2022-2023年高考物理一轮复习 第14章第2讲机械波课件

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1.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、传播 、传播信息.(2)质点不随波 .3.机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互 ，有波峰和波谷.(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向 ，有疏部和密部.
4.机械波的描述(1)波长(λ)：在波动中，振动相位总是 的两个 质点间的距离.①在横波中，两个相邻波峰(或波谷)间的距离等于 .②在纵波中，两个相邻密部(或疏部)间的距离等于 .(2)频率(f )：波的频率等于 振动的频率.(3)波速(v)：波在介质中的传播速度，由 本身的性质决定.(4)波长、频率(或周期)和波速的关系：v＝ ＝ .5.波的图象(1)坐标轴：横坐标表示沿波传播方向上各个质点的 ，纵坐标表示某时刻各个质点离开平衡位置的 .(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开 的位移.
自测1　如图1所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播.某时刻波上质点P正通过平衡位置，经过一段时间，波向前传播了距离d，P点第一次到达波谷，则该横波的波长为
解析　由波形图可知，t＝0时刻P点在平衡位置向下振动，
解得λ＝4d，故A正确.
波的干涉和衍射现象　多普勒效应
2.多普勒效应(1)条件：声源和观察者之间有 (距离发生变化)；(2)现象：观察者感到 发生变化；(3)实质：声源频率不变，观察者接收到的 变化.
自测2　(多选)以下关于波的衍射的说法，正确的是A.波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象B.当障碍物的尺寸比波长大得多时，会发生明显的衍射现象C.当孔的大小比波长小时，会发生明显的衍射现象D.通常讲话产生的声波，经过尺寸为1 m左右的障碍物时会发生明显的衍射现象
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和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，由于介质的情况不同，它的波长和波速可能改变，但频率和周期都不会改变.(4)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，
2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法
例1　一列简谐横波沿x轴正方向传播，在x＝0和x＝0.6 m处的两个质点A、B的振动图象如图2所示.已知该波的波长大于0.6 m，求其波速和波长.
类型1　机械波及波速公式的应用
答案　2 m/s　0.8 m
解析　由题图图象可知，周期T＝0.4 s由于波长大于0.6 m，结合题图图象可知，波从A到B的传播时间Δt＝0.3 s.
波长λ＝vT，代入数据得λ＝0.8 m.
变式1　湖面上停放甲、乙两条船，它们相距30 m，一列水波正在湖面上沿两船连线方向传播，观察到甲船从开始振动的1 min内上下震荡30次，而乙船在这个时间内上下震荡28次.求：(1)这列波的周期；
解析　甲船从开始振动的1 min内上下振荡30次，
这列波的周期等于船的振动周期，也为2 s.
(2)水波在水面上传播的速度.
解析　波从甲船传到乙船，1 min内，甲船比乙船多震荡2次，说明两船间的距离等于两个波长，
例2　(多选)如图3，一列简谐横波沿x轴正方向传播，实线为t＝0时的波形图，虚线为t＝0.5 s时的波形图.已知该简谐波的周期大于0.5 s.关于该简谐波，下列说法正确的是A.波长为2 mB.波速为6 m/sC.频率为1.5 HzD.t＝1 s时，x＝1 m处的质点处于波峰
类型2　波动与质点振动的综合分析
解析　由题图可知，波长λ＝4 m，故A错误；横波沿x轴正方向传播，实线为t＝0时的波形图，虚线为t＝0.5 s时的波形图，又该简谐波的周期大于0.5 s，
变式2　一列简谐横波在t＝0时刻的波形图如图4中实线所示，从此刻起，经过0.2 s波形图如图中虚线所示，若波传播的速度为5 m/s.求：(1)判断波的传播方向；
解析　由题图可知波长λ＝4 m，
结合题图可知波沿x轴负方向传播；
(2)t＝0时，质点a的振动方向；
解析　t＝0时，由“上下坡法”知质点a沿y轴负方向运动；
(3)从t＝0时刻开始，质点a在2 s内，通过的路程.
则经过t＝2 s＝2.5T，质点a通过的路程为x＝2.5×4×0.4 m＝4 m.
例3　(多选)周期为2 s的简谐横波沿x轴传播，该波在t＝0时刻的波形如图5所示，则下列说法正确的是A.该波的波长为15 mB.该波的波速为5 m/sC.若该波沿x轴正方向传播，则此时质点a正在沿y轴 正方向运动D.若该波沿x轴负方向传播，则在t＝3 s时，质点a沿y轴负方向运动
若该波沿x轴正方向传播，由“同侧法”可知，此时质点a正在沿y轴负方向运动，故C错误；若该波沿x轴负方向传播，t＝0时刻，质点a沿y轴正方向运动，
变式3　(多选)在均匀介质中坐标原点O处有一波源做简谐运动，其表达式为y＝5sin ( t) m，它在介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻波刚好传播到x＝12 m处，波形图如图6所示，则A.此后再经6 s该波传播到x＝24 m处B.M点在此后第3 s末的振动方向沿y轴正方向C.波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向D.此后M点第一次到达y＝－3 m处所需时间是2 s
则再经过6 s，波传播的距离为x＝vt＝12 m，该波传到x＝24 m处，选项A正确；M点在此时振动方向沿y轴负方向，
因波传到x＝12 m处时，质点向y轴正方向振动，故波源开始振动时的运动方向沿y轴正方向，选项C错误；
波的图象和振动图象的理解和应用
例4　(多选)一简谐横波沿x轴正方向传播，在t＝ 时刻，该波的波形图如图7(a)所示，P、Q是介质中的两个质点.图(b)表示介质中某质点的振动图像.下列说法正确的是A.质点Q的振动图像与图(b)相同B.在t＝0时刻，质点P的速率比质点Q的大C.在t＝0时刻，质点P的加速度的大小比质 点Q的大D.平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图(b)所示
平衡位置在坐标原点的质点从平衡位置向下振动，所以质点Q的振动图像与题图(b)不同，平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如题图(b)所示，选项A错误，D正确；在t＝0时刻，质点P处在波谷位置，速率为零，与其平衡位置的距离最大，加速度最大，而质点Q运动到平衡位置，速率最大，加速度为零，即在t＝0时刻，质点P的速率比质点Q的小，质点P的加速度比质点Q的大，选项B错误，C正确.
变式4　(多选)一列简谐横波在均匀介质中沿x轴传播，图8甲为t＝2.0 s时的波形图，图乙为x＝2 m处的质点P的振动图象，质点Q为平衡位置x＝3.5 m的质点.下列说法正确的是A.波的传播周期是2 sB.波沿x轴正方向传播C.波的传播速度为1 m/sD.t＝3.5 s时刻，质点Q经过平衡位置
解析　根据振动图象可知，波的周期为T＝4 s，A错误；由题图乙可知，t＝2.0 s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，B正确；
Δt＝1.5 s，Δx＝vΔt＝1.5 m＝PQ，可知t＝3.5时刻，质点Q经过平衡位置，D正确.
波传播的周期性和多解性问题
1.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Δt与周期T的关系不明确.②空间周期性：波传播的距离Δx与波长λ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.
2.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关系的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，…).
例5　简谐横波沿x轴正向传播，依次经过x轴上相距d＝10 m的两质点P和Q，P、Q的振动图象分别如图9甲和乙所示.求：(1)t＝0.2 s时质点P的振动方向；
解析　由P点的振动图象可知，0.2 s时质点P沿y轴负方向振动.
(2)这列波的最大传播速度.
解析　由题图图象可知振源的周期为T＝0.4 s，P和Q的相位始终相反，
故当n＝0时传播速度最大，最大传播速度为50 m/s.
变式5　如图10所示为一列沿x轴传播的简谐横波在t1＝0(实线)和t2＝0.5 s(虚线)时刻的波形图.(1)若t1时刻x＝2.5 m处的质点正沿y轴负方向振动，求该质点从t2时刻位置第一次回到t1时刻的位置所经过的最长时间；
解析　在t1时刻x＝2.5 m处的质点正向y轴负方向运动，所以该波沿x轴的负方向传播.结合题图图象可知，该质点回到t1时刻的位置波形传播的最小距离为Δx＝1 m，λ＝4 m，
n＝0时波速最小，x＝2.5 m处质点回到t1时刻的位置经过的时间最长，
(2)若波动的周期T≤0.5 s≤2T，则在1 s内波形传播的距离为多少？
答案　10 m或14 m
解析　由于T≤0.5 s≤2T，若波沿x轴正向传播，则0.5 s内波传播的距离为x1＝λ＋Δx1＝5 m，故波在1 s内传播的距离为10 m；若波沿x轴负向传播，则0.5 s内波传播的距离为x2＝λ＋Δx2＝7 m，故波在1 s内传播的距离为14 m.
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Δr.①当两波源振动步调一致时.若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动加强；
波的干涉、衍射和多普勒效应
②当两波源振动步调相反时.
若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动减弱.
(2)图象法：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6　(多选)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上.振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源.两波源发出的波在水面上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样.关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是A.不同质点的振幅都相同B.不同质点振动的频率都相同C.不同质点振动的相位都相同D.不同质点振动的周期都与振动片的周期相同
解析　在波的干涉实验中，质点在振动加强区的振幅是两列波振幅之和，质点在振动减弱区的振幅是两列波振幅之差，A项错误；沿波的传播方向上，波不停地向外传播，故各质点的相位不都相同，C项错误；两波源振动频率相同，其他各质点均做受迫振动，故频率均与波源频率相同，周期均与振动片的周期相同，B、D项正确.
变式6　如图11(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1.00 m/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”).
解析　由几何关系可知两波源到A点的距离分别为AS1＝10 m，AS2＝8 m，所以两波源到A点的路程差为2 m；同理可得，BS1－BS2＝0，为波长的整数倍，由振动图象知两波源振动方向相反，故B点振动减弱；波长λ＝vT＝2 m，两波源到C点的路程差为Δx＝CS1－CS2＝1 m＝ ，所以C点振动加强.
1.(机械波的形成与传播)(多选)某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以1.8 m/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15 s.下列说法正确的是A.水面波是一种机械波B.该水面波的频率为6 HzC.该水面波的波长为3 mD.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
解析　水面波是机械振动在水面上传播，是一种典型机械波，A正确；从第一个波峰到第十个波峰，经历了九个波形，时间间隔为15 s，
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，D错误.
2.(波动与质点振动的综合分析)如图12所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波，实线为t＝0时的波形图，虚线为t＝0.6 s时的波形图，波的周期T＞0.6 s，则A.波的周期为2.4 sB.在t＝0.9 s时，P点沿y轴正方向运动C.经过0.4 s，P点经过的路程为4 mD.在t＝0.5 s时，Q点到达波峰位置
3.(波的干涉、衍射现象)(多选) 如图13所示，两个相干简谐横波在同一区域传播，实线与虚线分别表示两列波的波峰和波谷，已知两列波的振幅均为A、频率均为f.此刻a、c是波峰与波谷相遇点，b是波谷与波谷相遇点，d是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是A.b点振幅为2AB.a、c两点始终处于平衡位置C.a、c连线上各点始终处于平衡位置D.从该时刻起，经过时间 ，b点振动到d点
解析　b点是波谷与波谷相遇点，振动加强，则振幅为2A，选项A正确；a、c两点是波峰与波谷相遇点，则振动减弱，振幅为零，始终处于平衡位置，选项B正确；a、c连线的中点也是b、d连线的中点，是振动加强点，选项C错误；质点在振动时，只能在自己的平衡位置附近振动，而不随波迁移，选项D错误.
4.(波的图象和振动图象的理解和应用)一列简谐横波在t＝ s时的波形图如图14(a)所示，P、Q是介质中的两个质点.图(b)是质点Q的振动图象.求：(1)波速及波的传播方向；
答案　18 cm/s　沿x轴负方向传播
解析　由题图(a)可以看出，该波的波长为λ＝36 cm ①由题图(b)可以看出，周期为T＝2 s ②
结合题图(a)可得，波沿x轴负方向传播.
(2)质点Q的平衡位置的x坐标.
解析　设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ.
其振动状态向x轴负方向传播至P点处，由此及③式有xQ－xP＝vΔt＝6 cm ⑤由④⑤式得，质点Q的平衡位置的x坐标为xQ＝9 cm.
5.(波传播的周期性和多解问题)一列沿x轴方向传播的横波，如图15所示的实线和虚线分别为t1＝0与t2＝1 s时的波形图.求：(1)如果该横波的传播速度为v＝75 m/s时，分析该波的传播方向；
解析　由题图可知，波长λ＝8 m如果沿x轴的正方向传播，则Δt＝1 s的时间内，该波传播的距离为Δs＝(nλ＋3) m＝(8n＋3) m(n＝0,1,2…) 若波速为v＝75 m/s，则1 s的时间内波传播的距离为s＝vΔt＝75×1 m＝75 m则8n＋3＝75，解得n＝9显然波可能沿x轴的正方向传播如果沿x轴的负方向传播，则Δt＝1 s的时间内，该波传播的距离为Δs＝(8n＋5) m(n＝0,1,2…) 若波速为v＝75 m/s，则1 s的时间内波传播的距离为s＝vΔt＝75×1 m＝75 m
由于n必须为整数，所以波不可能沿x轴的负方向传播由以上可知，当波的传播速度为v＝75 m/s时，波的传播方向一定沿x轴的正方向.
(2)如果该横波沿x轴的正方向传播，虚线上x＝2 m处的质点到达平衡位置时波传播的最短距离是多少，相对应的时间应为多长.
解析　由题图可知：虚线上x＝2 m处的质点到达平衡位置，波应沿x轴正方向传播的最短距离为Δx＝1 m，当波沿x轴正方向传播时，0～1 s的时间内传播的距离：Δs＝(8n＋3) m(n＝0,1,2…) 则v′＝(8n＋3) m/s(n＝0,1,2…)
1.一列简谐横波某时刻的波形图如图1所示，比较介质中的三个质点a、b、c，则A.此刻a的加速度最小B.此刻b的速度最小C.若波沿x轴正方向传播，此刻b向y轴正方向运动D.若波沿x轴负方向传播，a比c先回到平衡位置
解析　质点a此刻位于波峰，加速度最大，故A选项错误；质点b此刻处于平衡位置，速度最大，故B选项错误；波沿x轴正方向传播时由“同侧法”得，此刻b向y轴正方向运动，故C项正确；同理，波沿x轴负方向传播时，此刻质点a向下运动，质点c向上运动，c先回到平衡位置，故D选项错误.
2.(多选)一列简谐横波沿x轴传播，已知x轴上x1＝1 m和x2＝7 m 处质点的振动图象分别如图2甲、乙所示，则此列波的传播速率可能是A.7 m/s B.2 m/sC.1.2 m/s D.1 m/s
解析　由两质点的振动图象可知，t＝0时刻，x1＝1 m处的质点处于平衡位置向下运动，x2＝7 m处的质点位于波峰处，该波的传播周期为T＝4 s.若该简谐横波沿x轴正方向传播，
3.(多选)如图3，A、B为振幅相同的相干波源，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，则下列叙述正确的是A.Q点始终处于波峰位置B.R、S两点始终处于静止状态C.P、Q连线上各点振动始终加强D.如果A、B两波源频率不同，也能产生类似的稳定的干涉图样
解析　Q点是波峰与波峰相遇点，是振动加强点，但并不是始终处于波峰的位置，选项A错误；R、S两点是波峰与波谷相遇点，是振动减弱点，位移为零，始终处于静止状态，选项B正确；P、Q两点都是振动加强点，故P、Q连线上各点振动始终加强，选项C正确；如果A、B两波源频率不同，则不能产生类似的稳定的干涉图样，选项D错误.
4.(多选)机械振动在介质中传播形成机械波.下列说法正确的是A.如果波源停止振动，则机械波的传播也将立即停止B.纵波中质点振动的速度方向与波的传播速度方向平行C.横波中的质点在一个周期内沿波的传播方向运动一个波长的距离D.横波中两个振动情况总相同的质点间的距离一定等于波长的整数倍
解析　波是把振动的形式传播出去，如果波源停止振动，已经振动的质点继续把振动形式传播出去，故机械波的传播不会立即停止，故A错误；纵波中质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上，即纵波中质点振动的速度方向与波的传播速度方向平行，故B正确；横波中的质点在平衡位置附近振动，并不随波迁移，故C错误；两个振动情况完全相同的相邻质点间的距离等于波长，故横波中两个振动情况总相同的质点间的距离一定等于波长的整数倍，故D正确.
5.(多选)一列波长为4.8 m的简谐横波沿x轴传播，某时刻的波形如图4所示，a、b、c为三个质点，a位于负的最大位移处，b正向上运动，从此刻起再经1.5 s，质点a第二次到达平衡位置.由此可知该列波A.沿x轴负方向传播B.波源的振动频率为0.5 HzC.传播速度大小为1.2 m/sD.从该时刻起，经过0.05 s，质点a沿波的传播方向移动了1 m
解析　b点正向上运动，由“同侧法”可知波沿x轴负方向传播，A正确；
波形图中的各质点不随波迁移，D错误.
6.(多选)一列沿x轴方向传播的简谐横波，t＝0时刻的波形图如图5所示，P点此时的振动方向沿y轴的正方向，经0.1 s第二次回到t＝0时刻位置.则下列说法中正确的是A.该简谐横波的传播方向沿x轴的负方向B.该简谐横波的波速大小为20 m/sC.t＝0.125 s时，P点的振动方向沿y轴的负方向D.t＝0.15 s时，P点的速度正在减小，加速度也正在减小
解析　质点P沿y轴正方向振动，可以判断出此列波沿x轴正方向传播，A错误；由题意知，再过0.1 s，质点P由图示位置第二次回到t＝0时刻位置，
正在向y轴负方向运动，速度正在减小，加速度正在增大，D错误.
7.(多选)如图6所示，图甲为沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0.2 s时刻的波形图，图乙为质点B的振动图象，下列说法正确的是A.从t＝0到t＝0.1 s，该波沿x轴正方向 传播了2 cmB.在t＝0时，质点A的速度方向和加速 度方向均沿y轴正方向C.从t＝0.2 s到t＝0.3 s，质点B通过的路程等于5 cmD.在t＝0.1 s时，质点C和质点D的速度相同
解析　由题图乙可知，质点B在t＝0.2 s时在平衡位置向下振动，由同侧法可知，波沿x轴负方向传播，故A错误；
8.(多选)如图7甲为一列简谐横波在t＝0.20 s时刻的波形图，P点是平衡位置在x＝1.0 m处的质点，Q点是平衡位置在x＝4.0 m处的质点，M点是平衡位置在x＝8.0 m处的质点；图乙为质点Q的振动图象.下列说法正确的是A.该波向左传播，波速为40 m/sB.质点M与质点Q的运动方向总是相反C.t＝0.75 s时，Q点的位移为10 cmD.在0.5 s时间内，质点M通过的路程为1.0 m
解析　由题图乙可知Q点在0.20 s时向上运动，故波沿x轴正方向传播，
质点M与质点Q相差半个波长，则它们的运动方向总是相反，选项B正确；
在0.5 s＝2.5T时间内，质点M通过的路程为2.5×4A＝100 cm＝1.0 m，选项D正确.
9.一列沿x轴负方向传播的简谐横波，在t＝0时刻的波形如图8所示(此时波刚传到x＝1 m的位置)，质点振动的振幅为10 cm.已知t＝0.5 s时，P点第二次出现波峰，则该波的传播速度为____ m/s；当Q点第一次出现波谷时，P点通过的路程为____ m.
解析　由题意可知该波的波长为：λ＝4 m.波沿x轴负方向传播，由波形平移知，P点起振方向向上，
所以P通过的总路程为：11A＝1.1 m.
10.如图9甲为某波源的振动图象，图乙是该波源产生的横波在某时刻的波动图象，波动图象中的O点表示波源，P、Q是介质中的两点.求：(1)这列波的波速及波源的起振方向；
答案　1 m/s　沿y轴负方向
解析　由题图可知，波源起振方向沿y轴负方向，T＝2 s，λ＝2 m
(2)当波动图象中质点Q第一次到达平衡位置且向上运动时，质点P已经经过的路程.
11.一列沿x轴负方向传播的简谐横波，在t＝0时刻的波形图如图10所示，此时坐标为(1,0)的质点刚好开始振动，P质点的坐标为(3,0).在t1＝0.6 s时刻，P质点首次位于波峰位置，Q点的坐标是(－3,0).求：(1)这列波的传播速度；
答案　0.05 m/s
解析　由题图波形图可知，这列波的波长：λ＝4 cm＝0.04 m波沿x轴负方向传播，根据波形平移法知t＝0时刻P点向下振动，
(2)t2＝1.5 s时质点Q的位移.
故t2＝1.5 s时质点Q振动了t2－Δt＝0.7 s，
解析　由题图知λ＝8 m，由题意知3T