第1编 专题5 振动与波、光学 第12讲 振动与波（课件PPT）-【满分思维】2026年高考二轮专题复习·物理

该高中物理高考复习课件聚焦“振动与波”专题，依据高考评价体系梳理了机械振动（简谐运动规律、周期性）、机械波（图像分析、干涉衍射）等核心考点，通过近三年真题统计明确简谐运动图像、波速波长计算等高频考点占比超60%，归纳选择、计算等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题精讲+模型建构+素养提升”策略，如以2024浙江选考单摆题为例，通过等效摆长、重力加速度分析培养科学思维，结合波的图像与振动图像综合问题思路，帮助学生掌握“一分二看三找”技巧，提升物理观念应用能力，教师可据此精准突破考点，助力学生高效冲刺。

第12讲　振动与波 贯通•知识脉络 研学•核心考点 目录索引 微专题1 贯通•知识脉络 研学•核心考点 考点一　机械振动 命题角度1简谐运动的规律 1.回复力 F=-kx,F(或a)的大小与x的大小成正比,方向相反。 2.物理量变化特点 靠近平衡位置时,速度v、动能Ek都增大,位移x、回复力F、加速度a、势能Ep都减小;远离平衡位置时,速度v、动能Ek都减小,位移x、回复力F、加速度a、势能Ep都增大。 考点一 考点二 3.简谐运动的周期性和对称性 周期性 特征 质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化,变化周期就是简谐运动的周期T;动能和势能也随时间做周期性变化,其变化周期为 对称性 特征 在关于平衡位置O对称的两点,质点速度的大小、动能、势能相等,相对平衡位置的位移大小相等、方向相反 考点一 考点二 例1　(2024河北卷)如图所示,一电动机带动轻杆在竖直框架平面内匀速转动,轻杆一端固定在电动机的转轴上,另一端悬挂一紫外光笔,转动时紫外光始终竖直投射至水平铺开的感光纸上,沿垂直于框架的方向匀速拖动感光纸,感光纸上就画出了描述光点振动的x-t图像,已知轻杆在竖直面内长0.1 m,电动机转速为12 r/min,该振动的角速度和光点在12.5 s内通过的路程分别为(　　) A.0.2 rad/s,1.0 m B.0.2 rad/s,1.25 m C.1.26 rad/s,1.0 m D.1.26 rad/s,1.25 m C 考点一 考点二 解析 电动机的转速n=12 r/min=0.2 r/s,因此角速度ω=2πn=1.26 rad/s,周期为T==5 s,简谐运动的振幅即为轻杆的长度A=0.1 m,12.5 s通过的路程为s=×4A=1.0 m,选项C正确。 考点一 考点二 例2　(2024浙江6月选考)如图所示,不可伸长的光滑细线穿过质量为0.1 kg的小铁球,两端A、B悬挂在倾角为 30°的固定斜杆上,间距为1.5 m。小球平衡时,A端细线与杆垂直;当小球受到扰动做垂直纸面方向的微小摆动时,等效于悬挂点位于小球重垂线与AB交点的单摆,重力加速度g取10 m/s2,则 (　　) A.摆角变小,周期变大 B.小球摆动周期约为2 s C.小球平衡时,A端拉力为 N D.小球平衡时,A端拉力小于B端拉力 B 考点一 考点二 解析 根据单摆的周期公式T=2π可知,周期与摆角大小无关,故A错误;因为是在同一根光滑细线中,所以A端拉力等于B端拉力,平衡时对小球受力分析如图所示,由平衡条件有2FAcos 30°=mg,解得FA=FB= N,故C、D错误;根据几何知识可知摆长为L==1 m,故周期为T=2π≈2 s,故B正确。 考点一 考点二 多题归一 单摆的拓展模型 偏角很小时等效为单摆 等效重力加速度为g0=gsin θ 等效重力加速度为g0=g± (小球可在线上自由滑动) 等效摆长为L= 考点一 考点二 命题角度2简谐运动图像的理解与应用 例3　(2024福建卷)某简谐运动的y-t图像如图所示,则以下说法正确的是 (　　) A.振幅为2 cm B.频率为2.5 Hz C.0.1 s时速度为0 D.0.2 s时加速度方向竖直向下 B 考点一 考点二 解析 由题图可知,该简谐运动的振幅是1 cm,周期是0.4 s,所以频率是f==2.5 Hz,选项A错误,B正确。y-t图像的斜率大小表示速度大小,0.1 s时速度方向竖直向下,大小不为0,选项C错误。简谐运动的加速度方向与位移方向相反,故0.2 s时加速度方向竖直向上,选项D错误。 考点一 考点二 例4　(2024浙江1月选考)如图甲所示,质量相等的小球和点光源,分别用相同的弹簧竖直悬挂于同一水平杆上,间距为l,竖直悬挂的观测屏与小球水平间距为2l,小球和光源做小振幅运动时,在观测屏上可观测小球影子的运动。以竖直向上为正方向,小球和光源的振动图像如图乙所示,则(　　) A.t1时刻小球向上运动 B.t2时刻光源的加速度向上 C.t2时刻小球与影子相位差为π D.t3时刻影子的位移为5A D 考点一 考点二 解析 以竖直向上为正方向,根据图乙可知,t1时刻,小球位于平衡位置,随后位移为负值,且位移增大,可知,t1时刻小球向下运动,故A错误;以竖直向上为正方向,t2时刻光源的位移为正值,光源振动图像为正弦式,表明其做简谐运动,根据F回=-kx=ma可知,其加速度方向与位移方向相反,位移方向向上,则加速度方向向下,故B错误;根据图乙可知,小球与光源的振动步调总是相反,由于影子是光源发出的光被小球遮挡后,在屏上留下的阴影,可知,影子与小球的振动步调总是相同,即t2时刻小球与影子相位差为0,故C错误;根据图乙可知,t3时刻,光源位于最低点,小球位于最高点,根据光的直线传播,可知屏上影子的位置也处于最高点,影子位于正方向上的最大位移处,根据几何关系有,解得x影子=5A,即t3时刻影子的位移为5A,故D正确。 考点一 考点二 考点二　机械波　 命题角度1机械波的形成与传播规律 1.机械波的四个特点 (1)介质中各质点的起振方向、振动频率和周期都和波源相同。 (2)波从一种介质进入另一种介质时,波长和波速改变,但频率和周期都不变。 (3)波源振动一个周期,波向前传播一个波长的距离,有v==λf。 (4)在波的传播过程中,同一时刻如果一个质点处于波峰,而另一质点处于波谷,则这两个质点一定是反相点。 考点一 考点二 温馨提示①介质中各质点随波振动,但并不随波迁移;②质点振动nT(n=0,1,2,3,…)时,波形不变;③由于波的周期性、波传播方向的双向性,波的传播问题易出现多解现象。 2.波的图像的周期性:相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同,从而使题目的解答出现多解的可能。 3.波传播方向的双向性:在题目未给出波的传播方向时,要考虑到波可沿x轴正向或负向传播的两种可能性。 考点一 考点二 例5　(多选)(2025广东模拟)如图所示,S为波源,t=0时刻开始向上振动,产生的简谐横波向右传播。在t=2.4 s时刻波传播到P点,t=3.2 s时刻Q处质点第一次到达最低点,运动的路程为6 cm,P、Q间的距离为1 m,波速为2 m/s,下列说法正确的是(　　) A.P处质点振动频率为2.5 Hz B.该简谐波的波长为0.8 m C.波源处质点振幅为3 cm D.P处质点与波源处质点振动方向总是相反 AB 考点一 考点二 解析 波从P点传播到Q点所用时间为t1==0.5 s,t=3.2 s时刻,质点Q已振动了T,即T=3.2 s-2.4 s-0.5 s=0.3 s,解得周期T=0.4 s,则质点振动频率f==2.5 Hz,波的波长为λ=vT=0.8 m,故A、B正确;波源处质点振幅为A= cm=2 cm,故C错误;波从S点传播到P点经过2.4 s,恰好为6个周期,因此S、P处质点的振动方向总是相同,故D错误。 考点一 考点二 例6　(多选)(2025陕晋青宁卷)一列简谐横波在介质中沿直线传播,其波长大于1 m,a、b为介质中平衡位置相距2 m的两质点,其振动图像如图所示。则t=0时的波形图可能为(　　) CD 考点一 考点二 解析 根据振动图像可知,当波的传播方向为a到b时,xab=λ+nλ(n=0,1,2,…), λ>1 m,解得n=0或1,即xab=λ或λ;当波的传播方向为b到a时, xab=λ+nλ(n=0,1,2,…),λ>1 m,解得n=0或1,即xab=λ或λ;同时t=0时,a处于平衡位置,b处于波谷位置,结合图像可知C、D符合,故选C、D。 考点一 考点二 命题角度2波的图像与振动图像 1.解决波的图像与振动图像的方法技巧 考点一 考点二 2.解决y-t图像和y-x图像综合问题的基本思路 (1)由y-t图像可以获取波的振幅A、振动周期T。 (2)由y-x图像可以获取波的振幅A、波长λ。 (3)由公式v=λf求得波速。 (4)明确y-t图像描述的是哪个质点的振动图像,y-x图像是哪一时刻波的图像,然后根据y-t图像确定y-x图像对应时刻该质点的位移和振动方向,最后根据y-x图像确定波的传播方向,进而判断其他有关问题。 考点一 考点二 例7　(多选)(2025山东卷)均匀介质中分别沿x轴负向和正向传播的甲、乙两列简谐横波,振幅均为2 cm,波速均为1 m/s,M、N为介质中的质点。t=0时刻的波形图如图所示,M、N的位移均为1 cm。下列说法正确的是(　　) A.甲波的周期为6 s B.乙波的波长为6 m C.t=6 s时,M向y轴正方向运动 D.t=6 s时,N向y轴负方向运动 BD 考点一 考点二 解析 由波形图可知,甲波的波长λ1=4 m,周期T1==4 s,故A错误;由波形图可知,x=2 m处质点和x=6 m处质点N振幅均为A,由正弦函数性质可知x=2 m处的质点与质点N的间距为λ2,解得λ2=6 m,故B正确;6 s=T甲,经过(2n+1)时间,甲波上所有质点运动状态与t=0时相反,t=0时M向y轴正方向运动,则t=6 s时,M应向y轴负方向运动,故C错误;乙波周期T乙==6 s,故经过6 s后,乙波上所有质点运动情况与t=0时相同,t=0时N向y轴负方向运动,则t=6 s时,N应向y轴负方向运动,故D正确。 考点一 考点二 例8　(多选)(2024重庆卷)一列沿x轴传播的简谐波,在某时刻的波形图如图甲所示,一平衡位置与坐标原点距离为3 m的质点从该时刻开始的振动图像如图乙所示,若该波的波长大于3 m,则(　　) A.最小波长为 m B.频率为 Hz C.最大波速为 m/s D.从该时刻开始2 s内该质点运动的路程为 cm BD 考点一 考点二 解析 根据题图乙写出平衡位置与坐标原点距离为3 m的质点的振动方程y=Asin(ωt+φ),代入点和(2,0),解得φ=,ω=,可得T=2.4 s,f= Hz,故B正确。在图中标出位移为 cm的质点,如图所示,若波沿x轴正方向传播则为Q点,沿x轴负方向传播则为P点,则波长可能为λ=3 m,即λ=18 m;或λ'=3 m,即λ'=9 m,故A错误。根据v=,可得v=7.5 m/s,v'=3.75 m/s,故C错误。根据题图乙计算该质点在2 s内运动的路程为 s=cm=cm,故D正确。 考点一 考点二 命题角度3波的干涉和衍射 (1)两个振动情况相同的波源形成的波,在空间某点振动加强的条件为Δx=nλ(n=0,1,2,…),振动减弱的条件为Δx=nλ+(n=0,1,2,…)。两个振动情况相反的波源形成的波,在空间某点振动加强的条件为Δx=nλ+(n=0,1,2,…),振动减弱的条件为Δx=nλ(n=0,1,2,…)。 (2)振动加强点的位移随时间而改变,振幅最大。 温馨提示波的干涉和衍射是波特有的性质,波的干涉实质是波的叠加,同时要理解波的独立传播性原理。 发生干涉时,加强点始终加强,减弱点始终减弱;不同时刻加强点和减弱点的位移大小关系不确定。 考点一 考点二 例9　(2023广东卷)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中的传播速度为1 500 m/s,若探测器发出频率为1.5×106 Hz的声波,下列说法正确的是(　　) A.两列声波相遇时一定会发生干涉 B.声波由水中传播到空气中,波长会改变 C.该声波遇到尺寸约为1 m的被探测物时会发生明显衍射 D.探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关 B 考点一 考点二 解析 根据多普勒效应可知,探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度有关,而两列声波发生干涉的条件是频率相等,所以两列声波相遇时不一定发生干涉,A、D错误;声波由水中传播到空气中时,声波的波速发生变化,所以波长会发生改变,B正确;根据波长的计算公式可得λ= m=1×10-3 m,当该声波遇到尺寸约1 m的被探测物时不会发生明显衍射,C错误。 考点一 考点二 例10　如图甲所示,人们听音乐时外界噪声容易传入人耳中,其中A、C、E、F均位于平衡位置,如图乙所示,戴上降噪耳塞后可有效降低外界噪声的影响,则下列说法正确的是(　　) A.图甲中AF之间的距离为一个波长 B.图甲中A点的运动速度比B点快 C.图乙中利用了声波的衍射 D.图乙中若环境噪声的频率增加,降噪声波的频率可以保持不变 B 考点一 考点二 解析 由图甲可知,AF之间的距离为两个波长,A错误;振动中,质点离平衡位置越近速度越快,A比B离平衡位置近,则A速度更快,B正确;降噪过程应用了波的干涉原理,主动降噪利用的是声波干涉(两列波叠加抵消)而非衍射,C错误;降噪声波需要与环境噪声波的频率相同才能干涉相消,若环境噪声频率增加,降噪声波频率必须改变,D错误。 考点一 考点二 例11　(多选)(2024山东卷)甲、乙两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播,波速均为2 m/s。t=0时刻二者在x=2 m处相遇,波形图如图所示。关于平衡位置在x=2 m处的质点P,下列说法正确的是(　　) A.t=0.5 s时,P偏离平衡位置的位移为0 B.t=0.5 s时,P偏离平衡位置的位移为-2 cm C.t=1.0 s时,P向y轴正方向运动 D.t=1.0 s时,P向y轴负方向运动 BC 考点一 考点二 解析 由题图可知甲的波长为4 m,乙的波长为2 m,可知二者频率不同,周期分别是T甲= s=2 s,T乙= s=1 s,经过0.5 s,乙让P点振动了半个周期,甲让P点振动了周期,因此这时P点位移是-2 cm,A错误,B正确。t=1.0 s时,甲、乙两列波在P处均向上振动,故P向y轴正方向运动,C正确,D错误。 考点一 考点二 $