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1、專題五 振動(dòng)和波一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述一、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述 此類題目主要涉及5個(gè)知識(shí)點(diǎn)：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程：F=-kx，a= - x；簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征：周期性，其位移、回復(fù)力、速度和加速度都隨時(shí)間按“正弦”或“余弦”的規(guī)律變化，變化周期相同；兩種典型的物理模型：彈簧振子和單擺；簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程；簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖象的物理意義及內(nèi)含息. 提高解答準(zhǔn)確率的關(guān)鍵是對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)的正確理解km例1 一列簡(jiǎn)諧橫波以1m/s的速度沿繩子由A向B傳 播.質(zhì)點(diǎn)A、B間的水平距離x=3m,如圖511所示若t=0時(shí)質(zhì)點(diǎn)A剛從平衡位置開(kāi)始向上振動(dòng),其振動(dòng)方程為y=2sin t cm.則B 點(diǎn)的振動(dòng)圖象為下圖中的( )圖511B2
2、 【解析【解析】本題以繩波為背景，考查振動(dòng)圖象和機(jī)械波的形成及傳播解題關(guān)鍵在于各質(zhì)元的起振方向都是相同的解：由振動(dòng)方程可得振幅為2cm，周期為4s，波速為1m/s，則波由A傳到B處用了3秒的時(shí)間，從0時(shí)刻起3秒后B點(diǎn)開(kāi)始起振,振動(dòng)方向向上. B選項(xiàng)正確答案：答案：B 解振動(dòng)與波的問(wèn)題時(shí)，確定周期和波長(zhǎng)是解題的基礎(chǔ)一般情況下，涉及到振動(dòng)圖象的要找周期，涉及到波形圖的要找波長(zhǎng)，而波速把周期和波長(zhǎng)聯(lián)系起來(lái) 變式訓(xùn)練1：(2010福建質(zhì)檢)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸 傳播, 在 t=0時(shí)刻的波形圖如圖512所示.已知x=0.8m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程 y=0.01sin(5 t)m，則下列波的傳播方向和波速大小分別
3、是( ) A A沿x軸正方向，4m/s B沿x軸正方向，2m/sC沿x軸負(fù)方向，4m/s D沿x軸負(fù)方向，2m/s圖512p【解析【解析】由振動(dòng)方程可知t=0時(shí)刻，x=0.8m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向向上，由此知該波應(yīng)該沿x軸正方向傳播因w=5 ，又T= ，可得T=0.4s.由圖知 =1.6m，故波速v= =4m/s.答案：答案：A2Tpl二、波形圖和波的多解問(wèn)題二、波形圖和波的多解問(wèn)題 此類題目主要涉及幾個(gè)問(wèn)題：機(jī)械波的產(chǎn)生條件及傳播特點(diǎn)，波的圖象物理意義及內(nèi)含信息，波傳播方向和振動(dòng)方向之間的相互判斷，波在傳播過(guò)程中時(shí)間、空間的周期性及傳播方向上的雙向性導(dǎo)致波動(dòng)問(wèn)題多解等提高思維的廣闊性是得分的關(guān)鍵
4、例2 (2010福建卷)一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻的波形如圖513中的實(shí)線所示，t=0.02s時(shí)刻的波形如圖中虛線所示若該波的周期T大于0.02s，則該波的傳播速度可能是() A2m/s B3m/sC4m/s D5m/sB圖513【解析】本題考查提取橫波圖象內(nèi)含信息的能力和波速公式若波向右傳播，則波的傳播距離為x1=0.02m，則波速v1= = m/s =1m/s；若波向左傳播，則波傳播的距離為x2=0.06m，則波速v2= = m/s=3m/s，故正確的選項(xiàng)為B. 答案：答案：B B0.020.020.060.02tx2tx1 由于本題已限制該波的周期由于本題已限制該波的周期T大于大于0.02
5、s，故只要進(jìn)行傳播方向的多解的分析，而不必故只要進(jìn)行傳播方向的多解的分析，而不必進(jìn)行空間周期性的分析，題目難度中等本進(jìn)行空間周期性的分析，題目難度中等本題也可以用題也可以用T=0.02s及及v= 求解求解T變式訓(xùn)練2 如圖514所示，為一列橫波的圖象，在此時(shí)刻P的振動(dòng)速度為v；經(jīng)過(guò)0.2s，P的振動(dòng)速度仍為v；再經(jīng)過(guò)0.2s，P的振動(dòng)方向改變，速度大小還是v，從而可以斷定( ) A若波向右傳播，P質(zhì)點(diǎn)的加速度正在減小B若波向右傳播，Q質(zhì)點(diǎn)比P質(zhì)點(diǎn)先到達(dá)波峰C若波向左傳播，波速可能為5m/sD若波向左傳播，波速可能為10m/s圖514C【解析】由圖象得波長(zhǎng) =4m.若波向右傳播，P點(diǎn)的振動(dòng)方向向
6、上，位移增大，加速度a增大；Q點(diǎn)振動(dòng)方向向下，P先到達(dá)波峰，AB錯(cuò)若波向左傳播，P點(diǎn)的振動(dòng)方向向下，周期T=0.8s，則波速v=5m/s，C對(duì)，D錯(cuò)答案：答案：Cl三、波動(dòng)與振動(dòng)關(guān)系的分析三、波動(dòng)與振動(dòng)關(guān)系的分析 振動(dòng)圖象和波的圖象均為正、余弦圖象，都具有空間周期性，且內(nèi)含信息十分豐富，在振幅、位移、加速度等物理量上交叉點(diǎn)較多，屬于易混淆的問(wèn)題關(guān)鍵是要從三個(gè)方面抓住它們的不同：圖象坐標(biāo)軸所表示的物理意義不同，圖象描述的對(duì)象不同，隨著時(shí)間的推移，振動(dòng)圖象原來(lái)的形狀不再發(fā)生變化，而波的圖象由于各質(zhì)點(diǎn)總在不斷地振動(dòng)，因此隨著時(shí)間的推移，原有的圖象將發(fā)生周期性變化例3 (2010福州質(zhì)檢)質(zhì)點(diǎn)以坐標(biāo)原
7、點(diǎn)O為中心位置在y軸上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)圖象如圖515所示，振動(dòng)在介質(zhì)中產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧橫波向x軸 正 方 向 傳 播 ， 波 速 為1.0m/s.0.4s后，此質(zhì)點(diǎn)立即停止運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)過(guò)0.1s后的波形圖是下圖中的( ) D 【解析】本題要正確理解振動(dòng)圖象和波形圖的關(guān)系，由振動(dòng)圖看出波源起振方向是從平衡位置開(kāi)始沿y軸正方向解：由振動(dòng)圖象知質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期為0.4s，因此該波的波長(zhǎng)為本題考查對(duì)振動(dòng)圖象和波動(dòng)圖象信息的 =vt=1.00.4m/s=0.4m.t=0.5s時(shí)振動(dòng)傳到x=0.5m處，該質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向沿y軸正方向，故A、B錯(cuò)誤由于0.4s后波源已停止振動(dòng)，所以00.1m之間的質(zhì)點(diǎn)由于沒(méi)有振動(dòng)能量，
8、均靜止在平衡位置故C錯(cuò)D對(duì)答案：答案：Dl 本題考查對(duì)振動(dòng)圖象和波動(dòng)圖象信息的本題考查對(duì)振動(dòng)圖象和波動(dòng)圖象信息的正確提取能力錯(cuò)誤原因有兩個(gè)，一是不能正確提取能力錯(cuò)誤原因有兩個(gè)，一是不能從振動(dòng)圖象中分析質(zhì)點(diǎn)的起振方向，二是不從振動(dòng)圖象中分析質(zhì)點(diǎn)的起振方向，二是不能理解波傳播振動(dòng)形式和能量的涵義能理解波傳播振動(dòng)形式和能量的涵義變式訓(xùn)練3 (2010福州市模擬)已知一列平面簡(jiǎn)諧波在x軸上傳播，t時(shí)刻波的圖象如圖516甲所示，原點(diǎn)O的振動(dòng)圖象如圖516乙所示，根據(jù)這兩個(gè)圖象無(wú)法求出的是( )A波的頻率B波速大小Ct=0時(shí)刻原點(diǎn)O的加速度方向Dt=0時(shí)刻x=3m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向 D【解析】從波動(dòng)圖象知
9、=4m，由振動(dòng)圖象知T=0.4s，因此v=10m/s.t=0時(shí)刻原點(diǎn)O處于波峰，加速度方向指向y軸負(fù)方向t=0時(shí)刻x=3m處質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置，由于不知道傳播方向，因此無(wú)法確定振動(dòng)方向答案：答案：Dl四、電磁振蕩和電磁波四、電磁振蕩和電磁波 本類題目經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)機(jī)械波和電磁波比較的問(wèn)題，也會(huì)從干涉、衍射現(xiàn)象，以及波速、波長(zhǎng)和頻率關(guān)系等共同知識(shí)點(diǎn)方面進(jìn)行考查，關(guān)鍵是能理解麥克斯韋電磁理論，從生活實(shí)際出發(fā)了解電磁波譜，認(rèn)識(shí)電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收的原理例4 (2010天津卷)下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法正確的是( )A均勻變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)B電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同C只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，就能
10、產(chǎn)生電磁波D電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播A【解析】本題考查電磁波的產(chǎn)生及傳播麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論認(rèn)為：變化的磁場(chǎng)(電場(chǎng))周圍產(chǎn)生電場(chǎng)(磁場(chǎng))；均勻變化的電場(chǎng)(磁場(chǎng))周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)(電場(chǎng))變化電場(chǎng)和變化磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，且由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成了電磁波A對(duì)C錯(cuò)電磁波在真空中傳播速度最大等于光速，在其他介質(zhì)中速度小于光速，B錯(cuò)電磁波具有波的干涉、衍射等特性，D錯(cuò)故選A.答案：答案：A 電磁波比機(jī)械波抽象，有些性質(zhì)相同，有電磁波比機(jī)械波抽象，有些性質(zhì)相同，有些性質(zhì)不同，且記憶性的內(nèi)容較多，在學(xué)習(xí)中些性質(zhì)不同，且記憶性的內(nèi)容較多，在學(xué)習(xí)中要善于類比和區(qū)別要善于類比和區(qū)別變式訓(xùn)練4 類比是一種有
11、效的學(xué)習(xí)方法，通過(guò)歸類和比較，有助于掌握新知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率在類比過(guò)程中，既要找出共同之處，又要抓住不同之處某同學(xué)對(duì)機(jī)械波和電磁波進(jìn)行類比，總結(jié)出下列內(nèi)容，其中不正確的是( )A機(jī)械波的頻率、波長(zhǎng)和波速三者滿足的關(guān)系，對(duì)電磁波也適用B機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象C機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播D機(jī)械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波D【解析】波長(zhǎng)、波速、頻率的關(guān)系對(duì)任何波都是成立的，對(duì)電磁波當(dāng)然成立，故A選項(xiàng)正確；干涉和衍射是波的特性，機(jī)械波、電磁波都是波，這些特性都具有，故B項(xiàng)正確；機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成的，所以機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，而電磁波是交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)的傳播形成的，所以電磁波傳播不需要介質(zhì)，故C項(xiàng)正確；機(jī)械波既有橫波又有縱波，但是電磁波只能是橫波，其證據(jù)就是電磁波能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象，而偏振現(xiàn)象是橫波才有的，D項(xiàng)錯(cuò)誤故正確答案應(yīng)為D.答案：答案：D
福建省高考物理二輪專題總復(fù)習(xí) 專題5 振動(dòng)與波課件
