2026届高考物理二轮专题导学案：机械振动 机械波 光 原子物理

01.1机械振动 1.简谐运动：是一个质点的运动 (1)定义：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象(x一t图象)是一条正弦曲线， 这样的振动叫做简谐运动。 2.简谐运动的两种模型 模型 弹簧振子（水平） 单摆 me9mo 示意图 简谐 ①弹簧质量要忽略，小球质量要大 ①摆线为不可伸缩的轻细线 运动 ②无摩擦等阻力 ②无空气阻力 条件 ③在弹簧弹性限度内 ③最大摆角小于等于5° 回复力 弹簧的弹力提供 摆球重力沿与摆线垂直方向（即切向）的分力 平衡 弹簧处于原长处 最低点 位置 周期 与振幅无关 1=1线十r球o 能量 弹性势能与动能相互转化，机械能守恒 重力势能与动能相互转化，机械能守恒 转化 3、简谐运动图象根据简谐运动图象可获取的信息 (1)振幅A周期T(或频率)和初相位Φ（如图所示）· (2)位移方向：由平衡位置指向终点 (3)速度的方向：根据下一时刻质点的位移的变化来确定。 (4)回复力和加速度的方向相同：指向平衡位置，在图象上总是指向t轴。 (5)平衡位置：速度动能最大，加速度，回复力，势能位移为0 (6)波峰波谷：速度动能为0，加速度，回复力，势能位移为最大 4.简谐运动中路程（s)与振幅(A)的关系 (1)质点在一个周期内通过的路程是4A. (2)质点在半个周期内通过的路程是2A. (3)质点在四分之一周期内通过的路程有以下三种情况： 1 ①计时起点对应质点在三个特殊位置（两个最大位移处和一个平衡位置）时，S=A: ②计时起点对应质点在最大位移和平衡位置之间且向平衡位置运动时，s>A: ③计时起点对应质点在最大位移和平衡位置之间且向最大位移处运动时，S<A 二受迫振动与共振的理解 1.阻尼振动和受迫振动(1)阻尼振动是振动系统在阻力的作用下，振幅逐渐减小的振动。 说明：阻尼振动中振幅虽然逐渐减小，但振动的频率不会变化，此频率称为固有频率，由振动系统决定。 (2)受迫振动是指系统在驱动力作用下的振动。做受迫振动的物体的振动频率等于驱动力的频率，与物体的固 有频率无关。 2.对共振的理解(1)共振曲线：如图所示，横坐标为驱动力频率f,纵坐标为振幅A。它直观地反映了驱动 力频率对某固有频率为的振动系统受迫振动振幅的影响，由图可知，f与f越接近，振幅A越大，当f=时， 振幅A最大。(2)受迫振动中系统能量的转化：做受迫振动的系统的机械能不守恒，系统与外界时刻进行能量 交换。 01.1简谐振动练习 一、单选题 1.做简谐运动的物体，当相对于平衡位置的位移为负值时() A.速度一定为正值，加速度一定为负值 B.速度一定为负值，加速度一定为正值 C.速度不一定为正值，加速度一定为正值 D.速度不一定为负值，加速度一定为负值 2.下列关于简谐运动的说法中正确的是() A.简谐运动属于一种匀变速运动 B.做简谐运动的物体在平衡位置所受的合外力为0 C.做简谐运动的物体经过同一位置时的速度必然相同 D.做简谐运动的物体的位移方向与加速度方向一定相反 3.关于弹簧振子，以下说法正确的是() A.弹簧振子是研究机械振动的物理模型 B.小球的质量远小于弹簧的质量 C.弹簧的质量不需要很轻 D.弹簧和小球组成的系统机械能不守恒 4.一质点在某平面内运动，其沿该平面内相互垂直的x轴、y轴的分速度一时间图像分别如图(a)、(b)所示， 关于质点的运动，下列说法正确的是() ↑V A.质点做简谐运动 B.质点的周期保持不变 40 /4。 V- C.质点的速度保持不变 D.质点的加速度保持不变 图(a) 图(b)】 5.如图所示为一质点做简谐运动的位移与时间关系图像。根据图像，下列表述正确的是() A.质点的振幅为4cm ↑y/cm B.质点的位移随时间变化的表达式为y=2sim5证+ C.t=015s时，质点的速度和加速度方向相同 t/101s) D.从t=0.05s到t=0.35s的时间内，质点运动的路程为6cm 6.如图所示，粗细均匀的木筷下端绕几圈铁丝，竖直浮在较大的装有水的杯中。把木筷往上提起一小段距离后 放手，同时开始计时，木筷的振动方程x=2simt+）m。则() 2 A.木筷振动周期为1s B.木筷的回复力由浮力提供 C.0~0.5s内，木筷的机械能减小 D.0.25~0.75s内，木筷的路程为2cm 7.如图所示，光滑水平面上一左端固定的弹簧振子在相距为0.2的A、B两点之间做简谐运动，O点为平衡位 置。小球从B点向左运动开始计时，经过0.5s第一次到达O点，下列说法正确的是() A.小球振幅为0.2m B.小球从B到O运动过程中加速度越来越大 0000000000001℃ C.小球从B到O运动过程中速度越来越大 7777779 77777777777777 A B D.弹簧振子的振动方程为x=0.1sinπt(m) 8.如图甲所示，一个单摆做小角度摆动，以向右的方向作为摆球偏离平衡位置的位移的正方向，得到摆球相对 平衡位置的位移x随时间t变化的图像，如图乙所示，不计空气阻力。对于这个单摆的振动过程，下列说法正确 的是() Ax/cm A.t=0.5s时，摆球所受回复力最大，方向向左 B.t=1s时，摆球偏离平衡位置位移最大，方向向右 C.从t=0.5s到t=1.0s过程中，摆球的重力势能逐渐增大 D.t=1s,摆球在O点回复力为零 9.如图所示，是甲、乙两个单摆的振动图像，可得甲、乙的摆长之比为() 个x/cm 甲 t/s A.1:4 B.4:1 C.2:1 D.1:2 3 10.一个单摆在地面上做受迫振动，其共振曲线（振幅A与驱动力频率∫的关系）如图所示，重力加速度g=10m/s2, 则() A/cm 10 A.驱动力周期约为0.25s B.此单摆的摆长约为1m C.若摆长适当减小，共振曲线的峰将向右移动 0/ D.若摆长适当减小，共振曲线的峰将向左移动 0.1250.2500.375→f/1Hz 11.如图是单摆做阻尼振动的位移-时间图像，比较摆球在P与N时刻的势能、动能、回复力和机械能的大小， 下列说法正确的是() Ax/cm A.势能P>NB.动能P>N C.回复力P>N D.机械能P<N 12.海上养殖场的浮漂在风浪的作用下上下振动（可视为简谐振动），其振动周期为T。某时刻浮漂正好经过平 衡位置向下运动，忽略水的黏滞阻力，从该时刻起() A.经过子时间，浮漂的速度达到最大 4 B.经过)时间，浮漂的重力势能为零 C.经过T时间，浮漂的加速度为零 D.风浪突然增大，浮漂的固有频率变大 13.一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子，如图甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动。匀速转动把手时， 曲杆给弹簧振子驱动力，使弹簧振子做受迫振动。把手匀速转动的周期就是驱动力的周期，改变把手匀速转动的 速度就可以改变驱动力的周期。若保持把手不动，给弹簧振子一向下的初速度，弹簧振子便做简谐运动，振动图 像如图乙所示。当把手以某一速度匀速转动，受迫振动达到稳定时，弹簧振子的振动图像如图丙所示。若用T,表 示弹簧振子的固有周期，T表示驱动力的周期，y表示受迫振动达到稳定后弹簧振子振动的振幅，则() y/cm ↑y/cm 3 10 丙 A.由乙图线可知T,=4s B.由乙图线可知T,=8s C.当T=4s时，弹簧振子做受迫振动的振幅最小 D.当T=8s时，弹簧振子做受迫振动的振幅最大 14.右图为某大桥发生晃动，桥面呈波浪形翻滚。在风力远没有达到台风级别的情况下，下列说法正确的是() A.大桥的固有频率会随驱动力的频率改变而改变 B.驱动力过大而引发了共振 C.大桥固有频率偏小而引发了共振 D.大桥的固有频率与驱动力频率相等而发生了共振 15.某同学在实验室地震模拟台上放上如图所示质量相等的甲、乙、丙三个玻璃杯，其固有频率分别为10Hz、 30Hz、80Hz。现让模拟台以频率∫=28Hz稳定振动时，下列说法正确的是( A.甲玻璃杯振动的频率为10Hz B.乙玻璃杯最容易振碎 甲 丙 C,丙玻璃杯振动的振幅最大 D.甲、乙、丙三个玻璃杯的振动幅度相同 16(多).飞机在飞行过程中机翼不停地振动，当进入强对流空域时，强烈的机翼抖动可能会导致飞行安全事故。 设机翼上某一个质点以O为中心做简谐运动，位移随时间变化的图像如图，、b、c、d表示质点在不同时刻的 相应位置。下列说法正确的是() 0 A.质点通过位置C时速度最大，加速度为零 登乃时，相对平衡位 123:4567 8t×102)s C.质点从位置a到位置c和从位置b到位置d所用时间相等 D.质点从位置a到位置b和从位置b到位置c的平均速度相等 17(多)·如图所示，质量为的弹簧振子在竖直方向上做简谐运动，振动到最高点时弹簧恰好为原长，已知 轻质弹簧劲度系数为k,重力加速度为g。下列判断正确的是() A.弹簧振子的振幅为2mg k B.弹簧振子在最低点时受到的弹力大小为2g C.弹簧的最大弹性势能为2加 k D.弹簧振子的最大动能为m心 k 18(多)，课堂上，同学们用图1所示的装置绘制简谐运动的图像时，两组同学在纸带上绘制出图2所示的不同 图像。己知两条纸带的长和宽相同，由此可以判断出两组同学的操作中() 图1 图2 A.注射器和墨汁的总质量一定不同 B.摆的摆长可能不同 C.摆的振幅可能不同 D.抽纸带的速率可能不同 5 19.在“用单摆测重力加速度”的实验中 (1)某组同学的常规操作步骤为： a、取一根细线，下端系住直径为d的金属小球，上端固定在铁架台上； b、用米尺量得细线长度l: c、在摆线偏离竖直方向5°位置释放小球； 4、用秒表记录小球完成加次全振动的总时间6，得到周期T e、用公式g-4计算重力加速度。 T2 按上述方法得出的重力加速度值与实际值相比 (选填“偏大”、“相同”或“偏小”)。 (2)另外一组同学用创新形式做该实验。 髮機感鑫 起始值：1.1277s 买凳然 终止值：7.6530s 图1 图2 图3 图4 ①如图1所示，可在单摆悬点处安装力传感器，也可在摆球的平衡位置处安装光电门。利用力传感器，获得传 感器读取的力与时间的关系图像，如图2所示，则单摆的周期为 s(结果保留3 位有效数字)。另外利用光电门，从小钢球第1次遮光开始计时，记下第次遮光的时刻t,则单摆的周期为 2 ②发现小钢球已变形，为减小测量误差，他改变摆线长度1，测出对应的周期T,作出相应的1-r关系图线，如 图3所示。由此算出图线的斜率k和截距b,则重力加速度8= ,小钢球重心到摆线下端的高度差 h= :(结果均用k、b表示) ③用3D打印技术制作了一个圆心角小于10°、半径已知的圆弧槽，如图4所示。他让小钢球在槽中运动，测出 其运动周期，算出重力加速度为8.65m/s2。若周期测量数据无误，则获得的重力加速度明显偏离实际值的最主要 原因是 6 01.2 机械波 1.机械波的形成条件(1)有发生机械振动的波源。(2)有传播介质，如空气、水等。 2.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)介质中各质点的振幅相同，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4丝，位移为零。 3.机械波的分类 (1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，有波峰（凸部）和波谷（凹部）。 (2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，有密部和疏部。（声波） 4.横波的图象 (1)坐标轴：横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移。 (2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开平衡位置的位移。 (3)图象： 5.波长、频率和波速 (1)波长入：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。 (2)波速？波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定。 (3)频率天由波源决定，等于波源的振动频率。 (4)波长、波速和频率的关系：(1)=入f;(1i)=T。 【方法归纳】 1.波动图象的信息（如图所示） x/em (1)直接读取振幅A和波长入，以及该时刻各质点的位移。 (2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小。 (3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。 2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法： (1)“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 (2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。 (3)找准波动图象对应的时刻。 (4)找准振动图象对应的质点。 3周期性①时间周期性：时间间隔△t与周期T的关系不明确。t=nT+△t ②空间周期性：波传播的距离△x与波长入的关系不明确。x=n入十△x=1或=T=入f求波速。 机械波的特性 1.波的干涉和衍射 波的衍射和波的干涉的比较 内 可观察到现 定义 现象 相同点 容 象的条件 波 缝、孔或障碍物的尺寸跟 的 波能偏离直线而传到直线传 的 波可以绕过障碍物继续传播的现象 波长相差不多或者小于 播以外的空间 波长 衍射和干涉 射 是波特有的 波 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强， 振动强弱相间的区域，某些区 现象 的 两列波的频率相同、相位 某些区域的振动减弱，而且加强和减弱的区域相间 域总是加强，某些区域总是减 差恒定 分布的现象 弱 涉 2.干涉图样及其特点(1)干涉图样：如图所示 波蜂 (2)特点 ①加强区和减弱区的位置固定不变。 ②加强区始终加强，减弱区始终减弱（加强区与减弱区不随时间变化） ③加强区与减弱区互相间隔 (3)振动加强点和减弱点 ①加强点：若两列波在某处引起的位移方向相同振动的振幅等于两列波振幅之和，A=A十A。 ②减弱点：若两列波在某处引起的位移方向相反振动的振幅等于两列波振幅之差，A=A一A。 二多普勒效应理解与应用 1.多普勒效应的特点 (1)发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，只是观察者接收到的频率发生了变化。 (2)当波源和观察者之间的距离减小时，观察者接收到的频率升高，当波源和观察者之间的距离增大时，观察 者接收到的频率降低。 2.多普勒效应的应用 根据声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度：根据光波的多普勒效应可以测定遥远天体相对地球的运行速度。 01.2机械波练习 一、单选题 1.如图所示，为了观察波的产生与传播，某同学用手握住一条较长软绳的左端上下抖动，让绳左端做简谐运动， 绳上形成一列简谐横波，A为绳上一标记点。现仅增大抖动频率，则( A.A点振动周期变大 B.A点振幅变大 C.波速变小 D.波长变小 2.中国戏曲中的“水袖”文化源远流长。某次水袖表演中，表演者以2Hz的频率“抖”出一列以O点为波源、水平 向右传播的简谐波，某时刻的波形图如图所示。其中α点位于波峰，b点位于波谷，P点恰好位于平衡位置，α、 b两点沿波的传播方向相距1.25m、沿振动方向相距0.4m,下列说法正确的是() A.抖动过程中a处质点向右运动 B.该波的传播速度为1.6m/s C.P处质点此时振动方向向上 D.P处质点此时的瞬时速度为0 3.质点S沿竖直方向做简谐运动，某时刻在绳上形成的波形如图所示，P为绳上一质点。此时质点P的运动方 向() A.向下 B.向上 C.向右 D.向左 4.如图所示，一组学生在玩“人浪”游戏。学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地“下蹲、起立”， 呈现类似波浪的效果。若把“人浪”类比成波，则() A.“人浪"是纵波 B.“人浪”传播的是“下蹲、起立”这种运动形式 C.当“人浪”向右传播时，学生随“人浪”向右移动 D.只要有学生周期性地“下蹲、起立”，就一定能形成“人浪” 5.一列简谐横波沿绳子以0.4/s的速度传播，绳上两个质点A、B的振动图像如图所示，则下列说法正确的() A.t=4s时，B的速度最大，速度方向沿y轴负方向 ◆/cm B.该波的波长为1.6m C.经过2s的时间，质点A将运动到质点B原来所在的位置 D.从t=2s时刻起经过10s时间，A、B运动的路程均为20cm 6.一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形图如图所示。其中A、B、C为介质中的三个质点，下列说法 正确的是() A.该时刻，质点A的速度在增大 B.该时刻，质点B的速度方向沿y轴负方向 C.经过周期后，质点B移动到质点C的位置 D.从此刻开始，质点A比质点C先回到平衡位置 7.如图甲所示，粗细均匀的竖直浮标静止在水中，浮标周围水面上S处有一片树叶，现给浮标一竖直向下的初 速度，随后浮标的振动图像如图乙所示，取竖直向上为正方向。下列说法正确的是() A.t时刻浮标所受浮力小于重力 B.t,时刻浮标的动量最小 C.树叶先向上振动，且离浮标越来越远D.浮标在振动过程中机械能不守恒 8.一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形图如图所示，P为平衡位置在x=2m处的质点，则此时质点 P的振动方向() ↑y/cm 20 A.沿x轴正方向 B.沿x轴负方向 0 4 x/m C.沿y轴负方向 D.沿y轴正方向 -20 9.一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处发生折射。如图所示，水波在深水区的波长较长.水波在深 水区() 深水区 A.波速较大 B.波速较小 C.频率较大 D.频率较小 10.下列关于机械波的一些说法正确的是() 浅水☒ A.我们能够听到墙外的声音是声波发生干涉的结果 交界处 B.声音从海水传播到空气中，频率增大 C.“彩超”通过测量反射波的频率变化进而计算出血流的速度，主要利用了波的多普勒效应 D.能够观察到明显的衍射现象的条件是波长比障碍物的尺寸小或差不多 11.关于波的干涉、衍射和多普勒效应，下列说法正确的是() A.频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波能发生稳定的干涉 B.只有横波能发生衍射现象，纵波不能 C.多普勒效应说明波源的频率发生了改变 D.振动加强点的位移始终大于振动减弱点的位移 10