第八章 机械振动与机械波 第3节 机械波——2027届高三物理一轮复习课件

该高中物理高考复习课件聚焦机械波四大核心考点，包括机械波与波的图像、振动与波动图像综合应用、周期性与多解性问题、干涉衍射及多普勒效应，对接高考评价体系，通过2025年云南山东等真题分析考点权重，归纳图像分析多解讨论等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于真题训练与素养导向，如用“上下坡法”“同侧法”突破波传播方向与质点振动方向互判，多解性问题分类建模培养科学思维，帮助学生掌握答题技巧，教师可据此高效指导学生冲刺高考。

第8章 机械振动与机械波 第3节 机械波 1 考点一 机械波与波的图像 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 考点四 波的干涉、衍射 多普勒效应 2 考点一 机械波与波的图像 3 1.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。 波源 介质 4 （2）传播特点 ①机械波传播的只是振动的______和______，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运 动，并不随波______。 ②波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向______。 ③介质中每个质点都做______振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振 动频率和周期______。 ④波源经过一个周期 完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离。 形式 能量 迁移 相同 受迫 相同 5 2.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 6 3.波长、波速、频率及其关系 （1）波长 在波的传播方向上，振动相位总是______的两个相邻质点间的距离。 （2）波速 波在介质中的传播速度，由______本身的性质决定。 （3）频率 由波源决定，等于波源的__________。 （4）波长、波速和频率（周期）的关系： ____。 相同 介质 振动频率 7 4.波的周期性 （1）质点振动<m></m>时，波形不变。 （2）在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为<m></m>时，它们的 振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为<m></m>时，它们的 振动步调总相反。 8 5.波的传播方向与质点振动方向的互判 “上下坡”法 沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振 动，“下坡”时质点向上振动 _____________________________________________________ “同侧”法 波形图上某点表示传播方向和振动方向 的箭头在图线同侧 _____________________________________________________ “微平移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再 由对应同一 坐标的两波形曲线上的点来 判断质点振动方向 _____________________________________________________ 9 【视角1】　波的形成及传播 例1 一条绳子可以分成一个个小段，每小段都可以看作一个质点，这些质点之间存在着相互作用。如图所示，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，会带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传向右端。质点1的振动周期为T。t = 0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。下列判断正确的是( ) 10 A.质点1与质点20间相距一个波长 B.质点20开始振动时运动方向向下 C.t = 时质点5的加速度方向向上 D.t = 时质点12的速度方向向上 √ 11 [解析] 质点1与质点5之间相距四分之一波长，可知质点1与质点17间相距一个波长，选项A错误；因质点1开始起振的方向向上，可知质点20开始振动时运动方向向上，选项B错误；t = 时振动刚传到质点9，此时质点5在波峰位置，此时质点5的加速度方向向下，选项C错误；t = 时振动传到质点13位置，此时质点12正由平衡位置向波峰位置振动的过程中，则其速度方向向上，选项D正确。 12 【视角2】 波的图像 例2 (2025·云南)如图所示，均匀介质中矩形区域内有一位置未知的波源。t = 0时刻，波源开始振动产生简谐横波，并以相同波速分别向左、右两侧传播，P、Q分别为矩形区域左右两边界上振动质点的平衡位置。t = 1.5 s和t = 2.5 s时矩形区域外波形分别如图中实线和虚线所示，则( ) D A.波速为2.5 m/s B.波源的平衡位置距离P点1.5 m C.t = 1.0 s时，波源处于平衡位置且向下运动 D.t = 5.5 s时，平衡位置在P、Q处的两质点位移相同 13 [解析] 根据波形可知λ = 4 m，T = 2.5 s1.5 s，可得T = 2 s，故波速为v = = 2 m/s，故A错误；设波源的平衡位置距离P点距离为x0，根据左侧t = 1.5 s时的波形可知 = 1.5 s，解得x0 = 1 m，故B错误；根据左侧实线波形结合同侧法可知波源刚开始的振动方向向下，由于t = 1.0 s = T，故可知此时波源处于平衡位置且向上运动，故C错误；由于x0 = 1 m，可知波源的平衡位置距离Q点距离为x1 = 3 m，故波传到PQ两点的时间分别为t0 = = 0.5 s，t1 = = 1.5 s，故t = 5.5 s时，平衡位置在P、Q处的两质点已经振动的时间分别为t0' = 5.5 s0.5 s = T，t1' = 5.5 s1.5 s = 2T，由于波源刚开始向下振动，故t = 5.5 s时，P处质点处于平衡位置向上振动，Q处质点处于平衡位置向下振动，故此时平衡位置在P、Q处的两质点位移相同，故D正确。 14 考点二 振动图像与波的图像的综合应用 15 振动图像和波的图像的比较 比较项目 振动图像 波的图像 研究对象 一个质点 波传播方向上的所有质点 研究内容 某质点位移随时间的变化规律 某时刻所有质点在空间分布的规律 图像 ______________________________________ ______________________________________ 16 比较项目 振动图像 波的图像 横坐标 表示时间 表示各质点的平衡位置 纵坐标 某质点在各时刻的位移 某时刻各质点的位移 振动方向的 判断 ___________________________________ （看下一时刻的位移） ______________________________________ （上下坡法） 续表 17 比较项目 振动图像 波的图像 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 续表 18 【视角1】　振动图像和波动图像的综合分析 例1 (多选)图甲为中国京剧中的水袖舞表演，水袖的波浪可视为简谐横波。图乙为该横波在t = 0时刻的波形图，P、Q为该波上两个质点，此时P位于平衡位置，Q位于波峰，且P比Q先振动。图丙为波上某质点的振动图像。则( ) AD A.该波的传播速度为2.5 m/s B.图丙可能为质点P的振动图像 C.t = 1.2 s时，质点Q的速度最大 D.0~1.2 s质点P运动的路程为1.2 m 19 [解析] 由乙图知，波长为2.0 m，由丙图知，周期为0.8 s，则波速为v = = 2.5 m/s，故A正确；由题知，质点P比质点Q先振动，故波向x轴负方向传播，在t = 0时刻质点P处于平衡位置，根据“上下坡”法，可知质点P此时向y轴负方向振动，故丙图不是质点P的振动图像，故B错误；因t = 1.2 s = T+T，故质点Q此时处于波谷，速度为零，故C错误；因t = 1.2 s = T+T，则质点P运动的路程为s = 6A = 1.2 m，故D正确。 20 【视角2】　已知振动图像分析波动图像 例2 图甲为某同学利用跳绳模拟战绳训练，该同学将绳子一端固定在杆上，用手上下甩动另一端。图乙为绳上P、Q两质点的振动图像，P、Q两质点平衡位置相距5 m。波由P向Q传播。下列说法正确的是( ) D A.增大甩动的频率，则波在绳子上传播速度增大 B.t = 0.5 s时，P、Q质两点振动方向相反 C.波长可能为0.6 m D.波速可能为 m/s 21 [解析] 机械波的传播速度只与介质有关，与振源振动频率无关，增大甩动的频率，则波在绳子上传播速度不变，选项A错误；根据振动图像可知，t = 0.5 s时，P、Q质两点振动方向相同，均沿x轴正向，选项B错误；结合振动图像可知nλ+ = 5 m(n = 0、1、2、3……)，当λ = 0.6 m时n不是整数，则选项C错误；波速v = m/s(n = 0、1、2、3……)，当n = 1时波速为 m/s，选项D正确。 22 【视角3】　已知波动图像分析振动信息 例3 (多选)(2025·山东)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( ) BD 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 23 [解析] 根据题图可知甲波的波长λ甲 = 4 m，根据λ甲 = vT甲可得T甲 = 4 s，A错误；设N左边在平衡位置的质点与N质点平衡位置的距离为x，根据题图结合1 = 2sin ×(cm) 又6 m2 m2x = ，可得x = 0.5 m，λ乙 = 6 m，B正确；t = 6 s时即经过T甲+，结合同侧法可知M向y轴负方向运动，C错误；同理根据λ乙 = vT乙，可得T乙 = 6 s，根据同侧法可知t = 0时N向y轴负方向运动，t = 6 s时即经过时间T乙，N仍向y轴负方向运动，D正确。 24 考点三 波传播的周期性与多解性问题 25 造成波动问题多解的主要因素 （1）周期性 ①时间周期性：时间间隔<m></m>与周期<m></m>的关系不明确。 ②空间周期性：波传播距离<m></m>与波长<m></m> 的关系不明确。 （2）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。 26 【视角1】　传播方向及波长不确定引起多解 例1 (多选)(2025·陕晋青宁)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( ) AD 27 [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，，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，，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AD符合；故选AD。 28 【视角2】　传播方向及周期不确定引起多解 例2 (多选)一列横波沿直线传播，显示屏上可观察各个时刻的波形图。在波的传播方向上有A、B两点。在t时刻A、B两点间形成如图甲所示波形，在时刻A、B两点间形成如图乙所示波形，已知A、B两点平衡位置间距离a = 9 m，则以下说法中正确的是( ) AD A.若周期为4 s，波一定向右传播 B.若周期为4 s，波一定向左传播 C.该波波速可能的最小值为2.5 m/s D.若波速为8.5 m/s，波一定向左传播 29 [解析] 若波向右传播，则有T+nT = 3 s，可得T = s 当T = 4 s时，n = 0，故A正确；若波向左传播，则有T+nT = 3 s，可得T = s，当T = 4 s时，n不是正整数，故B错误；根据已知条件可知，波长λ = 6 m。由v = 可知，周期最大时，波速最小。因有Tmax = s = 12 s，故有vmin = = 0.5 m/s，故C错误；若波向右传播，则有v = m/s，若波向左传播，则有v = m/s，当波速为8.5 m/s，若波向右传播，则n = 3.5不是正整数；若波向左传播，则n = 4是正整数。故D正确。 30 【视角3】　波长和周期不确定引起多解 例3 (多选)如图所示，一列振幅为10 cm的简谐横波，其传播方向上有两个质点P和Q，两者的平衡位置相距3 m。某时刻两质点均在平衡位置且二者之间只有一个波谷，再经过0.3 s，Q第一次到达波峰。则下列说法正确的是( ) ACD A.波长可能为2 m B.周期可能为0.24 s C.波速可能为15 m/s D.0.3 s内质点P的位移大小为10 cm 31 [解析] 某时刻P、Q两质点均在平衡位置且二者之间只有一个波谷，故存在以下四种情况 当P、Q之间的波的形式如图(c)所示时，则有λ = 3 m，则有λ = 2 m，A正确；由图可知，质点Q第一次到达波峰经历的时间可能为T1 = 0.3 s或T2 = 0.3 s，解得周期可能为1.2 s或0.4 s，B错误；图(a)、(b)、(c)、(d)的波长分别为λa = λb = 3 m，λc = 2 m，λd = 6 m，当周期为1.2 s时，波速为va = vb = 2.5 m/s， 32 vc = m/s，vd = 5 m/s，当周期为0.4 s时，波速为va' = vb' = 7.5 m/s，vc' = 5 m/s，vd' = 15 m/s，C正确；经过0.3 s，当质点Q到达波峰时，图(a)、(b)中质点P到达波峰，图(c)质点P到达波谷，图(d)质点P到达波谷，故0.3 s内质点P的位移大小为10 cm，D正确。 33 考点四 波的干涉、衍射 多普勒效应 34 1.波的叠加 在波的叠加中，质点同时参与两列波的运动，各个物理量等于这两列波单独引起的运 动的矢量和。 2.波的干涉 （1）条件：两列波的频率______，相位差恒定。 （2）现象：形成加强区与减弱区相互隔开的稳定图样。 相同 35 3.波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法 （1）公式法 某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差 。 ①当两波源振动步调一致时。 若 ，则振动______； 若 ，则振动______。 ②当两波源振动步调相反时。 若 ，则振动______； 若 ，则振动______。 加强 减弱 加强 减弱 36 （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______ 点，而波峰与波谷的交点一定是______点，各加强点或减弱点各自连接形成以两波源 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。 加强 减弱 37 4.波的衍射 （1）定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象，如图所示。 ①衍射是波特有的现象。 ②一切波都能发生衍射现象。 （2）产生明显衍射现象的条件是只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多， 或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。 38 5.多普勒效应 （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______，当波源与观察者相互 远离时，观察者接收到的频率______。 增加 变小 39 【视角1】 波的叠加 例1 (2025·黑吉辽蒙)平衡位置在同一水平面上的两个振动完全相同的点波源，在均匀介质中产生两列波。若波峰用实线表示，波谷用虚线表示，P点位于其最大正位移处，曲线ab上的所有点均为振动减弱点，则下列图中可能满足以上描述的是( ) C 40 [解析] 根据题意P点位于其最大正位移处，故可知此时P点位于两列波的波峰与波峰相交处；根据干涉规律可知，相邻波峰与波峰，波谷与波谷连线上的点都是加强点，故A图像中的曲线ab上的点存在振动加强点，不符合题意。故选C。 41 【视角2】 波的干涉 例2 (2024·江西) 如图(a)所示，利用超声波可以检测飞机机翼内部缺陷。在某次检测实验中，入射波为连续的正弦信号，探头先后探测到机翼表面和缺陷表面的反射信号，分别如图(b)、(c)所示。已知超声波在机翼材料中的波速为6300 m/s。关于这两个反射信号在探头处的叠加效果和缺陷深度d，下列选项正确的是( ) A A.振动减弱；d = 4.725 mm B.振动加强；d = 4.725 mm C.振动减弱；d = 9.45 mm D.振动加强；d = 9.45 mm 42 [解析] 根据反射信号图像可知，超声波的传播周期为T = 2×10-7 s，又波速v = 6300 m/s，则超声波在机翼材料中的波长λ = vT = 1.26×10-3 m，结合题图可知，两个反射信号传播到探头处的时间差为t = 1.5×10-6 s，故两个反射信号的路程差2d = vΔt = 9.45×10-6 m = λ，解得d = 4.725 mm，两个反射信号在探头处振动减弱，A正确。 43 【视角3】 波的衍射 例3 (多选)如图为俯视图，P为桥墩，A为靠近桥墩浮出水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶片振动，不能实现的方法是( ) ACD A.提高波源S频率 B.降低波源S频率 C.减小波源S到桥墩的距离 D.波源S振幅减小 44 [解析] 根据λ = ，波速不变，频率增大，则波长减小，衍射现象不明显，不能够实现水波带动叶片振动，故A正确；结合上述，降低波源S频率，波长增大，衍射现象明显，能够实现水波带动叶片振动，故B错误；结合上述可知，波源S到桥墩的距离和波源S振幅变化，波长不变，即不能够实现水波带动叶片振动，故CD正确。 45 【视角4】 多普勒效应 例4 (多选)汽车无人驾驶技术常用的是ACC自适应巡航控制，其使用的传感器主要有毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波。如图所示，无人车与前车沿同一道路同一方向做匀速直线运动，无人车上的雷达发射和接收的无线电波的频率分别为f和f'，则( ) ABD A.无人车与前车都静止时，f'一定等于f B.无人车速度等于前车的速度时，f'一定等于f C.无人车速度大于前车的速度时，f'一定小于f D.无人车速度小于前车的速度时，f'一定小于f 46 [解析] 根据多普勒效应可知，无人车与前车都静止时，f'一定等于f，选项A正确；根据多普勒效应可知，无人车速度等于前车的速度时，f'一定等于f，选项B正确；无人车速度大于前车的速度时，两车靠近，根据多普勒效应可知，f'一定大于f，选项C错误；无人车速度小于前车的速度时，两车远离，根据多普勒效应可知，f'一定小于f，选项D正确。 47 $