2025届高三物理一轮复习精品课件第七章机械振动和机械波第2讲机械波

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1.知道机械波的特点及形成过程。 2.理解波速、波长、频率的关系，会分析波动图像。 3.掌握波的干涉和发生明显衍射的条件，了解多普勒效应。
1.思考判断(1)在水平方向传播的波为横波。( )(2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。( )(3)通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移。( )(4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。( )(5)机械波在一个周期内传播的距离是振幅的4倍。( )(6)波速表示介质中质点振动的快慢。( )(7)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。( )(8)一切波都能发生衍射现象。( )(9)多普勒效应说明波源的频率发生变化。( )
3.(多选)下列说法正确的是(　　)A.在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大B.单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关C.火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高D.当水波通过障碍物时，若障碍物的尺寸与波长差不多，或比波长大的多时，将发生明显的衍射现象
考点二　振动图像与波的图像的综合应用
考点一　机械波的传播与图像
考点三　波传播的周期性和多解性问题
考点四　波的干涉、衍射和多普勒效应
2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法
例1 (2024·北京人大附中模拟)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
角度　　机械波的形成与传播
例2 (多选)(2023·重庆卷，9)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 mB.该波的周期为8 sC.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
振动图像和波的图像比较
例3 (2024·南京师大附中高三期末)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 mD.在0～5 s时间内质点P通过的路程是20 cm
1.(2024·广东梅州模拟)一列简谐横波沿x轴传播，t＝3 s时波的图像如图4甲所示，P是平衡位置在x＝1 m处的质点，平衡位置在x＝0处质点的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　)A.该波的传播速度为3 m/sB.波沿x轴负方向传播C.t＝4 s时，质点P的加速度为零D.t＝4 s时，x＝0处的质点向右迁移到了x＝1 m处
1.造成波动问题多解的三大因素
2.解决波的多解问题的思路通常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4 (2023·海南卷，4)如图5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 sB.该波的波速是3 m/sC.4 s时P质点向上振动D.4 s时Q质点向上振动
2.(多选)(2024·浙江金华高三月考)一列简谐横波沿x轴正方向传播，在xA＝0和xB＝1.2 m处的两个质点A、B的振动图像如图6所示，则(　　)A.质点A的振动方程y＝5sin (πt) cmB.波由质点A传播到B的时间可能是0.7 sC.这列波的波长可能是4.8 mD.这列波的波速可能是0.8 m/s
(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。
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 (2023·广东卷，4)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
3.(2024·贵州贵阳高三月考)汽车发动机正常工作排气时，常伴随很大的噪声。利用干涉型消声器可以降低此类噪声，其设计图如图7所示。当声波沿水平管道自左向右传播到达a处时，分成两列波，它们分别通过长度为r1和r2的弯管和直管，最后在排气管内b处相遇。假设排气管内的主要噪声波长为1.7 m。要能最有效地降低此类噪声，则r1与r2之差应为(　　)
m　　　 m m　　　 m
解析　由于t＝0时波源从平衡位置开始振动，由振动方程可知，波源起振方向沿y轴正方向，且t＝T时波源恰好完成一次全振动，产生的机械波恰好传到x＝λ处，且x＝λ处的质点起振方向与波源相同，均为y轴正方向，故D正确。
3.如图2，左边为竖直弹簧振动系统，振子连接一根水平很长的软绳，沿绳方向取x轴，振子从平衡位置O以某一初速度向A端开始运动，经t＝1 s，x＝5 cm处的绳开始振动，则下列说法正确的是(　　)A.此绳波的波动周期为4 sB.绳上各质点都沿x轴方向运动，因此绳波为横波C.绳上产生的波的传播速度决定于弹簧振子振动的频率D.若振子振动频率f＝10 Hz，则绳波波长为0.5 cm
4.(2024·广东珠州高三月考)一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时的波形图如图3所示，质点Q的平衡位置为x＝4 m，t＝2 s时质点Q恰好处于波谷位置，简谐横波的周期T>2 s，下列说法正确的是(　　)A.质点P在t＝0时刻沿y轴正方向振动B.该简谐横波的频率为0.25 HzC.该简谐横波的传播速度为3 m/sD.质点P在0～2 s内通过的路程为0.3 m
对点练2　波的图像与振动图像的综合应用5.(多选)(2024·广东梅州期末)一个质点振动形成的简谐横波沿x轴方向传播，t＝0时刻的波形图如图4甲所示，在x＝4 m处的质点P的振动图像如图乙所示，则(　　)A.该波的频率为0.25 HzB.该波的传播速度为200 m/sC.该波沿x轴负方向传播D.经过0.02 s质点P沿x轴负方向移动4 m
6.(多选)近年来，中科院研发的第三代横波探测成像测井仪在超深井中实现了清晰的井外地质成像及8 340米深度的探测纪录。如图5甲为一列沿x轴传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图，图乙为x＝6 m处质点P的速度—时间(v－t)图像，下列说法正确的是(　　)
对点练3　波传播的周期性和多解性7.(2024·湖南长沙模拟)如图6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 mB.6 mC.4 mD.2 m
对点练4　波的干涉、衍射和多普勒效应8.超声波是一种频率高于20 000 Hz的声波，波长很短，广泛应用于生活与生产实践。关于超声波及应用，下列说法正确的是(　　)A.在同种介质中，超声波的速度大于次声波的速度B.超声波的频率越高，衍射本领越强C.高速公路上的测速仪发出的超声波波长大于所接收波的波长，说明此时车正在靠近测速仪D.“彩超”检查身体时，超声波迎着血液流动方向发射，仪器接收到的反射回来的波的频率低于其发射的超声波的频率
解析　在同种介质中，超声波的速度与次声波的速度一样，A错误；超声波的频率越高，波长越短，越不容易发生明显的衍射，B错误；高速公路上的测速仪发出的超声波波长大于所接收波的波长，说明发出的超声波的频率小于所接收波的频率，根据多普勒效应，接收到的频率变高，说明此时车正在靠近测速仪，C正确；用超声波测血液流速，超声波迎着血液流动方向发射，仪器接收到的反射回来的波的频率高于其发射的超声波的频率，D错误。
9.(2023·1月浙江选考，6)主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波，某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图7所示，取得最好降噪效果的抵消声波(声音在空气中的传播速度为340 m/s)(　　)A.振幅为2AB.频率为100 HzC.波长应为1.7 m的奇数倍D.在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相
B级　综合提升练10.(多选)(2024·湖北八市高三联考)一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t＝2 s时的波形如图8(a)所示，介质中某质点的振动图像如图(b)所示，下列说法正确的是(　　　)
A.图(b)可能是质点A的振动图像B.图(b)可能是质点B的振动图像C.若图(b)是x＝2 m处质点的振动图像，则波速可能是1 m/sD.若图(b)是x＝3 m处质点的振动图像，则波速可能是0.5 m/s
11.均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB＝16 cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v＝20 cm/s，波长大于20 cm，振幅为y＝1 cm，且传播时无衰减。t＝0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔Δt＝0.6 s，两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻(t1>0)，质点A位于波峰。求：(1)从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；(2)t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。答案　(1)0.8 s　(2)－0.5 cm解析　(1)因波速v＝20 cm/s，波长大于20 cm，所以周期T>1 s又由t＝0时刻后每隔0.6 s
A、B两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，可知该波周期T＝1.2 s该波波长λ＝vT＝24 cm
C级　培优加强练12.一列沿x轴传播的简谐横波，在t＝0.2 s时刻的波形如图9实线所示，在t1＝0.4 s时刻的波形如图虚线所示。在t到t1时间内，x＝2 m处的P质点运动的路程为s，且0.2 m＜s＜0.4 m。试求：
(1)波的传播的方向和传播速度的大小；(2)P质点第二次出现波谷的时刻。
答案　(1)沿x轴负方向　10 m/s　(2)0.525 s解析　(1)由题图可知，波长λ＝3 m，振幅A＝0.1 m由t＝0.2 s时刻到t1＝0.4 s时刻的时间内，0.2 m