第8章 第2讲 机械波-【优化探究】2025年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（教科版2019）

第2讲　机械波 第八章　机械振动和机械波 基础知识 自主梳理 核心知识 典例研析 分层训练 巩固提高 考点一　波的形成、传播与波的图像 考点二　振动图像与波的图像的综合应用 考点三　波传播的周期性与多解性问题 内容索引 考点四　波的干涉、衍射、多普勒效应 基础知识 自主梳理 一 3 一、机械波 1．机械波的形成条件 (1)有发生机械振动的________。 (2)有传播________，如空气、水等。 2．传播特点 (1)传播振动形式、传递________、传递信息。 (2)质点不随波迁移。 波源 介质 能量 相互垂直 相同 波源 介质 无关 λf 三、机械波的图像 1．坐标轴：横轴表示各质点的________，纵轴表示该时刻各质点的________。 2．意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开________的位移。 3．图像(如图) 平衡位置 位移 平衡位置 四、波的衍射 1．定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。 2．发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长________，或者________时，才会发生明显的衍射现象。 相差不多 小于波长 五、波的干涉 1．波的叠加原理：几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。 2．波的干涉 (1)定义：频率相同、相位差恒定，振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是________、某些区域的振动总是________，这种现象叫波的干涉。 (2)条件：两列波的频率相同。 3．干涉和衍射是波特有的现象，波同时还可以发生反射、折射。 加强 减弱 六、多普勒效应 由于波源与观察者相互________或者相互________时，接收到的波的________与波源频率不相等的现象。 靠近 远离 频率 二 核心知识 典例研析 11 考点一　波的形成、传播与波的图像 基础考点 1．机械波的传播特点 (1)波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同。 (2)介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都与波源的振动频率和周期相同。 (3)波从一种介质进入另一种介质，由于介质不同，波长和波速可以改变，但频率和周期都不会改变。 2．波动图像的信息(如图所示) (1)直接读取振幅A和波长λ，以及该时刻各质点的位移。 (2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小。 (3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。 考向2　波的传播 [典例2]　(多选)如图所示，两种不同材料的弹性细绳在O处连接，M、O和N是该绳上的三个点，OM间距离为7.0 m，ON间距离为5.0 m。O点上下振动，则形成以O点为波源向左和向右传播的简谐横波Ⅰ和Ⅱ，其中波Ⅱ的波速为1.0 m/s。t＝0时刻O点处质点在波谷位置，观察发现5 s 后此波谷传到M点，此时O点正通过平衡位置向上运动，OM间还有一个波谷，则(　　) A．波Ⅰ的波长为4 m B．N点的振动周期为4 s C．t＝3 s时，N点恰好处于波谷 D．当M点处于波峰时，N点也一定处于波峰 BD 考向3　波的图像 [典例3]　(多选)(2023·四川内江三模统考)“战绳”是一种近年流行的健身器材，健身者把两根相同绳子的一端固定在一点，用双手分别握住绳子的另一端，上下抖动绳子使绳子振动起来(图甲)，以手的平衡位置为坐标原点，图乙是健身者右手在抖动绳子过程中某时刻的波形，若右手抖动的频率是0.5 Hz，下列说法正确的是(　　) 方法技巧 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 考点二　振动图像与波的图像的综合应用 能力考点 1．振动图像和波的图像的比较 比较项目 振动图像 波的图像 Δt后的图形 随时间推移，图像延伸，但已有形状不变 随时间推移，图像沿波的传播方向平移，原有波形做周期性变化 联系 (1)纵坐标均表示质点的位移 (2)纵坐标的最大值均表示振幅 (3)波在传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动 2.由波动图像和某一质点的振动图像判断波的传播规律的方法 (1)首先根据横轴是长度还是时间分清哪一个是波动图像，哪一个是振动图像，注意各个质点振动的周期和振幅相同。 (2)从确定的振动图像中可以找出某质点在波动图像中某一时刻的振动方向，根据该质点振动方向确定波的传播方向。 [典例4]　(多选)(2023·四川南充高级中学诊断)一列简谐横波在均匀介质中沿x轴传播，把质点M刚好振动了一个周期时作为0时刻，此时波动图像如图甲所示，图乙是质点M的振动图像。M、N两质点的平衡位置均在x轴上，两者相距s＝16 m，则( 　　) A．波向x轴正方向传播 B．波的传播速度为6 m/s C．t＝2 s时，质点M处在平衡位置 D．t＝10 s内，质点N运动的路程为7.6 m ACD 方法技巧 “一分、一看、二找”分析波动图像与 振动图像综合类问题 考点三　波传播的周期性与多解性问题 能力考点 2．造成波动问题多解的三大因素 周期性 (1)时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确 (2)空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确 双向性 (1)传播方向双向性：波的传播方向不确定 (2)振动方向双向性：质点振动方向不确定 波形的隐含性 在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态，这样波形就有多种情况，形成波动问题的多解性 3.解决波的多解问题的思路 一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系Δt或Δx，若此关系为时间，则t＝nT＋Δt(n＝0，1，2，…)；若此关系为距离，则x＝nλ＋Δx(n＝0，1，2，…)。 ACD [典例6]　(多选)(2023·山东青岛期末)一列简谐横波在均匀介质中沿x轴正方向传播，a、b、c、d是介质中的质点，t＝0时刻的波形图如图中实线所示，此时波刚好传播到b点，t＝6 s时刻的波形图如图中虚线所示，下列说法正确的是(　　) 考点四　波的干涉、衍射、多普勒效应 基础考点 (2)图像法：在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点。各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。 2．波的衍射现象及产生明显衍射的条件 波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象。产生明显衍射现象的条件是：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。 3．多普勒效应的成因分析 (1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。 (2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小。 [典例7]　(2023·四川师大附中高三诊断)如图甲所示，在xOy平面内有两个波源S1(－2 m，0)和S2(4 m，0)，两波源做垂直于xOy平面的简谐运动，其振动图像分别如图乙和图丙所示，两波源形成的机械波在xOy平面内向各个方向传播，波速均为25 cm/s。xOy平面上有A、B两点，其位置坐标分别为A(－2 m，8 m)，B(0.5 m，0)，则(　　) A．两波源形成的波不同，不能产生干涉现象 B．图中点A(－2 m，8 m)的振幅为6 m C．A、B连线上有一个振动加强点 D．两波源的连线上(不含波源)有11个振动减弱点，它们的位移大小始终是2 m [答案]　C 波源的起振方向相反，可知当波程差满足Δs＝nλ时，该点为振动减弱点，则两波源的连线上(不含波源)有11个振动减弱点，它们的振幅为 2 m，但位移在0到2 m之间变化，D错误。 [典例8]　(2023·江苏南京质检)如图，挡板M固定，挡板N可以上下移动，现在把M、N两块挡板中的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示中的图样，P点的水没有振动起来。为使挡板左边的振动传到P点，可以采用的办法是(　　) A．挡板N向下平移一段距离 B．增大波源振动频率 C．挡板M和N向右移动一段距离 D．波源向左匀速移动 D 三 分层训练 巩固提高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 【A级　夯实基础】 1．(2023·新课标卷)船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声。声波在空气中和在水中传播时的(　　) A．波速和波长均不同　　 B．频率和波速均不同 C．波长和周期均不同 D．周期和频率均不同 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2．如图为波源O传出的一列水波，相邻实线间的距离等于一个波长。下列说法正确的是(　　) A．波通过孔A，发生明显的衍射现象 B．波通过孔B，不发生衍射现象 C．波遇到障碍物C，发生明显的衍射现象 D．波遇到障碍物D，不发生衍射现象 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 当孔、缝、障碍物的宽度与波长差不多或者比波长还小时，就能够发生明显的衍射现象，这是发生明显衍射的条件。观察题图，孔B和障碍物C尺寸明显大于波长，不会发生明显衍射现象，但仍然有衍射现象，只是不明显，不易观察；孔A和障碍物D尺寸小于和接近波长，会发生明显衍射现象。故A正确，B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 3．(多选)(2023·天津和平区一模)手持软绳的一端O点在竖直方向上做简谐运动，带动绳上的其他质点振动形成沿水平方向传播的简谐波，P、Q为绳上的两点。t＝0时O点由平衡位置开始振动，至t1时刻恰好完成两次全振动，绳上OQ间形成如图所示的波形(Q点之后的波形未画出)，则(　　) A.t1时刻之前Q点始终静止 B．t1时刻P点运动方向向上 C．t1时刻P点刚好完成一次全振动 D．t＝0时刻O点运动方向向下 CD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 因为t1时刻O点已完成两次全振动，由题图可知，此时Q点已经振动了半个周期，故A错误；由于波的传播方向是从O到Q，由题图知t1时刻P点的运动方向向下，故B错误；因为P点处在两个振动周期的中间点，因此t1时刻P点刚好完成一次全振动，故C正确；根据图像可知，t＝0时O点运动方向向下，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 由于t＝0时波源从平衡位置开始振动，由振动方程可知，波源起振方向沿y轴正方向，且t＝T时波的图像应和t＝0时的相同，根据“上坡下，下坡上”可知t＝T时的波形图为选项D图。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 5．(多选)(2023·重庆卷)一列简谐横波在介质中沿x轴传播，波速为 2 m/s，t＝0时的波形图如图所示，P为该介质中的一质点，则(　　) A．该波的波长为14 m B．该波的周期为8 s C．t＝0时质点P的加速度方向沿y轴负方向 D．0～2 s内质点P运动的路程有可能小于0.1 m BD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 6．(2023·浙江宁波校考)某学习小组为了研究水面波的传播特点，在水面上放置波源和浮标，两者的间距为L。t＝0时刻，波源开始从平衡位置在竖直方向做简谐运动，产生的水波沿水平方向传播(视为简谐波), t1时刻传到浮标处使浮标开始振动，此时波源刚好位于正向最大位移处。波源和浮标的振动图像分别如图中的实线和虚线所示，则(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 7．(2023·河北秦皇岛联考)如图所示，一列简谐横波沿x轴传播，实线为t1＝0.5 s时的波形图，虚线为t2＝2 s时的波形图。已知该简谐波的传播速度v满足2 m/s≤v≤4 m/s，下列关于平衡位置在x＝2 m处质点的振动图像，可能正确的是(　　) B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 8．(2023·浙江6月卷)如图所示，置于管口T前的声源发出一列单一频率声波，分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O。先调节A、B两管等长，O处探测到声波强度为400个单位，然后将A管拉长d＝15 cm，在O处第一次探测到声波强度最小，其强度为100个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比，不计声波在管道中传播的能量损失，则(　　) A．声波的波长λ＝15 cm B．声波的波长λ＝30 cm C．两声波的振幅之比为3∶1 D．两声波的振幅之比为2∶1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 9．(多选)(2023·天津卷)一列机械波的波源是坐标轴原点，从t＝0时波源开始振动，t＝0.5 s时波形如图，则下列说法正确的有(　　) A．在这种介质中波速v＝4 m/s B．x＝1 m处质点在t＝0.3 s时位于波谷 C．波源振动方程y＝0.02sin (5πt＋π)m D．x＝－1 m处质点半个周期内向左移 动半个波长 BC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 【B级　能力提升】 10．(2023·湖南卷)如图(a)，在均匀介质中有A、B、C和D四点，其中A、B、C三点位于同一直线上，AC＝BC＝4 m，DC＝3 m，DC垂直AB。t＝0时，位于A、B、C处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图(b)所示，振动方向与平面ABD垂直，已知波长为 4 m。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 A．这三列波的波速均为2 m/s B．t＝2 s时，D处的质点开始振动 C．t＝4.5 s时，D处的质点向y轴负方向运动 D．t＝6 s时，D处的质点与平衡位置的距离是6 cm 答案：C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 的波已到达D处，而A、B处波源产生的波还没传到D处，故t＝4.5 s时，D处质点的振动仅由C处波源产生的波决定，振动时间为Δt＝(4.5－3)s＝1.5 s，由题图(b)可知此时D处质点向y轴负方向振动，C选项正确；t＝6 s时，A、B、C三个波源产生的波均已传到D处，t＝6 s时，A处波源产生的波与B处波源产生的波在D处产生的位移均为2 cm，C处波源产生的波在D处产生的位移为－2 cm，则t＝6 s时，D处的质点与平衡位置的距离是2 cm，D选项错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 11．(2023·山东济南模拟)一列简谐横波沿x轴传播，t＝0.1 s时的波形图如图甲所示。图乙为介质中质点A的振动图像。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 (1)求波的传播方向及波速； 答案：(1)沿x轴负方向　0.5 m/s 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 (2)t＝0.1 s时，波刚好传播到坐标原点O，质点B平衡位置的坐标xB＝－2.5 m(图中未画出)，求质点B处于波峰位置的时刻。 答案：(2)(5.15＋0.2n)s(n＝0，1，2，3，…) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 $$