2010高考二轮复习物理学案(9)机械振动与机械波 doc--高中物理 .doc
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1、 永久免费组卷搜题网(最新原创)2010高考二轮复习物理学案(9)机械振动与机械波一、 典例精析题型1.(简谐运动的证明)如图所示,正方体木块漂浮在水平上,将其稍向下压后放手,试判断木块是否做简谐运动。解析:木块将做简谐运动.从简谐运动的动力学特征出发,判断木块是否做简谐运动,设木块的边长为a,质量为m,则当图144中木块浸入水中的高度为h,而处于静止状态时所受到的重力mg与浮力F1=ha2g大小相等,木块在该位置处于平衡状态,于是可取该装置为平衡位置建立坐标;当木块被按下后上下运动过程中浸入水中的高度达到h+x,而如图145所示时,所受到的浮力大小为 F2=(h+x)a2g于是,木块此时所受
2、到的合外力为:F=mgF2=a2gxkx 由此可知:木块做的是简谐运动题型2.(单摆周期公式)已知在单摆a完成10次全振动的时间内,单摆b完成6次振动,两摆长之差为1.6m,则两单摆摆长la与lb分别为Ala=2.5m,lb=0.9m Bla=0.9m,lb=2.5mCla=2.4m,lb=4.0m Dla=4.0m,lb=2.4m解析:由周期比得摆长比,加上题设条件中的摆长差已知,故la与lb可求已知两摆长之差为1.6m,即=1.6而单摆a摆动10次时间内,单摆b无成36次全振动,这就意味着两个单摆的周期之比为=考虑到:Ta=2 Tb=2 得:=于是解得:la=0.9m lb=2.5m 应选
3、B.题型3.(简谐运动的周期性、对称性)如图所示,质点沿直线做简谐运动平衡位置在O点,某时刻质点通过P点向右运动,径1s再次回到P点,再经1s到达O点,若=2cm, 则:质点运动的周期T=_s;质点运动的振幅为A=_cm,解析:注意到简谐运动的周期性,对称性等特征,结合简谐运动的振动图象可作出正解的解答.由简谐运动的对称性可知,质点在第1s内从P点到达右端最大位移处,再回到P点,可见从最大位移处回到P点历时应该为0.5s,而人P点到O点又历时1s,可见T=1.5s即:T=6s另外,考虑到简谐运动的振动图象(如图所示)质点在t1时刻从P点开始向右运动,t2时刻又回到P点,t3时刻到达平衡位置O点
4、,即t2t1=t3t2=1s由此不难得到: Asin600=2 即A=cm应依次填充:6,题型4.(机械波的图像)一列横波沿直线传播,某时刻的波形如图-2所示,质点A的平衡位置与坐标原点O相距0.5m,此时质点A沿正方向运动,再经0.02s第一次到达最大位移。由此可知:A、这列波的波长为1mB、这列波的频率为100HzC、这列波的波速为25m/s D、这列波向右传播 图-2解析:由A点坐标结合波的图象可得波长;由A点运动到最大位移所历时间可得周期;由波长、周期、波速关系可得波速;由波形成过程的本质可得振动方向与传播方向关系。由于A点距O点0.5m,所以波长为 由于质点A再经0.02s第一次到达
5、最大位移,所以周期为T=0.08s由于v=T,所以波速为传播方向的“双向性”特点由振动图象可知:周期为T=0.4s由波的图象又可知:波长为 于是可得波速为在t=t-t=0.5s内,波的传播距离为 x=vt=5m考虑到波的传播方向的“双向性”特征知:当波沿x轴正方向传播,t时刻波形应如图15-5中的C图所示;当波沿x 轴反方向传播,t时刻波形应如图15-5中 v=1.25m/s由于波的形成实际上是波源质量依次带动后面的质量参与振动,而质点A此时是向上振动,可见它是被左侧质点所带动,即波是向右传播的。综上所述此例应选A、D。题型5. (波的干涉)如图-6所示,在同一均匀媒质中有S1、S2两个波源,
6、这个波源的频率、振动方向均相同,且振动的步调完全一致,S1、S2之间相距两个波长,D点为S1、S2连线中点,今以D点为圆心,以R=DS1为半径画圆,问在该圆周上(S1、S2两波源除外)共有几个加强点?解析:干涉强、弱区的判断方法有两种:(1)在波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇处是干涉加强区;在波峰与波谷相遇或波谷与波峰相遇处是干涉减弱区。(2)与相同波源的距离差为半波长的偶数倍处是干涉加强区;与相同波源的距离差为半波长的奇数倍处是干涉减弱区。由干涉强、弱的第二种判断方法可知,干涉加强区的集合实际上是以两波源所在处为焦点的双曲线簇。由此不难判断:以波源边线为直径的贺周上分布看,到两波源距离差等于0
7、的两个加强是D1、D2;到两波源距离差等于的四个加强是A1、A2、C1、C2。即:除两波源外,圆周上振动加强是共有六个。题型6.(多普勒效应) 一机车汽笛频率为650Hz,机车以v=15m/s的速度观察者驶来,设空气中的声速是V=340m/s,观察者听到的声音频率为多少?解析:机车静止时,汽笛声的波长为,由于机车(波源)向观察者运动,波长应减小vT,则单位时间内通过观察者的波数变为即观察者听到的声音频率变大了,音调变高了。规律总结:由于波源与观察者间的相对运动,使得单位时间内观察者所感受到的完整波形的个数发生变化,这就使得感受到的频率发生变化 题型7. (受迫振动)一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子
8、,如图712a所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,曲杆给弹簧振子以驱动力,使振子做受迫振动,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,给砝码一向下的初速度,砝码便做简谐运动,振动图线如图712b所示.当把手以某一速度匀速转动,受迫振动达到稳定时,砝码的振动图线如图712c所示.若用T0表示弹簧振子的固有周期,T表示驱动力的周期,表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅.则() 图712A.由图线可知T0=4sB.由图线可知T0=8sC.当T在4s附近时,显著增大;当T比4s小得多或大得多时,很小D.当T在8s附近时,显著增
9、大;当T比8s小得多或大得多时,很小解析:若保持把手不动,砝码以一定的初速度做简谐振动,为自由振动,图b 为砝码的自由振动图象,由图读出的周期T0=4s,为砝码的固有周期。当把手以某一速度匀速转动,砝码为受迫振动,此时砝码振动的周期T为驱动力的周期,图c为砝码受迫振动的图象,由图读出的周期T=2s,为砝码受迫振动的周期,也为驱动力的周期。当驱动力的周期越靠近砝码的固有周期时,砝码的振动越强烈,振幅越大;当驱动力的周期越远离砝码的固有周期时,砝码的振动越弱,振幅越小。所以A、C选项正确。题型8.(单摆振动图像)如图717为演示简谐运动图像的装置,当盛沙漏斗下面的薄木板N被匀速拉动时,摆动着漏斗中
10、漏出的沙在板上形成的曲线显示摆的位移随时间变化的关系,板上的OO代表时间轴,图717 b是两个摆各自在木板上形成的曲线,若拉板N1和N2的 速度关系为=2,则板上曲线所代表的振动周期T1和T2关系( ) A.2T2=T1B.T2=2T1 C.T2=4T1 D.T2=T1解析:板N1是N2速度的2倍,沙漏在板N1上的时间是T1,沙漏在板N2上的时间是2T2,因此T2=T1.题型9. (机械波图像)弹性绳沿x轴放置,左端位于坐标原点,用手握住绳的左端,当t0时使其开始沿y轴做振幅为m的简谐振动,在t0.25s时,绳上形成如图所示的波形,则该波的波速为_cm/s,t_时,位于x245cm的质点N恰好
11、第一次沿y轴正向通过平衡位置。解析:由图可知,这列简谐波的波长为20cm,周期T=0.25s4=1s,所以该波的波速;从t=0时刻开始到N质点开始振动需要时间, 在振动到沿y轴正向通过平衡位置需要再经过,所以当t=(2.25+0.5)s=2.75s,质点N恰好第一次沿y轴正向通过平衡位置。题型10.(机械波、电磁波的区别)类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,提高学习效率。在类比过程中,既要找出共同之处,又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比,总结出下列内容,其中不正确的是A机械波的频率、波长和波速三者满足的关系,对电磁波也适用B机械波和电磁波都能产生干涉和衍射
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