高中物理人教专题1.4 机械振动、机械波（解析版）.docx

第一部分 保分模块前置
专题1.4 机械振动、机械波
目录
【专题知识网络构建】 1
【专题高考定位】 2
【突破高考题型】 2
题型一　机械振动及其图像 2
题型二　机械波及其图像 6
题型三 振动图像和波动图像的综合应用 10
【专题突破练】 11
【专题知识网络构建】
【专题高考定位】
1．考查重点：简谐运动的规律及图像，结合生产生活实际考查受迫振动与共振，机械波的产生及传播，机械波的叠加、干涉，机械波的图像问题，机械波的多解问题。
2．考题形式：选择题。
【突破高考题型】
题型一　机械振动及其图像
【例1】 (多选)(2021·浙江嘉兴模拟)如图所示，弹簧振子在光滑水平杆上的MN之间做往复振动，振幅为A，周期为T，O为平衡位置，P0为ON的中点，下列说法正确的是(　　)
A．弹簧振子受重力、支持力、弹簧弹力和回复力的作用
B．弹簧振子每经过时间，通过的距离均为A
C．振子由N向O运动过程中，回复力和位移逐渐减小
D．振子由O运动至P0，所用的时间为
【答案】　CD
【解析】　回复力是一种效果力，实际上是不存在的，所以A错误；弹簧振子每经过时间，通过的距离不一定为A，只有从平衡位置或最大位移处起经过时间通过的距离为A，所以B错误；由简谐运动的回复力公式F回＝－kx，则振子由N向O运动过程中，回复力和位移逐渐减小，所以C正确；由简谐运动位移关系式有x＝Asin ωt。当x＝时，有ωt＝，T＝，解得t＝，所以D正确。
【总结提炼】1．简谐运动
2．简谐运动的特征
【例2】(2022·山东菏泽期末)如图甲所示，物体置于光滑水平面上O点，左端连接一弹簧，弹簧左端固定于竖直墙上，用向左的力缓慢推动物块，使其压缩弹簧至A点，撤去力并开始计时，其运动图像如图乙所示。则(　　)
A．t＝0.8 s时，物体的速度方向向右
B．t＝0.2 s时，物体在O点左侧6 cm处
C．t＝0.2 s和t＝1.0 s时，物体的加速度等大反向
D．t＝0.8 s到t＝1.2 s的时间内，物体的速度逐渐减小
【答案】　C
【解析】　t＝0.8 s时，物体在负向最大位移处，速度为零，A错误；t＝0.2 s时，物体的位移为x＝12cos(·2π) cm＝6 cm，即此时物体在O点左侧6 cm处，B错误；t＝0.2 s和t＝1.0 s相差半个周期，所以物体在两个时刻的位置关于O点对称，物体的加速度等大反向，C正确；t＝0.8 s到t＝1.2 s的时间内，物体的速度逐渐增大，D错误。
【提炼总结】振动图像的信息
(1)由图像可以看出质点振动的振幅、周期。
(2)可以确定某时刻质点离开平衡位置的位移。
(3)可以确定各时刻质点的振动方向。
(4)可以确定某时刻质点的回复力、加速度和速度的方向。
(5)能够比较不同时刻质点的速度、加速度的大小。
【例3】(多选)(2022·杭州重点中学期中)图甲是用力传感器对单摆做小角度摆动过程进行测量的装置图，图乙是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F－t图像，其中F的最大值Fmax＝1.02 N，已知摆球质量m＝100 g，重力加速度取9.8 m/s2，π2取9.8，不计摆线质量及空气阻力。下列说法正确的是(　　)
A．单摆周期为0.8 s
B．单摆摆长为0.64 m
C．F的最小值Fmin＝0.96 N
D．若仅将摆球质量变为200 g，单摆周期不变
【答案】　BCD
【解析】　根据单摆振动的规律可知，在一个周期内摆球会两次经过最低点，即摆线会出现两次拉力最大的时刻，则由题图乙可知单摆周期为1.6 s，A错误；根据单摆周期公式可得单摆摆长为l＝＝0.64 m，B正确；设单摆的摆角为2θ，当摆球摆到最高点时摆线拉力最小，为Fmin＝mgcos θ，摆球运动至最低点时的速度大小为v，则根据机械能守恒定律有mv2＝mgl
(1－cos θ)，在最低点时根据牛顿第二定律有Fmax－mg＝m，联立解得Fmin＝0.96 N，C正确；根据单摆周期公式可知周期与摆球质量无关，所以若仅将摆球质量变为200 g，单摆周期不变，D正确。
【提炼总结】
单摆的受力特征
(1)回复力：摆球重力沿与摆线垂直方向的分力，F回＝mgsin θ＝x＝－kx
(2)向心力：摆线的拉力和摆球重力沿摆线方向分力的合力充当向心力，F向＝FT－mgcos θ
(3)两点说明
①当摆球在最高点时，F向＝＝0，
FT＝mgcos θ
②当摆球在最低点时，F向＝，F向最大，FT＝mg＋m
周期公式
T＝2π，l为等效摆长，表示从悬点到摆球重心的距离
【例4】(2022·浙江金华十校一模)