高中物理高考 2022年高考物理一轮复习（新高考版1(津鲁琼辽鄂)适用） 第13章 第2讲 机械波

大一轮复习讲义第十三章机械振动与机械波第2讲机械波1.知道机械波的分类及特点.2.掌握波速、波长和频率的关系，会分析波的图像.3.知道波的干涉、衍射和多普勒效应，掌握干涉、衍射的条件.【目标要求】考点一机械波与波的图像考点二波的图像与振动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、衍射和多普勒效应课时精练内容索引NEIRONGSUOYIN考点一机械波与波的图像011.机械波(1)机械波的形成条件有发生机械振动的波源.有传播介质，如空气、水等.(2)传播特点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.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.基础回扣形式能量迁移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1)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和波源的振动频率和周期相同.波源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，vf.平衡位置平衡位置位移图图13.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v：波在介质中的传播速度，由本身的性质决定.(3)频率f：由波源决定，等于波源的.(4)波长、波速和频率的关系：v.f相同介质振动频率技巧点拨1.波的周期性(1)质点振动nT(n0,1,2,3，)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n(n1,2,3，)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n1)(n0,1,2,3，)时，它们的振动步调总相反.2.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x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向例1(八省联考广东16(1)一列简谐波沿AB方向传播，A、B两点相距20m.A每分钟上下振动15次，这列波的周期是_s；当A点位于波峰时，B点刚好位于波谷，此时A、B间有两个波峰，这列波的传播速率是_m/s.考向1波的形成与传播24当A点位于波峰时，B点刚好位于波谷，解得8m例2(2020天津卷4)一列简谐横波沿x轴正方向传播，周期为T，t0时的波形如图2所示.t时A.质点a速度方向沿y轴负方向B.质点b沿x轴正方向迁移了1mC.质点c的加速度为零D.质点d的位移为5cm考向2波的图像图图2质点a正在经过平衡位置，速度方向沿y轴正方向，故A错误；波传播过程中，质点只能在平衡位置附近振动，不会随波迁移，故B错误；质点c处在平衡位置，加速度a0，故C正确；质点d的位移为5cm，故D错误.1.(波的形成和传播)(多选)某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以1.8m/s的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近.该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s.下列说法正确的是A.该水面波的频率为6HzB.该水面波的波长为3mC.水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去D.水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移跟进训练123412波传播过程中，传播的是振动形式，能量可以传递出去，但质点并不随波迁移，C错误，D正确.342.(基本物理量计算)(八省联考重庆16(1)如图3所示，a、b、c、d是一简谐横波上的质点，某时刻a、d位于平衡位置且相距为9m，c在波谷，该波的波速为2m/s.若此时a经平衡位置向上振动，则A.此波向右传播B.b点振动周期为3sC.c点运动速度大小为2m/sD.此波在a、d两点之间传播需3s图图31234解析此时a经平衡位置向上振动，根据“上下坡法”可知，波是向左传播的，故A错误；1234c点在波谷，所以此时c点运动速度大小为0，故C错误；3.(通过波的图像分析波的传播)(八省联考湖北5)一列简谐横波沿x轴正方向传播，其波速为10m/s，t0时刻的波形如图4所示.下列说法正确的是A.00.6s时间内，质点P运动的路程为18cmB.t0.6s时刻，质点P相对平衡位置的位移是6cmC.t1.2s时刻，质点Q加速度最大D.t1.4s时刻，质点M沿y轴负方向运动图图41234解析由波形图可知A6cm，8m，因为v10m/s，所以T0.8s,00.6s时间内，质点P的路程s3A18cm，A正确；123412341234考点二波的图像与振动图像的综合应用02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正(余)弦曲线正(余)弦曲线横坐标表示时间表示各质点的平衡位置物理意义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)(将波沿传播方向平移)t后的图形随时间推移，图像延续，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，每一个质点都有自己的振动图像例3(多选)(2019四川绵阳市第三次诊断)一列简谐横波在均匀介质中沿x轴传播，图5甲为t2s时的波形图，图乙为x2m处的质点P的振动图像，质点Q为平衡位置x3.5m的质点.下列说法正确的是A.波沿x轴正方向传播B.波的传播速度为1m/sC.t2s时刻后经过0.5s，质点P 通过的路程等于0.05mD.t3.5s时刻，质点Q经过平衡位置图图5解析由题图乙可知，t2s时质点P向上振动，根据“微平移法”，结合题图甲可知波沿x轴正方向传播，A正确；根据振动图像可知，波的周期为T4s，根据波形图可知，波长4m，所以波速v1m/s，B正确；t2s时刻，质点P位于平衡位置处，再经0.5sT，质点P通过的路程s0.05m，C错误；t1.5s，xvt1.5mPQ，根据波的传播方向可知t3.5s时刻，质点Q经过平衡位置，D正确.5.(波的图像与振动图像的综合应用)(2020山东济南市二模)如图6所示，图甲是t5s时刻一简谐横波沿x轴正方向传播的波形图，图乙为这列波上某质点的振动图像，则A.该列波的波速为4m/sB.图乙可能是质点b的振动图像C.质点c的振动方程为y6sin()cmD.t10s时，a点的振动方向向上跟进训练图图6解析由题图甲可得8m，由题图乙可得T4s，所以横波的波速为v2m/s，故A错误；由题图甲可知t5s时，质点b位于平衡位置且向上振动，由题图乙可知，5s时质点处于波峰位置，故B错误；由题图甲可知，质点c的振动方程y6sin(t)cm，故C正确；t5s时质点a处于波峰，经过5s(1)T，质点a运动到平衡位置且向下振动，故D错误.03考点三波传播的周期性与多解性问题造成波动问题多解的主要因素(1)周期性时间周期性：时间间隔t与周期T的关系不明确.空间周期性：波传播距离x与波长的关系不明确.(2)双向性传播方向双向性：波的传播方向不确定.振动方向双向性：质点振动方向不确定.例4(2020湖南长沙市模拟)如图7中实线是一列简谐横波在t10时刻的波形，虚线是这列波在t20.5s时刻的波形.(1)写出这列波的波速表达式；图图7答案见解析解析由题图可知8m当波向右传播时，在tt2t1时间内波传播的距离为当波向左传播时，在tt2t1时间内波传播的距离为(2)若波速大小为74m/s，波速方向如何？答案见解析解析若波速大小为74m/s，在tt2t1时间内波传播的距离为svt740.5m37m.6.(多解问题)在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距4m的A、B两点，如图8甲、乙分别是A、B两质点的振动图像.已知该波波长大于2m，求这列波可能的波速.跟进训练图图8答案见解析解析由振动图像得质点振动周期T0.4s，若波由A向B传播，B点比A点晚振动的时间因为2m，所以n0,1若波由B向A传播，A点比B点晚振动的时间因为2m，所以n0,1当n0时，116m，v140m/s，04考点四波的干涉、衍射和多普勒效应1.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r.当两波源振动步调一致时.若rn(n0,1,2，)，则振动加强；若r(2n1)(n0,1,2，)，则振动减弱.当两波源振动步调相反时.若r(2n1)(n0,1,2，)，则振动加强；若rn(n0,1,2，)，则振动减弱.(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.2.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.例5(2017全国卷34(1)如图9(a)，在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，2).两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示.两列波的波速均为1.00m/s.两列波从波源传播到点A(8，2)的路程差为_m，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”)，点C(0,0.5)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”).2减弱加强图图9解析由几何关系可知两波源到A点的距离分别为AS110m，AS28m，所以两波源到A点的路程差为2m；同理可得，BS1BS20，为波长的整数倍，由振动图像知两波源振动方向相反，故B点振动减弱；波长vT2m，两波源到C点的路程差为xCS1CS21m，所以C点振动加强.7.(多普勒效应)(多选)关于多普勒效应，下列说法正确的是A.若声源向观察者靠近，则观察者接收到的频率大于声源发出声波的频率B.发生多普勒效应时，波源的频率并未发生改变C.多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动(距离发生变化)而产生的D.只有声波才有多普勒效应78跟进训练解析机械波和光波都有多普勒效应现象，故D错误.8.(波的干涉)(八省联考辽宁5)如图10所示，在xOy平面内有两个沿z轴方向(垂直xOy平面)做简谐运动的点波源S1(1,0)和S2(4,0)，振动方程分别为zS1Asin(t)、zS2Asin(t).两列波的波速均为1m/s，两列波在点B(2.5,3)和点C(4,4)相遇时，分别引起B、C处质点的振动总是相互A.加强、加强B.减弱、减弱C.加强、减弱D.减弱、加强78图图1078课时精练051.(多选)如图1所示，当波源和障碍物都静止不动时，波源发出的波在障碍物处不能发生明显衍射.下列措施可能使波发生较为明显衍射的是A.增大波源的振动频率B.减小波源的振动频率C.增大障碍物的长度D.减小障碍物的长度双基巩固练12345678图图19 10 11 1213解析不能发生明显衍射的原因是障碍物的长度远大于波长，则增大波长或减小障碍物的长度可能使波发生较为明显的衍射，选项C错误，D正确；由知，v不变，减小f，增大，选项A错误，B正确.123456789 10 11 12 132.(2020山东等级考模拟卷)某一列沿x轴传播的简谐横波，在t时刻的波形图如图2所示，P、Q为介质中的两质点，质点P正在向动能增大的方向运动.下列说法正确的是图图2123456789 10 11 12 13解析质点P向动能增大的方向运动，则t时刻，质点P向平衡位置运动，即运动方向向下，可得该波沿x轴负方向传播，故A错误；123456789 10 11 12 133.(八省联考江苏8)渔船上的声呐利用超声波来探测远方鱼群的方位.某渔船发出的一列超声波在t