高考物理机械振动与机械波专题讲解

高考物理机械振动与机

械波专题讲解

Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT

专题六机械振动与机械波

一、大纲解读

振动在介质中的传播形成波，本专题涉及的Ⅱ级要求有三个：弹簧振子、简谐运动、简谐运动的振幅、周期和频率、简谐运动的位移—时间图象；单摆，在小振幅条件下单摆做简谱运动，周期公式；振动在介质中的传播——波、横波和纵波、横波的图像、波长、频率和波速的关系。它们是高考考查的重点，其中振动与波动的结合问题是高考出题的一个重要方向，单摆的问题经常结合实际的情景进行考查，有时也综合题出现，但往往比较简单，以考查周期公式为主。涉及的I级要求有五个，其中共振，波的叠加、干涉、衍射等问题都曾在高考中出现，复习中不能忽视。只要振动的能量转化、多普勒效应在高考中出现次数的相对较少是考查的冷门。

二、重点剖析

1.机械振动这一部分概念较多，考点较多，对图象要求层次较高，因而高考试题对本部分内容考查的特点是试题容量较大，综合性较强，一道题往往要考查力学的多个概念或者多个规律。因此，在复习本专题时，要注意概念的理解和记忆、要注意机械振动与牛顿定律、动量守恒定律、机械能守恒定律的综合应用。

要求掌握简谐运动的判断方法，知道简谐运动中各物理量的变化特点，知道简谐运动具有周期性，其运动周期由振动系统本身的性质决定，清楚简谐运动涉及到的物理量较多，且都与简谐运动物体相对平衡位置的位移x存在直接或间接关系，如果弄清了图6-1的关系，就很容易判断各物理量的变化情况。

2.理解和掌握机械波的特点：（1）在简谐波传播方向上，每一个质点都以它自己的平衡位置为中心做简谐运动；后一质点的振动总是落后于它前一质点的振动。

（2）波传播的只是运动形式（振动）和振动能量，介质并不随波的传播而迁移。（3）同一列波上所有质点的振动都具有相同的周期和频率。

3．理解波长是两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总相等的质点间的距离。也是波在一个周期内向前传播的距离，波的周期决定于振源的周期，一列波上所有质点振动的周期都相等。

4．掌握衍射、干涉是波的特有现象。知道在两列波相遇叠加时遵从叠加原理，两列波叠加时不受波的频率限制；干涉是一种特殊的叠加，即在两波的频率相同时使某些振动加强点总加强振动减弱点总减弱的现象。

5．本专题难点有：（1）波速与质点的振动速度无关。波的传播速度是由介质的物理性质决定的，在同一种介质中波的传播速度不变；而波上各质点的运动是在自身平衡位置附近的振动，是变加速运动。（2）振动图象和波动图象的相同点和不同点。（3）波的多解问题往往是由波的传播方向的双向性、波长的多种可能性、周期的多种可能性而引起的，在个别问题中的多解可能是由多种因素造成的，在求解过程中要特别注意。

三、考点透视

考点1：简谐振动的回复力与振幅

例1（08年四川延考区）光滑的水平面上盛放有质量分别为m和m/2 的两木块，下方木块与一劲度系数为k的弹簧相连，弹簧的另一端固定在墙上，如图所示。已知两木块之间的最大静摩擦力为f，为使这两个木块组成的系统象一个整体一样地振动，系统的最大振幅为（）

A．f k

B．

C ．3f k

D ．4f k 解析：对于整个物体由kx F -=回，由于m 和m /2 的两木块之间的最大静摩擦力为f ，故f F 3=回，即kx f -=3，最大振幅为k

f x 3=

，故C 正确。 答案：C 。

点拨：本题主要考查简谐振动回复力的计算，利用整体法与隔离法相结合求解出回复力与两物体之间的最大静摩擦力之间的关系是关键。该试题取材于大学阶段知识，但问题可利用高中的方法解决，更加强调考查考生的基础知识和应变能力。

考点2：用单摆测重力加速度

例2（08年上海）在“用单摆测重力加速度”的实验中:

（1）某同学的操作步骤为：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。d ．用秒表记录小球完成n 次全振动的总时间t ，得到周期T ＝t /n 。 e ．用公式

224l g T π=计算重力加速度。 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）已知单摆在任意摆角θ时的周期公式可近似为

201sin 2T T a θ⎡⎤⎛⎫'=+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣

⎦，式中T 0为摆角趋近于0°时的周期，a 为常数。为了用图像法验证该关系式，需要测量

的物理量有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；若某同学在实验中得到了如图所示的图线，则图像中的横轴表示＿＿＿＿＿＿。

解析：（1）由于在计算摆长时，只记了摆线长，没有记摆球半径，所以结果偏小。（2）从物理关系可以看出，需要测的物理量有T ′（或t 、n ）、θ。图中的函数关系应为：)(1)2/(sin 02T T a

-'=θ ，所以横轴为T ′。 答案：(1) 偏小 (2) T ′（或t 、n ）、 θ T ′

点拨：只有理解用单摆测定重力加速度的原理，知道单摆周期公式的理解是解题的基础，灵活应用测量原理，综合性理解实验过程的基础上进行了实验结果的分析，进一步深化了目的，将理想化的单摆模型向实际转化，将要求学生以物理规律为核心，设计实验过程，得到实验测得量，运用科学探究的理念，进而与图表信息转化，得到规律的体现，考生能将物理关系与图表信息的相互转化是解题的关键，在高三复习时要加强这方面的训练。

3.由振动图象分析波动的问题

例3（2007年全国Ⅱ卷）一列横波沿x 轴传

播，在x =0与x =1cm 的两质点的振动图线分别如图

6-7中实线与虚线所示．由此可以得出（ ）

A ．波长一定是4cm

B ．波的周期一定是4s

C ．波的振幅一定是2cm

D ．波的传播速度一定是1cm/s

解析：本题考查波的空间周期性和双向性，波的周期和振幅与质点振动的周期和振幅相同，由振动图象可知波的周期一定是4s ，波的振幅一定是2cm ，BC 正确；根据两质点的振动图象和波传播的空间周期性和双向性知：∆x =42λ

λ

+n 解得：