 s内通过的路程为4 m D．质点P在2 s内在x轴方向上移动了10 m √ √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 解析：由题图乙可知，t＝0.2 s时，P点速度方向沿y轴负方向，根据“同侧法”结合题图甲可知该简谐波沿x轴负方向传播，故A错误；     质点的振幅为20 cm，2 s内完成5次全振动，通过的路程为4 m，故C正确； 质点不随波迁移，故D错误。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 [解析]　由题图可知2 s到3 s内M、N两点的振动方向相同，故A错误； 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题点4 PART 04 第四部分 命题点4　波的干涉、衍射和多普勒效应   近3年4卷4考 1．波的干涉 (1)干涉条件：频率相同，相位差恒定。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 返回导航 二 轮 专 题 复 习 (3)图像法判断加强点和减弱点 在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接形成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点的振幅与减弱点的振幅之间。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 2．波的衍射 波的衍射是无条件的，但波发生明显衍射现象是有条件的，即障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长小。 3．多普勒效应 多普勒效应发生的条件是波源与观察者之间的距离发生变化，二者相互靠近时，观察者接收的频率变大，反之变小。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 √ 　　考向1　波的干涉 　　　(2024·湖南雅礼中学一模)如图所示，S1和S2是两相干水波波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。已知两列波的波长均为5 cm，A、B、C三质点的平衡位置在同一直线上，且B点为AC连线的中点。下列说法正确的是(　　) A．此时B点正竖直向下运动 B．C点处于振动的减弱区 C．此时A、C两点的竖直高度差为20 cm D．再经过半个周期，质点C运动至A处 返回导航 二 轮 专 题 复 习 [解析]　由题图可知，下一时刻两列波的波谷将传到B点，所以此时B点正竖直向下运动，A正确； C点波谷与波谷相遇，振动加强，B错误； 此时A、C两点振动均加强，A处于波峰位置，偏离平衡位置2A，C处于波谷位置，偏离平衡位置－2A，竖直高度差为4A，C错误； 质点不随波迁移，D错误。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 √ 　　考向2　波的衍射和多普勒效应 　　　(2023·广东卷，T4)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为1 500 m/s，若探测器发出频率为1.5×106 Hz的声波，下列说法正确的是(　　) A．两列声波相遇时一定会发生干涉 B．声波由水中传播到空气中，波长会改变 C．该声波遇到尺寸约为1 m的被探测物时会发生明显衍射 D．探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关 返回导航 二 轮 专 题 复 习 [解析]　根据多普勒效应可知，探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度有关，而两列声波发生干涉的条件是频率相等，相位差恒定，所以两列声波相遇时不一定发生干涉，故A、D错误； 声波由水中传播到空气中时，声波的波速发生变化，所以波长会发生改变，故B正确； 返回导航 二 轮 专 题 复 习 命题视角：题目以“渔船常用回声探测器发射的声波”为命题情境，主要考查了机械波的折射、干涉、衍射和多普勒效应等知识。 方法技巧：熟记发生干涉和衍射的条件。 返回导航 二 轮 专 题 复 习 【变式训练2】(2024·吉林省三模)某消音器的原理图如图 所示，声音自入口进入后分成两部分，分别通过通道a、 b继续向前传播，在右端汇聚在一起后通过出口排出，下 列说法正确的是(　　) A．该消音器的消音原理为声波的多普勒效应 B．通道a、b的弧长不能设计成相等 C．同一消音器对所有频率的声音都能消除 D．同一消音器只能消除某一频率的声音 √ 返回导航 二 轮 专 题 复 习 解析：该消音器的消音原理为波的干涉，A错误； 若通道a、b的弧长相等，则自入口进入的声波再次相遇时相互加强，不能达到消音的目的，B正确； 返回导航 二 轮 专 题 复 习 周期性 特征 质点的位移、回复力、加速度和速度均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，加速度的大小、速度的大小、相对于平衡位置的位移大小相等；动能、势能相等 关系式 (1)v＝λf；(2)v＝ 波的 叠加 (1)两个振动情况相同的波源形成的波，在空间某点振动加强的条件为Δx＝nλ(n＝0，1，2，…)，振动减弱的条件为Δx＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…) (2)振动加强点的位移随时间而改变，振幅为两波振幅的和A1＋A2 波的多 解问题 由于波的周期性、波传播方向的双向性，波的传播易出现多解问题 $