第31讲 机械波（讲义）（解析版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

这是一份第31讲 机械波（讲义）（解析版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考），共32页。
\l "_Tc8950" 02、知识导图，思维引航 PAGEREF _Tc8950 \h 2
\l "_Tc1745" 03、考点突破，考法探究 PAGEREF _Tc1745 \h 2
\l "_Tc18921" 考点一 机械波的形成 波的图像 PAGEREF _Tc18921 \h 2
\l "_Tc11329" 知识点1．机械波 PAGEREF _Tc11329 \h 2
\l "_Tc20917" 知识点2．波的图像 PAGEREF _Tc20917 \h 3
\l "_Tc4239" 考向1机械波的形成与传播 PAGEREF _Tc4239 \h 3
\l "_Tc18506" 考向2.波的图像 PAGEREF _Tc18506 \h 5
\l "_Tc32368" 考点二 振动图像与波的图像的综合应用 PAGEREF _Tc32368 \h 6
\l "_Tc21871" 知识点1．振动图像与波的图像的比较 PAGEREF _Tc21871 \h 6
\l "_Tc28628" 知识点2．求解波的图像与振动图像综合问题的关键点 PAGEREF _Tc28628 \h 7
\l "_Tc24429" 考察动向 PAGEREF _Tc24429 \h 7
\l "_Tc15736" 考向1 已知波的图像判定质点的振动图像 PAGEREF _Tc15736 \h 7
\l "_Tc8516" 考向2 已知质点振动图像判定波的图像 PAGEREF _Tc8516 \h 8
\l "_Tc11976" 考向3 波的图像与振动图像的综合应用 PAGEREF _Tc11976 \h 8
\l "_Tc880" 考点三 波的多解问题 PAGEREF _Tc880 \h 9
考察动向 \l "_Tc22029" PAGEREF _Tc22029 \h 9
\l "_Tc21485" 考向1.波的周期性形成多解 PAGEREF _Tc21485 \h 10
\l "_Tc728" 考向2. 波的双向性形成多解 PAGEREF _Tc728 \h 11
\l "_Tc8035" 考向3.波形的隐含性形成多解 PAGEREF _Tc8035 \h 13
\l "_Tc9485" 考点四 波的干涉、衍射和多普勒效应 PAGEREF _Tc9485 \h 13
\l "_Tc15516" 知识点1.波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法 PAGEREF _Tc15516 \h 13
\l "_Tc3323" 知识点2.多普勒效应的成因分析 PAGEREF _Tc3323 \h 14
知识点 \l "_Tc25772" 3．发生明显衍射的条件 PAGEREF _Tc25772 \h 14
考察动向
\l "_Tc6489" 考向1．波的叠加 PAGEREF _Tc6489 \h 14
\l "_Tc17794" 考向2．波的干涉 PAGEREF _Tc17794 \h 15
\l "_Tc10797" 考向3．对波的衍射的理解 PAGEREF _Tc10797 \h 16
\l "_Tc10666" 考向4．对多普勒效应的理解 PAGEREF _Tc10666 \h 16
\l "_Tc10212" 04真题练习，命题动向 PAGEREF _Tc10212 \h 17
考点一 机械波的形成 波的图像
知识点1．机械波
(1)机械波的形成条件
①有发生机械振动的波源。
②有传播介质，如空气、水等。
(2)传播特点
①机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移。
②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。
③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。
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。
知识点2．波的图像
(1)坐标轴：横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移。
(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开平衡位置的位移。
(3)图像(如图)
3．波长、波速、频率及其关系
(1)波长λ：在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。
(2)频率f：等于波源的振动频率，由波源决定。
(3)波速v：波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定，与波长和频率无关。
(4)波长、波速和频率(周期)的关系：v＝eq \f(λ,T)＝λf。
考向1机械波的形成与传播
1.t＝0时刻手持较长软绳端点O开始带动绳上各点上下做简谐运动，振幅为0.2 m，t＝0.6 s时振动恰好传到Q点，细绳上形成的波形如图1所示。下列说法正确的是( )
A.t＝0时刻O点的振动方向向上
B.t＝0.6 s时质点P恰好完成一次全振动
C.t＝0.6 s时P、Q两质点的速度相同
D.若手上下振动加快，则该波的波长将变大
【答案】 A
【解析】 根据题意可知，该波向右传播，根据“同侧法”可知，质点Q在t＝0.6 s恰好要向上振动，而在波的传播方向上，所有质点的起振方向均和波源的起振方向相同，则t＝0时刻O点的振动方向向上，故A正确；根据波形图可知，形成1.5个波长的波形需要0.6 s，则该波的周期为t＝0.4 s，即波从O点传播到P点恰好用时一个周期，而波从P点传播到Q点用时半个周期，在传播过程中，质点P振动了半个周期，故B错误；根据“同侧法”可知，t＝0.6 s时，质点P向下振动，质点Q向上振动，振动方向相反，故C错误；若手上下振动加快，则该波的频率增大，而波的传播速度不变，由λ＝eq \f(v,f)可知该波的波长变短，故D错误。
2.在如图所示的xOy坐标系中，一条弹性绳沿x轴放置，图中小黑点代表绳上的质点，相邻质点的间距为a。t＝0时，x＝0处的质点P0开始沿y轴做周期为T、振幅为A的简谐运动。t＝eq \f(3,4)T时的波形如图所示。下列说法正确的是( )
A．t＝0时，质点P0沿y轴负方向运动
B．t＝eq \f(3,4)T时，质点P4的速度最大
C．t＝eq \f(3,4)T时，质点P3和P5相位相同
D．该列绳波的波速为eq \f(8a,T)
【答案】D
【解析】由t＝eq \f(3,4)T时的波形图可知，波刚好传到质点P6，根据“上下坡法”，可知此时质点P6沿y轴正方向运动，故波源起振的方向也沿y轴正方向，故t＝0时，质点P0沿y轴正方向运动，故A错误；由题图可知，在t＝eq \f(3,4)T时质点P4处于正的最大位移处，故速度为零，故B错误；由题图可知，在t＝eq \f(3,4)T时，质点P3沿y轴负方向运动，质点P5沿y轴正方向运动，故两个质点的相位不相同，故C错误；由题图可知eq \f(λ,4)＝2a，解得λ＝8a，故该列绳波的波速为v＝eq \f(λ,T)＝eq \f(8a,T)，故D正确。
3．“水袖功”是中国古典舞中用于表达情感的常用技巧，舞者通过手把有规律的抖动传导至袖子上，营造出一种“行云流水”的美感。这一过程其实就是机械波的传播。下列关于机械波中横波的说法正确的是( )
A．介质中质点沿波的传播方向移动
B．介质中质点的振动速度等于波速
C．横波是传递能量的一种方式
D．横波由一种介质进入另一种介质时频率发生变化
【答案】C
【解析】： 介质中质点不会沿波的传播方向移动，只在自己平衡位置附近振动，故A错误；介质中质点的振动速度不等于波速，波速与介质有关，振动的速度与距平衡位置的远近有关，故B错误；横波和纵波都能传递能量，故横波是传递能量的一种方式，故C正确；波的频率由波源决定，与介质无关，故横波由一种介质进入另一种介质时频率不发生变化，故D错误。
考向2.波的图像
1.一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2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
【答案】 BD
【解析】 由图可知eq \f(3,4)λ＝12 m，解得λ＝16 m，A错误；由v＝eq \f(λ,T)，得T＝eq \f(λ,v)＝eq \f(16,2) s＝8 s，B正确；简谐运动的加速度方向总指向平衡位置，P点位于y轴负半轴，加速度方向沿y轴正方向，C错误；P点位于y轴的负半轴，经过2 s＝eq \f(T,4)，若波向x轴负方向传播，P向远离平衡位置方向振动，在0～2 s内质点P运动的路程小于0.1 m，D正确。
2.B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号形成B超图像。如图为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像，t＝0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的周期为1×10－7 s，下列说法正确的是( )
A．质点M开始振动的方向沿y轴正方向
B．0～1.25×10－7 s内质点M运动的位移为0.4 mm
C．超声波在血管中的传播速度为1.4×103 m/s
D．t＝2.0×10－7 s时质点N恰好处于波谷
【答案】C
【解析】根据同侧法可知，质点M开始振动的方向沿y轴负方向，故A错误；由题可知，质点M运动了eq \f(5,4)T，因此M的位移为－0.4 mm，故B错误；超声波在血管中的传播速度为v＝eq \f(λ,T)＝eq \f(14×10－5,1×10－7) m/s＝1.4×103 m/s，故C正确；根据题意可知，0～2.0×10－7 s时间内，波传播的距离为x＝vt＝2.8×10－4 m，即x＝7×10－2 mm处质点的振动形式传播到N点，则质点N恰好处于波峰，故D错误。
3．一列简谐横波沿x轴正方向传播，其波速为10 m/s，t＝0时刻的波形如图所示。下列说法正确的是( )
A．0～0.6 s时间内，质点P运动的路程为18 cm
B．t＝0.6 s时刻，质点P相对平衡位置的位移为6 cm
C．t＝1.2 s时刻，质点Q加速度最大
D．t＝1.4 s时刻，质点M沿y轴负方向运动
【答案】A
【解析】： 由波形图可知A＝6 cm，λ＝8 m，因为v＝10 m/s，所以T＝eq \f(λ,v)＝0.8 s,0～0.6 s时间内，质点P运动的路程s＝3A＝18 cm，A正确；t＝0.6 s时，即经过eq \f(3,4)T，质点P恰好回到平衡位置，相对平衡位置的位移为0，B错误；t＝1.2 s＝eq \f(3,2)T时，质点Q处于平衡位置，加速度为0，C错误；t＝1.4 s＝eq \f(7,4)T时，质点M处于波谷和平衡位置之间，正沿y轴正方向运动，D错误。
考点二 振动图像与波的图像的综合应用
知识点1．振动图像与波的图像的比较
知识点2．求解波的图像与振动图像综合问题的关键点
(1)分清振动图像与波的图像。此步骤最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波的图像，横坐标为t则为振动图像。
(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。
(3)找准波的图像对应的时刻，找准振动图像对应的质点。
考向1 已知波的图像判定质点的振动图像
1．(多选)如图是一列沿x轴传播的简谐横波t＝0时刻的波形图，已知该波的传播速度为4 m/s，则下列选项图中，描述平衡位置坐标为x＝12 m处质点的振动图像可能正确的是( )
【答案】AD
【解析】：由题图可以得到该波的波长为λ＝24 m，又因为波速为v＝4 m/s，所以得到质点的振动周期为T＝eq \f(λ,v)＝6 s，故B错误；因为x＝12 m处的质点与原点的水平距离正好是半个波长，故t＝0时刻x＝12 m处的质点的位移为5 cm，故C错误；若该波沿x轴负方向传播，由“同侧法”可知，t＝0时刻x＝12 m处的质点向上振动，故A正确；若该波沿x轴正方向传播，由“同侧法”可知，t＝0时刻x＝12 m处的质点向下振动，故D正确。
考向2 已知质点振动图像判定波的图像
2．(多选)一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如图所示。当t＝7 s时，简谐波的波动图像可能正确的是( )
【答案】AC
【解析】： 由O点的振动图像可知，周期为T＝12 s，设原点处的质点的振动方程为y＝Asineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,T)t＋φ))，则10＝20sin φ，解得φ＝eq \f(π,6)，在t＝7 s时刻y7＝20sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,12)×7＋\f(π,6)))＝－10eq \r(3) cm≈－17.3 cm，因7 s＝eq \f(1,2)T＋eq \f(1,12)T，则在t＝7 s时刻质点沿y轴负方向振动，根据“同侧法”可判断若波向右传播，则波形为C所示；若波向左传播，则波形如A所示。
考向3 波的图像与振动图像的综合应用
3.一列简谐横波沿x轴传播，t＝2 s时刻波的图像如图3甲所示，x＝2 m处的质点P的振动图像如图乙所示，由此可以判断( )
A.该波沿x轴负方向传播
B.在t＝3 s时质点P的加速度方向沿y轴正方向
C.该波在0～5 s时间内传播的距离是2 m
D.在0～5 s时间内质点P通过的路程是20 cm
【答案】 B
【解析】 由题图乙可知，x＝2 m处的质点P在t＝2 s时刻沿y轴负向振动，结合题图甲可知，该波沿x轴正方向传播，故A错误；在t＝3 s时质点P在负的最大位移处，由回复力F＝－kx，可知，回复力方向沿y轴正方向。由牛顿第二定律，可知在t＝3 s时质点P的加速度方向沿y轴正方向，故B正确；波长λ＝2 m，周期T＝4 s，波速v＝eq \f(λ,T)＝eq \f(2,4) m/s＝0.5 m/s，该波在0～5 s时间内传播的距离Δx＝v·Δt＝0.5×5 m＝2.5 m，故C错误；振幅A＝5 cm，周期为4 s，在0～5 s时间内质点P通过的路程是s＝5A＝25 cm，故D错误。
4.如图(a)为一列简谐横波在t＝0.5 s时刻的波形图，介质中的两个质点P、Q此刻离开平衡位置的位移分别为0.5A、－0.5A；图(b)是质点Q的振动图像。正确的是( )
A．波沿＋x方向传播，0.5 s时刻P质点正在向＋y方向振动
B．波沿＋x方向传播，0.5 s时刻Q质点正在向＋y方向振动
C．波速为4 cm/s,0.5 s时刻质点P在减速、质点Q在加速
D．波速为4 cm/s，质点P、Q振动方向有时相同有时相反
【答案】 D
【解析】 由质点Q的振动图像可知0.5 s时刻Q质点正在向－y方向振动，在题图(a)中根据同侧法可以判断出波沿－x方向传播，故A、B错误；根据波的图像可得波长为λ＝24 cm，根据振动图像可得质点振动的周期即波传播的周期为T＝6 s，则波速为v＝eq \f(λ,T)＝4 cm/s，根据同侧法可得0.5 s时刻P质点正在向平衡位置运动，在加速，而Q质点则正在向负向最大位移处运动，在减速，C错误；由于质点P、Q的平衡位置的距离不是半波长的整数倍，所以质点P、Q振动方向有时相同有时相反，D正确。
考点三 波的多解问题
1．波的周期性
(1)质点振动nT(n＝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nλ(n＝1,2,3，…)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)时，它们的振动步调总相反。
2．造成波传播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。
考向1.波的周期性形成多解
1．时间的周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确。
2．空间的周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确。
1.如图甲所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，A、B两点的平衡位置间的距离x＝6 m，A、B两点的振动情况分别如图乙中的图线a、b所示。该波的最大波长为( )
A．8 m B．6 m
C．4 m D．2 m
【答案】A
【解析】根据振动图像平移可知，该波从A点传播至B点的时间Δt＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n＋\f(3,4)))T(n＝0,1,2,3…)，又由于v＝eq \f(x,Δt)＝eq \f(λ,T)，由题图乙可知，该波的周期T＝4 s，解得λ＝eq \f(24,4n＋3) m(n＝0,1,2,3…)，可知，当n＝0时，波长最大，且λmax＝8 m，故选A。
2.下面上下两图分别是一列机械波在传播方向上相距6 m的两个质点P、Q的振动图像，下列说法正确的是( )

A．该波的周期是5 s
B．该波的波速是3 m/s
C．4 s时P质点向上振动
D．4 s时Q质点向上振动
【答案】 C
【解析】 由两个质点的振动图像可知，该波的周期是4 s，A错误；4 s时，P质点向上振动，Q质点向下振动，C正确，D错误；两个质点振动步调相反，可知两质点间距离等于(2n＋eq \f(1,2))λ(n＝0,1,2，…)，只有当n＝0时，eq \f(1,2)λ＝6 m，λ＝12 m，v＝eq \f(λ,T)＝3 m/s，n≥1时，v≠3 m/s，B错误。
考向2. 波的双向性形成多解
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。
3.(多选)一列简谐横波在某一时刻波的图像如图中实线所示。下列说法中正确的是( )
A．平衡位置分别为A、B的2个质点的振幅相等
B．如果波向右传播，平衡位置分别为B、C的2个质点，在此时刻的振动方向相反
C．若波速为240 m/s，那么波的频率为30 Hz
D．若虚线是简谐横波在t＝eq \f(1,4) s时的波形图，那么波的传播速度为8eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(4n＋1)) m/seq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n＝0，1，2…))
【答案】ABC
【解析】波在传播过程中各个质点的振幅都相等，选项A正确；如果波向右传播，平衡位置分别为B、C的2个质点，在此时刻的振动方向相反，B质点沿y轴正向振动，C质点沿y轴负向振动，选项B正确；若波速为240 m/s，那么波的频率为f＝eq \f(v,λ)＝eq \f(240,8) Hz＝30 Hz，选项C正确；若虚线是简谐横波在t＝eq \f(1,4) s时的波形图，若波沿x轴正向传播，那么波的传播速度为v＝eq \f(nλ＋\f(1,4)λ,Δt)＝eq \f(8n＋2,\f(1,4)) m/s＝8(4n＋1)m/s(n＝0,1，2…)，若波沿x轴负向传播，那么波的传播速度为v＝eq \f(nλ＋\f(3,4)λ,Δt)＝eq \f(8n＋6,\f(1,4)) m/s＝8(4n＋3)m/s(n＝0,1，2…)，选项D错误。
4.地震波既有纵波(P波)也有横波(S波)，纵波是推进波，横波是剪切波，地震波的纵波和横波频率相等。距离震源30 km的监测人员先感觉到上下颠簸，Δt＝3 s后感觉到左右摇晃，监测人员在左右摇晃时监测到了一列沿x轴负方向传播的地震横波。t1＝0时刻x轴上在0～4.5 km区间内的波形如图中实线所示，t2＝0.6 s时刻的波形如图中虚线所示，已知该地震横波的周期T＞0.5 s。求：
(1)该地震横波传播速度的大小；
(2)该地震纵波的波长。
【答案】 (1)3.75 km/s (2)4.8 km
【解析】 (1)由波形图可知地震横波的波长λS＝3 km
由题意可得t2－t1＝(n＋eq \f(3,4))T(n＝0,1,2，…)
又T>0.5 s，可得n＝0，即eq \f(3,4)T＝0.6 s
地震横波传播速度为vS＝eq \f(λS,T)
解得vS＝3.75 km/s
(2)由题意得Δt＝eq \f(x,vS)－eq \f(x,vP)，解得vP＝6 km/s
又vP＝eq \f(λP,T)，解得λP＝4.8 km。
5．如图所示，一列简谐横波沿x轴方向传播，在t1＝0时刻波形如图中的实线所示，且质点P的振动方向沿y轴负方向。t2＝2 s时刻的波形如图中虚线所示。
(1)求该列波的波长λ及可能的波速v；
(2)若该列波的周期T>2 s，t1＝0时刻质点M(图中未画出)的位移为2.5 cm，求从t1＝0时刻开始经12 s时间该质点经过的路程。
【答案】 (1)8 m (4n＋1) m/s(n＝0,1,2…) (2)30 cm
【解析】 (1)由题图可知波长为λ＝8 m，在t1＝0时刻质点P的振动方向沿y轴负方向，根据同侧法可知波传播的方向沿x轴负方向，t2＝2 s时刻的波形如题图中虚线所示，
则有v＝eq \f(Δx,Δt)＝eq \f(nλ＋2,2) m/s(n＝0,1,2…)
联立可得v＝(4n＋1) m/s(n＝0,1,2…)
(2)由v＝eq \f(λ,T)可得T＝eq \f(λ,v)＝eq \f(8,4n＋1) s(n＝0,1,2…)
由于T>2 s，则n＝0，解得T＝8 s
由于Δt＝12 s＝eq \f(3,2)T，则12 s内质点M经过的路程s＝6A＝6×5 cm＝30 cm。
考向3.波形的隐含性形成多解
在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点的振动情况，而其余信息均处于隐含状态。这样，波形就有多种可能情况，形成波动问题的多解。
6.如图所示分别是一列机械波在传播方向上相距6 m的两个质点P、Q的振动图像，下列说法正确的是( )
A．该波的周期是5 s B．该波的波速是3 m/s
C．4 s时P质点向上振动 D．4 s时Q质点向上振动
【答案】C
【解析】由振动图像可看出该波的周期是4 s，A错误；由于Q、P两个质点振动方向相反，则可知两者间距离满足eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(n＋\f(1,2)))λ＝6 m，n＝0,1，2，…，则v＝eq \f(λ,T)＝eq \f(3,2n＋1) m/s，n＝0,1,2，…，B错误；由P质点的振动图像可看出，在4 s时P质点在平衡位置向上振动，C正确；由Q质点的振动图像可看出，在4 s时Q质点在平衡位置向下振动，D错误。
考点四 波的干涉、衍射和多普勒效应
知识点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；
若Δr＝(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0，1，2，…)，则振动减弱。
②当两波源振动步调相反时
若Δr＝(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0，1，2，…)，则振动加强；
若Δr＝nλ(n＝0，1，2，…)，则振动减弱。
(2)图像法：在某时刻波干涉的波形图上，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。
知识点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。
3．发生明显衍射的条件
障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。
说明：(1)障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射是否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件，一般情况下，波长越长越容易发生明显衍射。
(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射现象。
考向1．波的叠加
1.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( )
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
【解析】： 由题图(b)的振动图像可知，振动周期为4 s，故三列波的波速为v＝eq \f(λ,T)＝eq \f(4 m,4 s)＝1 m/s，A错误；由题图(a)可知，D处质点离波源最近的距离为3 m，故开始振动后波源C产生的横波传播到D处所需的时间为tC＝eq \f(DC,v)＝eq \f(3 m,1 m/s)＝3 s，故t＝2 s时，D处的质点还未开始振动，B错误；由几何关系可知AD＝BD＝5 m，波源A、B产生的横波传播到D处所需的时间为tAB＝eq \f(AD,v)＝eq \f(5 m,1 m/s)＝5 s，故t＝4.5 s时，仅波源C产生的横波传播到D处，此时D处的质点振动时间为t1＝t－tC＝1.5 s，由振动图像可知此时D处的质点向y轴负方向运动，C正确；t＝6 s时，波源C产生的横波传播到D处后振动时间为t2＝t－tC＝3 s，由振动图像可知此时波源C产生的横波的波谷传播到D处，波源A、B产生的横波传播到D处后振动时间为t3＝t－tAB＝1 s，由振动图像可知此时波源A、B产生的波峰传播到D处，根据波的叠加原理可知此时D处质点的位移为y＝2A－A＝2 cm，D处的质点与平衡位置的距离是2 cm，D错误。
考向2．波的干涉
2.(多选)如图甲所示，在同一均匀介质中波源S1、S2相距5 m，在t＝0时，同时向外发出两列相干波，波源处的质点的振动图像均如图乙所示。在以S1、S2连线为直径、O为圆心的圆周上有A、B两点，且AS1＝3 m，B点在S1、S2连线中垂线上，两列波在介质中传播速度大小均为2.5 m/s。则下列判断正确的有( )
A．两列波在介质中的波长为5 m
B．在t＝1.35 s时，A处质点处于波峰
C．B点为振动加强点，且始终处于波峰位置
D．A点为振动加强点，振幅为1 cm
【答案】BD
【解析】： 由题图乙可知波的周期为T＝0.2 s，所以波长λ＝v·T＝0.5 m，A错误；S1产生的波传播至A点用时t1＝eq \f(AS1,v)＝1.2 s，S2产生的波传播至A点用时t2＝eq \f(AS2,v)＝eq \f(4,2.5) s＝1.6 s，因此在t＝1.35 s时，只有S1产生的波到达A点，并且使A处质点振动eq \f(3,4)T，所以此时A处质点应该处于波峰，B正确；由于S1、S2为同相位波源，且BS1－BS2＝0，所以B点为振动加强点，但B点是处于振动状态，并非一直处于波峰，C错误；由于AS2－AS1＝1 m＝2λ，所以A点为振动加强点，振幅为1 cm，D正确。
3.(多选)S1和S2两相干水波的干涉图样如图所示，设两列波各自的振幅均为5 cm，且图示范围内振幅不变，波速和波长分别是1 m/s和0.5 m，B是AC连线的中点。图中实线表示波峰，虚线表示波谷。则下列说法中正确的是( )
A．再过半个周期，A点变为振动减弱点
B．图中A、B两点的竖直高度差为10 cm
C．图中C点正处于平衡位置且向水面下运动
D．从图所示时刻开始经0.25 s，B点通过的路程为20 cm
【答案】BD
【解析】： 此时A点波峰与波峰相遇，是振动加强点，但不是总处于波峰位置，不过总是振动加强点，所以再过半个周期，A点还是振动加强点，A错误；题图中A、B都是振动加强点，其中A在波峰，B在平衡位置，则A、B两点的竖直高度差为2A＝10 cm，B正确；题图中C点是振动加强点，正处于波谷位置，C错误；波的周期为T＝eq \f(λ,v)＝eq \f(0.5,1) s＝0.5 s，从题图所示时刻开始经0.25 s＝0.5T，B点通过的路程为2×2A＝20 cm，D正确。
考向3．对波的衍射的理解
4.(多选)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
【答案】BD
【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λ＝eq \f(v,f)知，v不变，减小f，λ增大，选项A错误，B正确。
考向4．对多普勒效应的理解
5.如图所示是用发波水槽演示多普勒效应的实验照片，水槽固定不动，波源以固定频率振动并以某一速度沿x轴方向移动，A、B是位于x轴上的两个质点，则在图示时刻，下列说法中正确的是( )
A．波源向x轴正方向运动
B．A处波速大于B处波速
C．质点A振动的频率大于波源频率
D．质点B振动的频率等于波源频率
【答案】C
【解析】： 由题图可知，单位时间内在A点接收到的波面数量比B点多，则在A点观察到的频率比在B点观察到的频率高，可知波源向x轴负方向运动，故A错误；A、B处于同一介质，A处波速等于B处波速，故B错误；单位时间内在A处接收的波面数量较多，则质点A振动的频率大于波源频率，故C正确；单位时间内在B处接收的波面数量较少，则质点B振动的频率小于波源频率，故D错误。
1．（2024·浙江·高考真题）频率相同的简谐波源S1、S2，和接收点M位于同一平面内，S1、S2到M的距离之差为6m。t=0时S1，S2，同时垂直平面开始振动，M点的振动图像如图所示，则（ ）
A．两列波的波长为2mB．两列波的起振方向均沿x正方向
C．S1和S2，在平面内不能产生干涉现象D．两列波的振幅分别为3cm和1cm
【答案】B
【详解】根据图像可知时M点开始向上振动，故此时一列波传播到M点，起振方向向上，时波形开始改变，说明另一列波传播到M点，此时两列波平衡位置都传到M点，第一列波使M点向下振动，之后振幅减小，则此时M点振动减弱，可知第二列波使M点向上振动。
A．S1、S2到M的距离之差为6m，由图可知两列波传到M点的时间差为，根据可得波速为
故波长为
故A错误；
B．根据前面分析可知两列波刚传到M点时均使M点向上振动，故两列波的起振方向均沿x正方向，故B正确；
C．两列波频率相等，在平面内能产生干涉现象，故C错误；
D．由和时的位移知第一列的振幅为3cm,，第二列波的振幅为
故D错误。
故选B。
2．（2024·湖南·高考真题）如图，健身者在公园以每分钟60次的频率上下抖动长绳的一端，长绳自右向左呈现波浪状起伏，可近似为单向传播的简谐横波。长绳上A、B两点平衡位置相距，时刻A点位于波谷，B点位于波峰，两者之间还有一个波谷。下列说法正确的是（ ）
A．波长为B．波速为
C．时刻，B点速度为0D．时刻，A点速度为0
【答案】D
【详解】A．如图根据题意可知
解得
故A错误；
B．波源的振动频率为
故波速为
故B错误；
C．质点的振动周期为，因为，故B点在运动到平衡位置，位移为0，速度最大，故C错误；
D．，故A点在运动到波峰，位移最大，速度为0，故D正确。
故选D。
3．（2024·江西·高考真题）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。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．振动减弱；B．振动加强；
C．振动减弱；D．振动加强；
【答案】A
【详解】根据反射信号图像可知，超声波的传播周期为
又波速v=6300m/s，则超声波在机翼材料中的波长
结合题图可知，两个反射信号传播到探头处的时间差为
故两个反射信号的路程差
解得
两个反射信号在探头处振动减弱，A正确。
故选A。
4．（2024·广东·高考真题）一列简谐横波沿x轴正方向传播。波速为，时的波形如图所示。时，处的质点相对平衡位置的位移为（ ）
A．0B．C．D．
【答案】B
【详解】由图可知简谐波的波长为，所以周期为
当t=1s时，x=1.5m处的质点运动半个周期到达波峰处，故相对平衡位置的位移为0.1m。
故选B。
5．（2024·安徽·高考真题）某仪器发射甲、乙两列横波，在同一均匀介质中相向传播，波速v大小相等。某时刻的波形图如图所示，则这两列横波（ ）
A．在处开始相遇B．在处开始相遇
C．波峰在处相遇D．波峰在处相遇
【答案】C
【详解】AB．由题意可知两列波的波速相同，所以相同时间内传播的的距离相同，故两列横波在处开始相遇，故AB错误；
CD．甲波峰的坐标为，乙波峰的坐标为，由于两列波的波速相同，所以波峰在
处相遇，故C正确，D错误。
故选C。
6．（2024·江苏·高考真题）如图所示，水面上有O、A、B三点共线，OA=2AB，时刻在O点的水面给一个扰动，t1时刻A开始振动，则B振动的时刻为（ ）
A．t1B．C．2t1D．
【答案】B
【详解】机械波的波速不变，设OA=2AB=2L，故可得
可得
故可得B振动的时刻为
故选B。
7．（2024·重庆·高考真题）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米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米。则（ ）
A．最小波长
B．频率
C．最大波速
D．从该时刻开始2s内该质点运动的路程为
【答案】BD
【详解】B．根据乙图写出平衡位置与坐标原点距离为3m米的质点的振动方程
y = sin（ωt＋φ）
带入点（0，）和（2，0）解得
，
可得
T = 2.4s，
故B正确；
A．在题图甲中标出位移为的质点
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
，即λ = 18m
或，即λ′ = 9m
故A错误；
C．根据，可得
v = 7.5m/s，v′ = 3.75m/s
故C错误；
D．根据题图乙计算该质点在2s内运动的路程为
故D正确。
故选BD。
8．（2024·海南·高考真题）一歌手在湖边唱歌，歌声通过空气和水传到距其2km的湖对岸，空气中的声速为340m/s，水中声速为1450m/s，歌声可视为频率为400Hz的声波，则下列说法正确的是（ ）
A．在水中传播频率会改变
B．由空气和水传到湖对岸的时间差约为4.5s
C．在空气中波长为0.85m
D．在水中的波长为5m
【答案】BC
【详解】A．频率只与波源有关，故在水中传播频率不会改变，故A错误；
B．由空气传到湖对岸的时间为
由水传到湖对岸的时间为
故由空气和水传到湖对岸的时间差约为
故B正确；
C．在空气中的波长为
故C正确；
D．在水中的波长为
故D错误。
故选BC。
9．（2024·山东·高考真题）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2m/s。t=0时刻二者在x=2m处相遇，波形图如图所示。关于平衡位置在x=2m处的质点P，下列说法正确的是（ ）
A．t=0.5s时，P偏离平衡位置的位移为0
B．t=0.5s时，P偏离平衡位置的位移为
C．t=1.0s时，P向y轴正方向运动
D．t=1.0s时，P向y轴负方向运动
【答案】BC
【详解】AB．在0.5s内，甲、乙两列波传播的距离均为
根据波形平移法可知，时，处甲波的波谷刚好传到P处，处乙波的平衡位置振动刚好传到P处，根据叠加原理可知，时，P偏离平衡位置的位移为，故A错误，B正确；
CD．在内，甲、乙两列波传播的距离均为
根据波形平移法可知，时，甲波的平衡位置振动刚好传到P处，处乙波的平衡位置振动刚好传到P处，且此时两列波的振动都向y轴正方向运动，根据叠加原理可知，时，P向y轴正方向运动，故C正确，D错误。
故选BC。
10．（2024·全国·高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，周期为，时刻的波形曲线如图所示，此时介质中质点b向y轴负方向运动，下列说法正确的是（ ）
A．该波的波速为
B．该波沿x轴正方向传播
C．时质点a和质点c的运动方向相反
D．时介质中质点a向y轴负方向运动
E．时介质中质点b的速率达到最大值
【答案】ACD
【详解】A．由图可知波长为
则该波的波速为
故A正确；
B．此时介质中质点b向y轴负方向运动，根据波形平移法可知，该波沿x轴负方向传播，故B错误；
C．由于质点a和质点c之间的距离为半个波长，则质点a和质点c的振动完全相反，所以时质点a和质点c的运动方向相反，故C正确；
D．时刻质点a处于波峰位置，则时，质点a刚好经过平衡位置向y轴负方向运动，故D正确；
E．时刻质点b处于平衡位置向y轴负方向运动，则时，质点b刚好处于波峰位置，此时质点b的速率为0，故E错误。
故选ACD。
11．（2024·全国·高考真题）位于坐标原点O的波源在时开始振动，振动图像如图所示，所形成的简谐横波沿x轴正方向传播。平衡位置在处的质点P开始振动时，波源恰好第2次处于波谷位置，则（ ）
A．波的周期是0.1s
B．波的振幅是0.2m
C．波的传播速度是10m/s
D．平衡位置在处的质点Q开始振动时，质点P处于波峰位置
【答案】BC
【详解】AB．波的周期和振幅与波源相同，故可知波的周期为，振幅为，故A错误，B正确；
C．P开始振动时，波源第2次到达波谷，故可知此时经过的时间为
故可得波速为
故C正确；
D．波从P传到Q点需要的时间为
故可知质点P处于平衡位置，故D错误。
故选BC。
12．（2024·浙江·高考真题）在如图所示的直角坐标系中，平面为介质Ⅰ和Ⅱ的分界面（z轴垂直纸面向外）。在介质I中的（0，）处有一点波源，产生波长为、速度为v的波。波传到介质Ⅱ中，其速度为，图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x轴和y轴分别交于R和S点，此时波源也恰好位于波峰。M为O、R连线的中点，入射波与反射波在O点相干加强，则（ ）
A．介质Ⅱ中波的频率为B．S点的坐标为（0，）
C．入射波与反射波在M点相干减弱D．折射角的正弦值
【答案】BD
【详解】A．波从一种介质到另一种介质，频率不变，故介质Ⅱ中波的频率为
故A错误；
B．在介质Ⅱ中波长为
由于图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x轴和y轴分别交于R和S点，故S点的坐标为（0，），故B正确；
C．由于S为波峰，且波传到介质Ⅱ中，其速度为图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x轴和y轴分别交于R和S点，则R也为波峰，故P到R比P到O多一个波峰，则
则
由于
故不在减弱点，故C错误；
D．根据
则
解得
故D正确。
故选BD。
13．（2023·福建·高考真题）一简谐横波在时刻的波形图如图所示，该简谐波沿轴正方向传播，周期，质点的横坐标，则（ ）
A．简谐波的波长为
B．简谐波的波速是
C．简谐波的振幅为
D．时，向轴负方向运动
【答案】B
【详解】A．由图可知波长为20m，故A错误；
B．波速为
故B正确；
C．由图知振幅为0.25m，故C错误；
D．该简谐波沿轴正方向传播，根据上下坡法可知，时，向轴正方向运动，故D错误。
故选B。
14．（2023·广东·高考真题）渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物．声波在水中传播速度为，若探测器发出频率为的声波，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
【答案】B
【详解】AD．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，故AD错误；
B．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，故B正确；
C．根据波长的计算公式可得
当遇到尺寸约1m的被探测物时不会发生明显衍射，故C错误；
故选B。
15．（2023·浙江·高考真题）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，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B．声波的波长
C．两声波的振幅之比为D．两声波的振幅之比为
【答案】C
【详解】CD．分析可知A、B两管等长时，声波的振动加强，将A管拉长后，两声波在点减弱，根据题意设声波加强时振幅为20，声波减弱时振幅为10，则
可得两声波的振幅之比
故C正确，D错误；
AB．根据振动减弱的条件可得
解得
故AB错误。
故选C。
16．（2023·全国·高考真题）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
【答案】A
【详解】声波的周期和频率由振源决定，故声波在空气中和在水中传播的周期和频率均相同，但声波在空气和水中传播的波速不同，根据波速与波长关系可知，波长也不同。故A正确，BCD错误。
故选A。
17．（2023·湖南·高考真题）如图（a），在均匀介质中有和四点，其中三点位于同一直线上，垂直．时，位于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，振动方向与平面垂直，已知波长为．下列说法正确的是（ ）

A．这三列波的波速均为
B．时，处的质点开始振动
C．时，处的质点向轴负方向运动
D．时，处的质点与平衡位置的距离是
【答案】C
【详解】A．由图（b）的振动图像可知，振动的周期为4s，故三列波的波速为
A错误；
B．由图（a）可知，D处距离波源最近的距离为3m，故开始振动后波源C处的横波传播到D处所需的时间为
故时，D处的质点还未开始振动，B错误；
C．由几何关系可知，波源A、B产生的横波传播到D处所需的时间为
故时，仅波源C处的横波传播到D处，此时D处的质点振动时间为
由振动图像可知此时D处的质点向y轴负方向运动，C正确；
D．时，波源C处的横波传播到D处后振动时间为
由振动图像可知此时D处为波源C处传播横波的波谷；时，波源A、B处的横波传播到D处后振动时间为
由振动图像可知此时D处为波源A、B处传播横波的波峰。根据波的叠加原理可知此时D处质点的位移为
故时，D处的质点与平衡位置的距离是2cm。D错误。
故选C。
18．（2023·重庆·高考真题）一列简谐横波在介质中沿x轴传播，波速为2m/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14m
B．该波的周期为8s
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0.1m
【答案】BD
【详解】A．由图可知
解得
A错误；
B．由
得
B正确；
C．简谐运动的加速度总指向平衡位置，P点位于y轴负半轴，加速度方向沿y轴正方向，C错误；
D．P点位于y轴的负半轴，经过
若波向x轴负方向传播，P向远离平衡位置方向振动，在0~2 s内质点P运动的路程有可能小于0.1m，D正确；
故选BD。
19．（2023·天津·高考真题）在均匀介质中，位于坐标原点的波源从时刻开始沿y轴做简谐运动，形成沿x轴传播的简谐横波，时的波形如图所示，此刻平衡位置在x=2.5m处的质点刚开始振动，则下列说法正确的有（ ）

A．该波在次介质中波速
B．处质点在时位于波谷
C．波源的位移表达式为
D．经过半个周期处的质点向左迁移半个波长
【答案】BC
【详解】A．由图中可知时，波传播的距离为x=2.5m，故波的速度为
故A错误；
B．由图可知该波的波长为，所以波的周期为
波传播到需要的时间
由图可知该波的起振方向向下，该波振动了0.1s，即，所以位于波谷，故B正确；
C．根据图像可知该波的振动方程为
故C正确；
D．质点只是上下振动，不随波左右移动，故D错误。
故选BC。
20．（2023·全国·高考真题）分别沿x轴正向和负向传播的两列简谐横波P、Q的振动方向相同,振幅均为5cm，波长均为8m，波速均为4m/s。时刻，P波刚好传播到坐标原点,该处的质点将自平衡位置向下振动；Q波刚好传到处，该处的质点将自平衡位置向上振动。经过一段时间后，两列波相遇。
（1）在答题卡给出的坐标图上分别画出P、Q两列波在时刻的波形图（P波用虚线，Q波用实线）；
（2）求出图示范围内的介质中，因两列波干涉而振动振幅最大和振幅最小的平衡位置。

【答案】（1） ；（2）见解析
【详解】（1）根据得
可知时P波刚好传播到处，Q波刚好传播到处，根据上坡下坡法可得波形图如图所示

（2）两列波在图示范围内任一位置的波程差为
根据题意可知，P、Q两波振动频率相同，振动方向相反，两波叠加时，振动加强点的条件为到两波源的距离差
解得振幅最大的平衡位置有
、
振动减弱的条件为
解得振幅最小的平衡位置有
、、
考情分析
2024·浙江·高考物理试题
2024·湖南·高考物理试题
2024·江西·高考物理试题
2024·广东·高考物理试题
2024·安徽·高考物理试题
2024·江苏·高考物理试题
复习目标
目标1.知道机械波的形成条件及特点。
目标2.掌握波速、波长和频率的关系，会分析波的图像。
目标3.知道波的干涉、衍射现象和多普勒效应，掌握发生干涉和明显衍射的条件。
振动图像
波的图像
图像
物理意义
表示某质点各个时刻的位移
表示某时刻各质点的位移
图像信息
(1)质点振动周期
(2)质点振幅
(3)各时刻质点位移
(4)各时刻速度、加速度方向
(1)波长、振幅
(2)任意一质点在该时刻的位移
(3)任意一质点在该时刻的加速度方向
(4)传播方向、振动方向的互判
图像变化
随时间推移，图像延续，但已有形状不变
随时间推移，图像沿传播方向平移
形象比喻
记录着一个人一段时间内活动的录像带
记录着许多人某时刻动作、表情的集体照片