【期中復(fù)習(xí)】2023-2024學(xué)年人教版高二物理下冊(cè)專題訓(xùn)練-專題01 機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波.zip-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

\l "_Tc10217" PAGEREF _Tc10217 \h 1
\l "_Tc32739" PAGEREF _Tc32739 \h 2
\l "_Tc27700" 考點(diǎn)01 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征 PAGEREF _Tc27700 \h 2
\l "_Tc9714" 考題1：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的判定 PAGEREF _Tc9714 \h 4
\l "_Tc10842" 考題2：描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量 PAGEREF _Tc10842 \h 5
\l "_Tc16174" 考題3：對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式x＝Asin(ωt＋φ0)的理解與應(yīng)用 PAGEREF _Tc16174 \h 6
\l "_Tc13753" 考題4：對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像的理解與應(yīng)用 PAGEREF _Tc13753 \h 8
\l "_Tc8558" 考題5：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的力學(xué)綜合問(wèn)題 PAGEREF _Tc8558 \h 9
\l "_Tc25857" 考點(diǎn)02 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的兩種模型 PAGEREF _Tc25857 \h 11
\l "_Tc26663" 考題1：彈簧振子模型 PAGEREF _Tc26663 \h 12
\l "_Tc3906" 考題2：?jiǎn)螖[模型 PAGEREF _Tc3906 \h 13
\l "_Tc31160" 考題3：等效擺問(wèn)題 PAGEREF _Tc31160 \h 15
\l "_Tc1713" 考點(diǎn)03 受迫振動(dòng)與共振 PAGEREF _Tc1713 \h 17
\l "_Tc30632" 考題1：對(duì)受迫振動(dòng)和共振的理解 PAGEREF _Tc30632 \h 17
\l "_Tc9809" 考題2：對(duì)共振條件及共振曲線的理解 PAGEREF _Tc9809 \h 19
\l "_Tc31258" 考點(diǎn)04 機(jī)械波及波動(dòng)圖像 PAGEREF _Tc31258 \h 20
\l "_Tc29217" 考題1：機(jī)械波的形成與傳播 PAGEREF _Tc29217 \h 22
\l "_Tc14295" 考題2：波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的關(guān)系 PAGEREF _Tc14295 \h 23
\l "_Tc1409" 考題3：根據(jù)波動(dòng)圖像求解傳播過(guò)程中的物理量 PAGEREF _Tc1409 \h 24
\l "_Tc1937" 考點(diǎn)05 波的多解問(wèn)題 PAGEREF _Tc1937 \h 26
\l "_Tc10725" 考題1：傳播方向不確定形成的多解問(wèn)題 PAGEREF _Tc10725 \h 27
\l "_Tc19533" 考題2：周期不確定形成的多解問(wèn)題 PAGEREF _Tc19533 \h 28
\l "_Tc25" 考題3：波速和波長(zhǎng)不確定形成的多解問(wèn)題 PAGEREF _Tc25 \h 29
\l "_Tc11801" 考點(diǎn)06 振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像的綜合應(yīng)用 PAGEREF _Tc11801 \h 31
\l "_Tc14493" 考點(diǎn)07 波的干涉、衍射和多普勒效應(yīng) PAGEREF _Tc14493 \h 33
\l "_Tc18808" 考題1：波的干涉 PAGEREF _Tc18808 \h 33
\l "_Tc31713" 考題2：波的衍射 PAGEREF _Tc31713 \h 35
\l "_Tc4906" 考題3：多普勒效應(yīng) PAGEREF _Tc4906 \h 36
考點(diǎn)01 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征
知識(shí)點(diǎn)1：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)
1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的概念
如果物體的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖像(x－t圖像)是一條正弦曲線，這樣的振動(dòng)是一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
2．平衡位置
振動(dòng)物體原來(lái)靜止時(shí)的位置。
3．回復(fù)力
（1）定義：使振動(dòng)物體在平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的力。
（2）方向：總是指向平衡位置。
（3）來(lái)源：屬于效果力，可以是某一個(gè)力，也可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力。
4．描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量
知識(shí)點(diǎn)2：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征
1．動(dòng)力學(xué)特征
F＝－kx，“－”表示回復(fù)力的方向與位移方向相反，k是比例系數(shù)，不一定是彈簧的勁度系數(shù)。
2．運(yùn)動(dòng)學(xué)特征
做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體加速度與物體偏離平衡位置的位移大小成正比而方向相反，為變加速運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，x、F、a、Ep均增大，v、Ek均減小，靠近平衡位置時(shí)則相反。
3．周期性特征
相隔nT(n為正整數(shù))的兩個(gè)時(shí)刻，物體處于同一位置且振動(dòng)狀態(tài)相同。
4．對(duì)稱性特征
（1）時(shí)間對(duì)稱性：相隔eq \f(T,2)或2n+12T(n為正整數(shù))的兩個(gè)時(shí)刻，物體位置關(guān)于平衡位置對(duì)稱，位移、速度、加速度大小相等、方向相反。如圖甲所示：

O為平衡位置，A、B為振子偏離平衡位置最大位移處，振子t時(shí)刻在C點(diǎn)，時(shí)刻運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)，則位移xD＝－xC，速度vD＝－vC，加速度aD＝－aC。
（2）空間對(duì)稱性：如圖乙所示，振子經(jīng)過(guò)關(guān)于平衡位置O對(duì)稱的兩點(diǎn)P、P′(OP＝OP′)時(shí)，速度的大小、動(dòng)能、勢(shì)能相等，相對(duì)于平衡位置的位移大小相等。
此外，振子由P到O所用時(shí)間等于由O到P′所用時(shí)間，即tPO＝tOP′。振子往復(fù)過(guò)程中通過(guò)同一段路程(如OP段)所用時(shí)間相等，即tOP＝tPO。
5．能量特征
簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量包括動(dòng)能Ek和勢(shì)能Ep，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。
知識(shí)點(diǎn)3：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的公式和圖像
1．表達(dá)式
（1）動(dòng)力學(xué)表達(dá)式：F＝－kx，其中“－”表示回復(fù)力與位移的方向相反。
（2）運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式：x＝Asin(ωt＋φ0)，其中A表示振幅，ω＝eq \f(2π,T)＝2πf表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的快慢，ωt＋φ0表示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相位，φ0叫作初相。
2．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像
（1）如圖所示。
（2）物理意義：表示振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。
（3）圖像信息
①由圖像可以看出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅、周期、初相位。
②可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移。
③可以確定某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)所受的回復(fù)力、加速度和速度的方向。
考題1：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的判定
【典例1】（2023上·山東濰坊·高二統(tǒng)考期中）如圖所示，傾角為的光滑斜面固定在水平地面上，勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧上端固定，下端懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的鋼球，彈簧軸線與斜面平行。開(kāi)始時(shí)小球靜止在斜面上，現(xiàn)將小球沿軸線拉下一段距離，然后松開(kāi)，小球沿斜面運(yùn)動(dòng)。已知重力加速度大小為g，彈簧始終處于彈性限度內(nèi)，空氣阻力可忽略不計(jì)，請(qǐng)證明小球的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
【答案】見(jiàn)解析。
【詳解】設(shè)小球在彈簧長(zhǎng)度為時(shí)，在平衡位置O，彈簧原長(zhǎng)，選沿斜面向上為正方向，則由平衡條件得
當(dāng)小球振動(dòng)經(jīng)過(guò)O點(diǎn)以上距O點(diǎn)為x處時(shí)，受力為
整理得
因此小球的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
【變式】（2023下·河南南陽(yáng)·高二校聯(lián)考期中）如圖所示，質(zhì)量為的物體A放在質(zhì)量為的平臺(tái)B上，兩物體疊放在豎直輕彈簧上并處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用一豎直向上的恒力作用在A上，重力加速度為。
（1）若，證明A和B做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；
（2）為了使A和B做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不分離，求應(yīng)滿足的條件；
（3）若，A和B做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期為，求從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的過(guò)程中，B對(duì)A的沖量。
【答案】（1）見(jiàn)解析；（2）；（3），方向豎直向上
【詳解】（1）根據(jù)題意，設(shè)A和B位于平衡位置時(shí)彈簧的壓縮量為，有
當(dāng)A和B相對(duì)于平衡位置向上的位移為x時(shí)，回復(fù)力大小
回復(fù)力方向與x方向相反
當(dāng)時(shí)，在剛剛施加恒力的一瞬間，對(duì)A和B整體有
解得
到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)有
解得
可知，A和B沒(méi)有分開(kāi)，則有回復(fù)力與位移大小成正比，方向相反，說(shuō)明A和B是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
（2）當(dāng)A和B做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)即將分離，此時(shí)它們之間的彈力為零，對(duì)A有
在剛剛施加恒力F的一瞬間，對(duì)A和B整體有
根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性，有
聯(lián)立解得
即為了使A和B做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不分離，應(yīng)滿足
（3）若
A和B一起做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，設(shè)豎直向下為正方向，從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的過(guò)程中，對(duì)A由動(dòng)量定理，有
解得B對(duì)A的沖量
方向豎直向上。
考題2：描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量
【典例2】（2023上·山東泰安·高三?？计谥校┬∏蜃龊?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，若從平衡位置O開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)0.5s，小球第一次經(jīng)過(guò)P點(diǎn)，又經(jīng)過(guò)0.2s，小球第二次經(jīng)過(guò)P點(diǎn)，則再過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間該小球第三次經(jīng)過(guò)P點(diǎn)（）
A．0.6sB．2.4sC．0.8sD．2.1s
【答案】A
【詳解】若從O點(diǎn)開(kāi)始向右振子按下面路線振動(dòng)，作出示意圖如圖1，則振子的振動(dòng)周期為
T=（0.5+0.1）×4s=2.4s
則該質(zhì)點(diǎn)再經(jīng)過(guò)時(shí)間t=T-0.2s=2.2s
第三次經(jīng)過(guò)P點(diǎn)；
若振子從O點(diǎn)開(kāi)始向左振動(dòng)，則按下面路線振動(dòng)，作出示意圖如圖2，則由（0.5+0.1）s=T
振子的振動(dòng)周期為T(mén)=0.8s
則該質(zhì)點(diǎn)再經(jīng)過(guò)時(shí)間=T-0.2s=0.6s
第三次經(jīng)過(guò)P點(diǎn)；
故選A。
【變式】（2023上·江蘇淮安·高二統(tǒng)考期中）一質(zhì)點(diǎn)在平衡位置O點(diǎn)附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，若從過(guò)O點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)5s小球第一次經(jīng)過(guò)M點(diǎn)，再繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，又經(jīng)過(guò)2s它第二次經(jīng)過(guò)M點(diǎn)，該小球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期可能是（）
A．10sB．18sC．24sD．30s
【答案】C
【詳解】
若振子開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的方向先向左，再向M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)路線如圖1所示。得到振動(dòng)的周期為
得到振動(dòng)的周期為T(mén)=8s
若振子開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的方向向右直接向M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖2，振動(dòng)的周期為
故選C。
考題3：對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式x＝Asin(ωt＋φ0)的理解與應(yīng)用
【典例3】（多選）（2023下·河南·高二校聯(lián)考期中）一個(gè)小球在水平方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)圖像如圖所示，下列說(shuō)法中正確的是（）
A．小球的振幅是8cm，頻率是4HzB．t＝0到t＝1s時(shí)間內(nèi)，小球的動(dòng)能在減小
C．t＝2s時(shí)和t＝4s時(shí)小球的回復(fù)力大小相等D．該小球的振動(dòng)方程為
【答案】CD
【詳解】A．由圖示圖像可知，小球的振幅為8cm，周期為4s，頻率為
故A錯(cuò)誤；
B．由圖示圖像可知，t＝0到t＝1s時(shí)間內(nèi)小球從正的最大位移處向平衡位置運(yùn)動(dòng)，小球做加速運(yùn)動(dòng)，速度增大，動(dòng)能增大，故B錯(cuò)誤；
C．由圖示圖像可知，t＝2s小球在負(fù)的最大位移處，t＝4s時(shí)小球在正的最大位移處，回復(fù)力大小相等，方向相反，故C正確；
D．根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可得
則該小球的振動(dòng)方程為
故D正確。
故選CD。
【變式】（多選）（2023上·遼寧錦州·高三渤海大學(xué)附屬高級(jí)中學(xué)?？计谥校┤鐖D所示為光滑水平面上一水平彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)圖像如下圖。已知彈簧的勁度系數(shù)為10N/cm，列說(shuō)法正確的是（）
A．圖中A點(diǎn)，振子所受的回復(fù)力大小為2.5NB．圖中A點(diǎn)，振子的速度方向指向x軸的正方向
C．彈簧振子的振幅等于0.5mD．4s時(shí)間內(nèi)，振子做了4次全振動(dòng)
【答案】AB
【詳解】A．彈簧振子的回復(fù)力為彈簧的彈力，根據(jù)如可看出A點(diǎn)位移為0.25cm，所以
在A點(diǎn)，振子所受的回復(fù)力大小為2.5N，故A正確；
B．圖中A點(diǎn)，振子正在向x軸的正方向運(yùn)動(dòng)，所以速度方向指向x軸的正方向，故B正確；
C．振幅指振動(dòng)的最大位移，從圖中縱坐標(biāo)可看出，彈簧振子的振幅等于0.5cm，故C錯(cuò)誤；
D．從圖中可看出，振子的周期為2s， 1個(gè)周期振子做1次全振動(dòng)，所以4s時(shí)間內(nèi)，振子做了2次全振動(dòng)，故D錯(cuò)誤。
故選AB。
考題4：對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像的理解與應(yīng)用
【典例4】（2023上·湖北孝感·高二湖北省孝感市第一高級(jí)中學(xué)校聯(lián)考期中）如圖，一根張緊的水平彈性長(zhǎng)繩上的a、b兩點(diǎn)相距L＝12.0m，b點(diǎn)在a點(diǎn)的右方。一列簡(jiǎn)諧橫波沿此長(zhǎng)繩向右傳播。在t＝0時(shí)刻，a點(diǎn)的位移cm（4cm為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅），b點(diǎn)的位移，且向下運(yùn)動(dòng)，T＝2s。
（1）求質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)方程；
（2）若這一列簡(jiǎn)諧波的波長(zhǎng)，求波可能的傳播速度。
【答案】（1）見(jiàn)解析；（2）見(jiàn)解析
【詳解】（1）設(shè)質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)方程為
依題意，A=4cm，T=2s，可得
由t＝0時(shí)刻，a點(diǎn)的位移cm，可知
解得
可得
（2）依題意，設(shè)該波的波長(zhǎng)為，則有
又
解得
根據(jù)
聯(lián)立，解得
【變式】（2023上·黑龍江牡丹江·高二牡丹江一中?？计谥校┤鐖D1所示，彈簧振子以點(diǎn)為平衡位置，在A、B兩點(diǎn)之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。取向右為正方向，振子的位移隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2所示，下列說(shuō)法正確的是（）
A．時(shí)，振子經(jīng)過(guò)點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)B．時(shí)，振子在點(diǎn)右側(cè)5cm處
C．和時(shí)，振子的速度相同D．時(shí)，振子的速度最大
【答案】C
【詳解】A．由圖2可知，時(shí)，振子經(jīng)過(guò)點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；
B．振動(dòng)周期為4s，振子的振動(dòng)方程為
帶入得，振子在點(diǎn)右側(cè)處，B錯(cuò)誤；
C．和時(shí)，圖像斜率相同，則振子的速度相同，C正確；
D．時(shí)，振子在B點(diǎn)，速度為零，D錯(cuò)誤。
故選C。
考題5：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的力學(xué)綜合問(wèn)題
【典例5】（2023上·山東臨沂·高二校聯(lián)考期中）如圖所示，一勁度系數(shù)為100N/m的彈簧上端固定在天花板上，下端連接一質(zhì)量為0.1kg的重物（可看作為質(zhì)點(diǎn)），將重物向下拉動(dòng)一段距離讓其以O(shè)點(diǎn)為平衡位置在B、C兩點(diǎn)之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，B、C兩點(diǎn)相距4cm，P點(diǎn)為OB的中點(diǎn)。重物從B點(diǎn)到第二次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)，所用的時(shí)間為0.9s，若重物經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，取向上為正方向。求：
（1）該重物做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)方程；
（2）從t＝0時(shí)刻開(kāi)始到重物第二次經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的時(shí)間；
（3）重物處于P點(diǎn)時(shí)彈簧的形變量和回復(fù)力大小。
【答案】（1）；（2）1.1s；（3）1cm；1N
【詳解】（1）重物從B點(diǎn)到第二次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)，所用的時(shí)間為0.9s，可知
可知T=1.2s
振幅為A=2cm，則
重物經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，取向上為正方向，則該重物做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)方程
（2）在P點(diǎn)時(shí)
帶入振動(dòng)方程
解得t1=0.2s ，t2=1.0s
則從t＝0時(shí)刻開(kāi)始到重物第二次經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的時(shí)間
（3）在平衡位置O時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量為
重物處于P點(diǎn)時(shí)彈簧的形變量為?y=?x+×2cm=2cm
回復(fù)力大小
【變式】（2023上·江蘇南通·高三統(tǒng)考期中）如圖所示，足夠大的水面上漂浮著質(zhì)量分布均勻的圓柱體AB，其橫截面積為S，長(zhǎng)L，水面以下部分長(zhǎng)為kL，水的密度為ρ，現(xiàn)用豎直向下的外力F緩慢將圓柱體壓入水中。已知重力加速度為g，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不計(jì)一切阻力且圓柱體始終保持豎直。求：
（1）當(dāng)圓柱體上表面恰好沒(méi)入水面時(shí)外力F的大??；
（2）松手后，圓柱體在水中看做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，k需要滿足什么條件圓柱體才不會(huì)離開(kāi)水面；
（3）若，當(dāng)圓柱體上表面恰好沒(méi)入水面時(shí)松手，則B離開(kāi)水面的最大高度H。
【答案】（1）；（2）；（3）
【詳解】（1）開(kāi)始時(shí)對(duì)靜止的圓柱體
解得
恰好壓入水中時(shí)對(duì)圓柱體
解得
（2）松手瞬間圓柱體AB的加速度最大，對(duì)圓柱體
當(dāng)圓柱體在水中向上運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)，由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性有
方向豎直向下，由于圓柱體不會(huì)離開(kāi)水面，故有
從圓柱體上表面與水面相切開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，到圓柱體的下表面與水面相切的過(guò)程中，根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性k=
所以k的范圍為
（3）時(shí)，柱體會(huì)離開(kāi)水面，由動(dòng)能定理
解得
故
考點(diǎn)02 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的兩種模型
簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的兩種模型
1．對(duì)單擺的理解
（1）回復(fù)力：擺球重力沿軌跡切線方向的分力，F(xiàn)回＝－mgsinθ＝－eq \f(mg,l)x＝－kx，負(fù)號(hào)表示回復(fù)力F回與位移x的方向相反。
（2）單擺是一個(gè)理想化模型，擺角θ

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