2026高考一轮总复习 物理课件_第2讲　机械波_含解析

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1. 机械波的形成和传播
①有 ⁠；
②有 ，如空气、水、绳子等。
①传播 、能量和信息；
②介质中质点不 ⁠；
③介质中各质点振动频率、起振方向都与波源 ⁠。
1. 坐标轴：横坐标x表示在波的传播方向上各质点的 ，纵坐 标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 ⁠。
2. 意义：表示介质中的“ ”在“某一时刻”的位移。
3. 图像（以简谐波为例）：如图所示。
波速、波长、频率（周期）及其关系
1. 波长λ：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。
1. 理论和实践证明，水波、声波等一切波都会发生反射和折射现象。
（1）水波、声波等一切波遇到挡板时会发生 ⁠。
（2）与光的折射类似，机械波从一种介质向另一种介质传播时，在交界 面处将发生 ⁠。
2. 波的入射方向、反射方向、折射方向都可以用一条射线表示，分别叫 作： 、 、 ⁠。
3. 波的反射规律：反射线、法线与入射线在 ，反射线与入 射线分居法线 ，反射角 入射角。
波的干涉、衍射　多普勒效应
1. 波的衍射：波 继续向前传播的现象。只有 ⁠ 或 跟波长相差不多，或者 时，才能 观察到明显的衍射现象。
2. 波的干涉：频率 、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加 时，某些区域的振动 ，某些区域的振动 ，并且 振动加强和振动减弱的区域 的现象。
3. 多普勒效应：由于波源和观察者之间有 运动，使观察者感到接 收到的波的频率 的现象；波源与观察者相对静止时，观察者 观测到波的频率 波源振动的频率；波源与观察者相互靠近，观察 者观测到的波的频率 波源振动的频率；波源与观察者相互远离， 观察者观测到的波的频率 波源振动的频率。
1. 在机械波中各质点不随波的传播而迁移。（　√　）
2. 机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。 （　√　）
3. 机械波在介质中传播的速度由介质本身决定。（　√　）
4. 两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。（　×　）
5. 多普勒效应说明波源的频率发生变化。（　×　）
1. 〔多选〕（人教版选择性必修第一册·P70“练习与应用”T2改编）简谐 横波某时刻的波形如图所示，P为介质中的一个质点，波沿x轴的正方向传 播。以下说法正确的是（　　）
解析： 　波沿x轴正方向传播，由同侧法知，质点P此刻的速度沿y轴正 方向，故A错误；质点P此刻的位移沿y轴正方向，由－kx＝ma可知，质点 P此刻的加速度沿y轴负方向，故B错误；分析可知，再经过半个周期时， 质点P的位移为负值，故C正确；由题图可知，质点P的振幅为a，则经过一 个周期，质点P通过的路程为4a，故D正确。
2. （鲁科版选择性必修第一册·P84[节练习]T4）两波源S1、S2在水波槽中 形成的波形示意图如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷。波源S1 形成的波的波长比波源S2形成的波的波长短，则（　　）
解析： 　两波的波长不相等，则两波的频率不相等，则在两波相遇的区 域中不会产生干涉，不会形成稳定的干涉图样，可知点a的振动不会始终 加强或始终减弱，B正确，A、C、D错误。
3. 〔多选〕（2024·海南高考10题）一歌手在湖边唱歌，歌声通过空气和 水传到距其2 km的湖对岸，空气中的声速为340 m/s，水中声速为1 450 m/s，歌声可视为频率为400 Hz的声波，则下列说法正确的是（　　）
考点一　机械波的形成与波的图像
（1）当Δt＝nT（n＝1，2，3，…）时，两个时刻波的波形相同，波传播 的距离x＝nλ。
2. 波的传播方向与质点振动方向的互判
本题源于人教版选择性必修第一册P66“练习与应用”T2
（3）t＝T时，质点8、12、16的运动状态如何？
答案： t＝T时，质点8、12正在向下振动，质点16向上振动。
〔多选〕（2025·八省联考河南卷）某简谐横波在t＝0时刻的波形图如 图所示。x＝0处质点的位移为y＝－4 cm，x＝0.7 m处的质点P位于平衡位 置且振动方向向下。已知该波的周期为1.2 s，则（　　）
考点二　波的图像和振动图像的综合应用
振动图像和波的图像的比较
〔多选〕（2025·广东汕头模拟）“地震预警”是指在地震发生以 后，抢在地震波传播到受灾地区前，向受灾地区提前几秒至数十秒发出警 报，通知目标区域从而实现预警。科研机构对波的特性展开研究，如图甲 所示为研究过程中简谐波t＝0时刻的波形图，M是此波上的一个质点，平 衡位置处于x＝4 m处，图乙为质点M的振动图像，则（　　）
（2025·山东潍坊模拟）如图甲所示，波源S发出一列水平向右传播的 简谐横波先后经过P、Q两点，图乙为波源S的振动图像。已知S到P、Q两 点的距离分别为SP＝4.2 m、SQ＝5.4 m。已知波在该介质中传播的速度为 8 m/s，则在t＝1.0 s时，P、Q两点间的波形图正确的是（　　）
总结提升分析波的图像与振动图像的综合问题，主要有以下两个方面：（1）由振动图像确定波的周期（质点振动周期），由波的图像确定波 长，进而计算波速。（2）先在振动图像中确定与波的图像对应时刻质点的振动方向，然后根 据波的图像确定波的传播方向。注意 分清波的图像与哪一时刻对应，振动图像与哪一质点对应。
　（2025·四川绵阳市零诊）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（　　）
考点三　波的干涉、衍射及多普勒效应
1. 波的干涉现象中振动加强点、减弱点的判断方法
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；
（2）波形图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，即加强线和减 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. 多普勒效应的理解（1）形成条件：波源和观察者之间有相对运动。（2）现象：观察者接收到的波的频率发生变化。（3）实质：波源与波的频率不变，观察者接收到的波的频率变化。（4）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，观察者接收到的波的频率变大；当波源与 观察者相互远离时，观察者接收到的波的频率变小。
〔多选〕如图为某一时刻波源S1、S2在水槽中形成的水波，其中实线 表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的频率相同，振幅相同，则下列说 法正确的是（　　）
解析：在同一种介质中波速相同，因为两列波的频率相同，所以波长 一定相同，在两波相遇的区域中会产生干涉，故A正确；此刻a、c、d 三点位移最大，等于两列波的振幅之和，在这些点，两列波引起的振 动总是相互加强的，质点的振幅最大，但位移仍随时间变化；b点是两 列波的波峰与波谷相遇点，两列波在b点引起的振动总是相互减弱的， 质点的振幅最小，b点的振动始终减弱，故B错误，C正确；随着时间 的推移，两列波均向前传播，但c处的质点仍在自己平衡位置附近振 动，并不会随波迁移，故D错误。
　（2025·南通崇川区期中）两列在同一介质中沿同一直线传播的简谐横波 相遇，如图所示为某一时刻的情况，其中实线表示向右传播的波、虚线表 示向左传播的波。下列说法中正确的是（　　）
〔多选〕如图所示，一小型渔港的防波堤两端M、N相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两艘小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有（　　）
解析：当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长相差不多时才能发生明显 的衍射现象，波浪的波长约为10 m时，不能发生明显的衍射现象，则A、B 两处小船基本上不受波浪影响，A正确，B错误；波浪的波长约为60 m时， 能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船明显受到波浪影响，C错误，D 正确。
我国研制的“复兴号动车组”首次实现了速度350 km/h的自动驾驶， 此时多普勒效应会影响无线通信系统稳定，这要求通信基站能分析误差并 及时校正。如图，一辆行驶的动车组发出一频率为f0、持续时间为Δt0的通 讯信号，与动车组行驶方向在同一直线上的通信基站A、B接收到信号的频 率和持续时间分别为fA、ΔtA和fB、ΔtB，下列判断正确的是（　　）
解析：根据多普勒效应，远离波源的接收者接收到的波的频率变小，接近 波源的接收者接收到的波的频率变大，则fA＞f0，fB＜f0，故TA＜T0，TB＞ T0，所以ΔtA＜Δt0，ΔtB＞Δt0，故选A。
1. 造成波的多解问题的主要因素
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。如：a.只知道质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能。b.只知道质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下（或向左、 向右）两种可能。c.只告诉波速而未说明波的传播方向，则波传播的方向有两种情形，即沿x 轴正方向或沿x轴负方向传播。
2. 解决波的多解问题的一般思路（1）首先考虑是否存在多解，若存在多解，分析造成多解的原因，从双 向性、周期性分别进行考虑。（2）对于双向性问题，两个方向对应的情形都要分别考虑。对于周期性 因素造成多解的情况，一般采用从特殊到一般的思维方法，即先找出一个 周期内Δt或Δx满足条件的关系，若为时间关系，则t＝nT＋Δt（n＝0，1， 2，…）；若为距离关系，则x＝nλ＋Δx（n＝0，1，2，…）。（3）注意题目是否有其他限制条件，如果波的周期、波长、波速有限 定，则求出符合限定条件的解。
〔多选〕（2024·重庆高考10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（　　）
〔多选〕（2025·云南昆明期末）一列简谐横波沿x轴传播，如图 （a），实线和虚线分别为t1＝0和t2时刻的波形图，P、Q分别是平衡位置 为x1＝1.0 m和x2＝4.0 m的两个质点，图（b）为质点Q的振动图像，则 （　　）
1. （2023·新课标卷14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（　　）
2. （2025·辽宁沈阳模拟）渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群 与障碍物。若探测器发出波长为1×10－3m的声波，下列说法正确的是 （　　）
解析： 　声波的频率由波源决定，可知，声波由水中传播到空气中，频 率不会变，故A、B错误；发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸与波长差不 多，可知，该声波在水中遇到尺寸约为1×10－3m的被探测物时会发生明显 衍射，故C正确；根据多普勒效应可知，探测器与被测物体相对靠近时， 接收到的频率大于波源频率，当两者相对远离时，接收到的频率小于波源 频率，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，故D错误。
3. 一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后K质点比L质点先回到平 衡位置。下列判断正确的是（　　）
解析： 　由K质点比L质点先回到平衡位置，知K质点此时沿y轴负方向运 动，选项B错误；根据“上下坡”法可判定波沿x轴正方向传播，选项A错 误；K质点离平衡位置的距离比L质点小，则K质点的加速度小，速度大， 选项C错误，D正确。
4. （2025·甘肃平凉模拟）如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，该 波从介质1进入到介质2，y轴为两介质的分界面。设该波在介质1、2中的频 率分别为 f1、f2，传播速度分别为 v1、v2，则下列说法正确的是（　　）
解析： 　频率由波源决定，故该波在介质1、2中的频率相同，即f1＝f2， 由题图可知λ2＞λ1，由v＝λf，可得v2＞v1，故选A。
5. （2024·广东高考3题）一列简谐横波沿x轴正方向传播。波速为1 m/s，t ＝0时的波形如图所示。t＝1 s时，x＝1.5 m处的质点相对平衡位置的位移 为（　　）
6. 〔多选〕（2025·辽宁大连模拟）如图（a）所示，水袖舞是中国京剧的 特技之一。某时刻抖动状态可简化为如图（b），则（　　）
解析： M 处的质点位移最大，回复力最大，故A正确；质点振动到N 处时，处于平衡位置，速度最大，故B正确；波速是由介质决定的，与频 率无关，波的频率增大，波传播速度仍保持不变，故C错误；波传播的是 波振动的形式，质点只是在平衡位置上下振动，所以M处的质点经过四分 之一个周期不能到达Q处，故D错误。
7. （2024·湖南高考2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6 m，t0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（　　）
8. （2024·安徽高考3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 （　　）
9. （2025·江西南昌模拟）如图所示为水池某时刻的水波图样，S1、S2为水 池边缘的两个波源，将水波视为简谐横波，实线为波峰，虚线为波谷，此 时S1、S2均处在波谷位置，可以通过调节波源S1的振动频率，使两波源的 振动完全相同，在水面上形成稳定干涉图样，已知波源S2振动形成的水波 波长为20 cm，波速为40 cm/s，两列波的振幅均为5 cm，两列波的传播速 度大小相同，S1、S2两点之间的距离为100 cm，S1、S2、P三点在同一水平 面上，且刚好构成一个直角三角形，∠S1S2P＝53°，sin 53°＝0.8，Q为 两波源连线的中点，则下列判断正确的是（　　）
10. 〔多选〕（2025·山东威海模拟）一列横波在某介质中沿x轴传播，t＝ 0.4 s时的波形图如图甲所示。M、N分别是平衡位置在x1＝2.0 m和x2＝4.5 m处的两个质点，图乙为质点M的振动图像，下列说法正确的是（　　）
11. 〔多选〕（2024·山东高考9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2 m/s。t＝0时刻二者在x＝2 m处相遇，波形图 如图所示。关于平衡位置在x＝2 m处的质点P，下列说法正确的是（　　）
解析： 　由于两列波的波速均为2 m/s，则t＝0.5 s时，题图所示平衡位 置在x＝1 m处和x＝3 m处两质点的振动形式传到P点处，则由波的叠加可 知，t＝0.5 s时，P偏离平衡位置的位移为－2 cm，A错误，B正确；t＝1 s 时，题图所示平衡位置在x＝0处和x＝4 m处两质点的振动形式（均向y轴正 方向运动）传到P点处，根据波的叠加可知，t＝1 s时，P向y轴正方向运 动，C正确，D错误。
12. 〔多选〕（2025·福建泉州月考）一列简谐横波沿x轴传播，a、b为x轴上平衡位置相距6 m的两质点，振动图像分别如图甲、乙所示，下列说法正确的是（　　）