113高考物理专题复习精品：机械振动-机械波(学生版)113

这是一份113高考物理专题复习精品：机械振动-机械波(学生版)113，共16页。试卷主要包含了机械振动，简谐振动及其描述物理量，振动过程中各物理量的变化情况，简谐运动图象，说明等内容，欢迎下载使用。

第十三章 机械振动和机械波(附参考答案)
第一节 简谐振动、振动图像
基础知识 一、机械振动
1、机械振动：物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧做的往复运动．
振动的特点:①存在某一中心位置;②往复运动,这是判断物体运动是否是机械振动的条件.
产生振动的条件:①振动物体受到回复力作用;②阻尼足够小;
2、回复力：振动物体所受到的总是指向平衡位置的合外力．
①回复力时刻指向平衡位置;②回复力是按效果命名的, 可由任意性质的力提供．可以是几个力的合力也可以是一个力的分力; ③合外力：指振动方向上的合外力，而不一定是物体受到的合外力．④在平衡位置处：回复力为零，而物体所受合外力不一定为零．如单摆运动，当小球在最低点处，回复力为零，而物体所受的合外力不为零．
a
·
·
·
o
c
b
图24-A-4
3、平衡位置：是振动物体受回复力等于零的位置；也是振动停止后，振动物体所在位置；平衡位置通常在振动轨迹的中点。“平衡位置”不等于“平衡状态”。平衡位置是指回复力为零的位置，物体在该位置所受的合外力不一定为零。（如单摆摆到最低点时，沿振动方向的合力为零，但在指向悬点方向上的合力却不等于零，所以并不处于平衡状态）
二、简谐振动及其描述物理量
1、振动描述的物理量
（1）位移：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段．
①是矢量，其最大值等于振幅；②始点是平衡位置，所以跟回复力方向永远相反；
③位移随时间的变化图线就是振动图象．
（2）振幅：离开平衡位置的最大距离．
①是标量； ②表示振动的强弱；同一装置，振幅越大，振动能量越大。
（3）周期和频率：完成一次全振动所用的时间为周期T，每秒钟完成全振动的次数为频率f．
①二者都表示振动的快慢；②二者互为倒数；T=1/f；③当T和f由振动系统本身的性质决定时（非受迫振动），则叫固有频率与固有周期是定值，固有周期和固有频率与物体所处的状态无关．
2、简谐振动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫简谐运动
①受力特征：回复力F=—KX。
②运动特征：加速度a=一kx／m，方向与位移方向相反，总指向平衡位置。简谐运动是一种变加速运动，在平衡位置时，速度最大，加速度为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大。
说明：①判断一个振动是否为简谐运动的依据是看该振动中是否满足上述受力特征或运动特征。②简谐运动中涉及的位移、速率、加速度的参考点，都是平衡位置.
三．弹簧振子：
1、一个可作为质点的小球与一根弹性很好且不计质量的弹簧相连组成一个弹簧振子．一般来讲，弹簧振子的回复力是弹力（水平的弹簧振子）或弹力和重力的合力（竖直的弹簧振子）提供的．弹簧振子与质点一样，是一个理想的物理模型．
2、弹簧振子振动周期：T=2，只由振子质量和弹簧的劲 度决定，与振幅无关，也与弹簧振动情况（如水平方向振动或竖直方向振动或在光滑的斜面上振动或在地球上或在月球上或在绕地球运转的人造卫星上）无关。
3、可以证明，竖直放置的弹簧振子的振动也是简谐运动，周期公式也是。这个结论可以直接使用。
4、在水平方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧的弹力；在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧弹力和重力的合力。
例1 . 如图所示，在质量为M的无下底的木箱顶部用一轻弹簧悬挂质量均为m（M>m）的D、B两物体．箱子放在水平地面上，平衡后剪断D、B间的连线，此后D将做简谐运动．当D运动到最高点时，木箱对地压力为（ ）
A、Mg； B．（M－m）g； C、（M＋m）g ； D、（M＋2m）g
四、振动过程中各物理量的变化情况
说明:简谐运动的位移、回复力、加速度、速度都随时间做周期性变化（正弦或余弦函数），变化周期为T，振子的动能、势能也做周期性变化，周期为 T／2。
①凡离开平衡位置的过程，v、Ek均减小，x、F、a、EP均增大；凡向平衡位置移动时，v、Ek均增大, x、F、a、EP均减小.
②振子运动至平衡位置时，x、F、a为零，EP最小，v、Ek最大；当在最大位移时，x、F、a、EP最大，v、Ek最为零；
③在平衡位置两侧的对称点上,x、F、a、v、Ek、EP的大小均相同．但要注意方向。
例2 .如图所示，一弹簧振子在振动过程中，经a、b两点的速度相同，若它从a到b历时0．2s，从b再回到a的最短时间为0．4s，则该振子的振动频率为（ ）。
（A）1Hz；（B）1.25Hz （C）2Hz；（D） 2．5Hz
五、简谐运动图象
1.物理意义：表示振动物体（或质点）的位移随时间变化的规律．
2.坐标系：以横轴表示时间，纵轴表示位移，用平滑曲线连接各时刻对应的位移末端即得
3.特点：简谐运动的图象是正弦（或余弦）曲线．
4.应用：①可直观地读取振幅A、周期T以及各时刻的位移x；
②判定各时刻的回复力、速度、加速度方向；
③判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能、等物理量的变化情况
注意：①振动图象不是质点的运动轨迹．
②计时点一旦确定，形状不变，仅随时间向后延伸。
③简谐运动图像的具体形状跟计时起点及正方向的规定有关。
规律方法1、简谐运动的特点
例3 .一弹簧振子作简谐振动，周期为T（ ）
A．若t时刻和（t＋Δt）时刻振子运动位移的大小相等、方向相同，则Δt一定等于T的整数倍
B．若t时刻和（t＋Δt）时刻振子运动速度的大小相等、方向相反，则上t一定等于T/2的整数倍
C．若Δt=T，则在 t时刻和（t＋Δt）时刻振子运动的加速度一定相等
D．若Δt＝T/2，则在t时刻和（t十Δt）时刻弹簧的长度一定相等
例4 .如图所示，一弹簧振子在光滑水平面内做简谐振动，O为平衡位置，A,B为最大位移处，当振子由A点从静止开始振动，测得第二次经过平衡位置所用时间为t秒，在O点上方C处有一个小球，现使振子由A点，小球由C点同时从静止释放，它们恰好到O点处相碰，试求小球所在C点的高度H是多少？

2、弹簧振子模型
例5 .如图所示，质量为m的物块A放在木板B上，而B固定在竖直的轻弹簧上。若使 A随 B一起沿竖直方向做简谐运动而始终不脱离，则充当 A的回复力的是 。当A的速度达到最大时，A对B的压力大小为 。
3、利用振动图像分析简谐振动
例6 .一弹簧振子沿x轴振动，振幅为4 cm. 振子的平衡位置位于x袖上的0点.图甲中的a ,b,c,d为四个不同的振动状态：黑点表示振子的位置，黑点上箭头表示运动的方向．图乙给出的①②③④四条振动图线，可用于表示振子的振动图象是（ ）
A.若规定状态a时t＝0，则图象为①
B.若规定状态b时t＝0，则图象为②
C.若规定状态c时t＝0，则图象为③
D.若规定状态d时t＝0，则图象为④

第二节 单摆、振动中的能量
基础知识 一、单摆
1、单摆：在细线的一端挂上一个小球，另一端固定在悬点上，如果线的伸缩和质量可以忽略，球的直径比线长短得多，这样的装置叫做单摆．
这是一种理想化的模型，一般情况下细线（杆）下接一个小球的装置都可作为单摆．
2、单摆振动可看做简谐运动的条件是：在同一竖直面内摆动,摆角α＜50．
3、单摆振动的回复力是重力的切向分力，不能说成是重力和拉力的合力。在平衡位置振子所受回复力是零，但合力是向心力，指向悬点，不为零。
4、单摆的周期：当 L、g一定，则周期为定值 T=2π，与小球是否运动无关．与摆球质量m、振幅A都无关。其中摆长l指悬点到小球重心的距离，重力加速度为单摆所在处的测量值。要区分摆长和摆线长。
5、小球在光滑圆弧上的往复滚动，和单摆完全等同。只要摆角足够小，这个振动就是简谐运动。这时周期公式中的l应该是圆弧半径R和小球半径r的差。
6、秒摆：周期为2s的单摆．其摆长约为lm.
例7 .如图为一单摆及其振动图象，回答：
（1）单摆的振幅为 ，频率为 ，摆长为 ，一周期内位移x（F回、a、Ep）最大的时刻为 ．
（2）若摆球从E指向G为正方向，α为最大摆角，则图 象中O、A、B、C点分别对应单摆中的 点．一周期内加速度为正且减小，并与速度同方向的时间范围是 。势能增加且速度为正的时间范围是 ．
（3）单摆摆球多次通过同一位置时，下述物理量变化的是（）
A．位移；B．速度；C．加速度； D．动量；E．动能；F．摆线张力
（4）当在悬点正下方O/处有一光滑水平细钉可挡住摆线，且＝¼．则单摆周期
为 s．比较钉挡绳前后瞬间摆线的张力 ．
（5）若单摆摆球在最大位移处摆线断了，此后球做什么运动？若在摆球过平衡位置时摆线断了，摆球又做什么运动？
例8 .有一个单摆，其摆长为l，摆球的质量为m，从和竖直方向成摆角θ的位置无初速度开始运动（如图所示），问：
（1）已知全振动的次数为n次，用了时间t，重力加速度g多大？
（2）摆球的最大回复力多大？
（3）摆球经过最低点时速度多大？
（4）此时悬线拉力为多大？
二、振动的能量
1、对于给定的振动系统，振动的动能由振动的速度决定，振动的势能由振动的位移决定，振动的能量就是振动系统在某个状态下的动能和势能的总和．
2、振动系统的机械能大小由振幅大小决定，同一系统振幅越大，机械能就越大．若无能量损失，简谐运动过程中机械能守恒，做等幅振动．
3、阻尼振动与无阻尼振动
（1)振幅逐渐减小的振动叫做阻尼振动．（2)振幅不变的振动为等幅振动，也叫做无阻尼振动．
注意：等幅振动、阻尼振动是从振幅是否变化的角度来区分的，等幅振动不一定不受阻力作用．
4.受迫振动
（1)振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫做受迫振动．
（2)受迫振动稳定时，系统振动的频率等于驱动力的频率，跟系统
的固有频率无关．
5.共振
（1)当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，物体的振幅最
大的现象叫做共振．
(2）条件：驱动力的频率等于振动系统的固有频率．
（3)共振曲线．如图所示．
例9 .行驶着的火车车轮，每接触到两根钢轨相接处的缝隙时，就受到一次撞击使车厢在支着它的弹簧上面振动起来．已知车厢的固有同期是0．58s，每根钢轨的长是12．6 m，当车厢上、下振动得最厉害时，火车的车速等于 m／s．

规律方法1、单摆的等效问题
①等效摆长：如图所示，当小球垂直纸面方向运动时，摆长为CO．
②等效重力加速度：当单摆在某装置内向上运动加速度为a时，T＝2π；当向上减速时T=2π，影响回复力的等效加速度可以这样求，摆球在平衡位置静止时，摆线的张力T与摆球质量的比值．
3、单摆的综合应用
例10 .图中两单摆摆长相同，平衡时两摆球刚好触．现将摆球A在两摆线所在平面向左拉开一小角度后释放，碰撞后，两球分开各自做简谐运动．以mA、mB分别表示摆球A、B的质量，则（ ）
A．如果mA＞mB，下一次碰撞将发生在平衡位置右侧
B．如果mA＜mB，下一次碰撞将发生在平衡位置左侧
C．无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置右侧
D．无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置左侧
第三节 波的性质与波的图像
基础知识 一、机械波
1、定义：机械振动在介质中传播就形成机械波．
2、产生条件:(1)有做机械振动的物体作为波源．(2)有能传播机械振动的介质．
3、分类:①横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直．凸起部分叫波峰，凹下部分叫波谷
②纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一直线上．质点分布密的叫密部，疏的部分叫疏部，液体和气体不能传播横波。

4.机械波的传播过程
(1)机械波传播的是振动形式和能量．质点只在各自的平衡位置附近做振动，并不随波迁移．后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动。
(2）介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同．
(3)由波源向远处的各质点都依次重复波源的振动．
二、描述机械波的物理量
1．波长λ：两个相邻的，在振动过程中相对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长．在横波中，两个相邻的波峰或相邻的波谷之间的距离．在纵波中两相邻的的密部（或疏部）中央间的距离，振动在一个周期内在介质中传播的距离等于波长
2．周期与频率．波的频率由振源决定，在任何介质中传播波的频率不变。波从一种介质进入另一种介质时，唯一不变的是频率（或周期），波速与波长都发生变化．
3．波速：单位时间内波向外传播的距离。v=s/t=λ/T=λf，波速的大小由介质决定。
三、说明:①波的频率是介质中各质点的振动频率，质点的振动是一种受迫振动，驱动力来源于波源，所以波的频率由波源决定，是波源的频率.
介质对波的传播速度由介质决定，与振动频率无关．
波长是质点完成一次全振动所传播的距离,所以波长的长度与波速v和周期T有关．即波长由波源和介质共同决定．
由以上分析知，波从一种介质进入另一种介质，频率不会发生变化，速度和波长将发生改变．
②振源的振动在介质中由近及远传播，离振源较远些的质点的振动要滞后一些，这样各质点的振动虽然频率相同，但步调不一致，离振源越远越滞后．沿波的传播方向上，离波源一个波长的质点的振动要滞后一个周期，相距一个波长的两质点振动步调是一致的．反之，相距1/2个波长的两质点的振动步调是相反的．所以与波源相距波长的整数倍的质点与波源的振动同步（同相振动）；与波源相距为1/2波长的奇数倍的质点与波源派的振动步调相反（反相振动．）
例12 .一简谐横波的波源的振动周期为1s，振幅为1crn，波速为1m／s，若振源质点从平衡位置开始振动，且从振源质点开始振动计时，当 t＝0．5s时（ ）
A．距振源¼λ处的质点的位移处于最大值 B．距振源¼λ处的质点的速度处于最大值
C．距振源½λ处的质点的位移处于最大值 D．距振源½λ处的质点的速度处于最大值
四、波的图象
（1）波的图象
①坐标轴：取质点平衡位置的连线作为x轴，表示质点分布的顺序；取过波源质点的振动方向作为Y轴表示质点位移．
②意义：在波的传播方向上，介质中质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移．
③形状：正弦（或余弦）图线．
因而画波的图象．要画出波的图象通常需要知道波长λ、振幅A、波的传播方向（或波源的方位）、横轴上某质点在该时刻的振动状态（包括位移和振动方向）这四个要素．
x
ycm/
/m
/m
0
0.6
1.2
0.05
-0.05
·
·
图26-A-1
（2）简谐波图象的应用
①从图象上直接读出波长和振幅．
②可确定任一质点在该时刻的位移．
③可确定任一质点在该时刻的加速度的方向．
④若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向．若已知某质点的振动方向，可确定波的传播方向．
⑤若已知波的传播方向，可画出在Δt前后的波形．沿传播方向平移Δs=vΔt.
规律方法 1、机械波的理解
例13 .地震震动以波的形式传播，地震波有纵波和横波之分。
（1）图中是某一地震波的传播图，其振幅为A，波长为λ，某一时刻某质点的坐标为
（λ，0）经1/4周期该质点的坐标是多少？该波是纵波还是横波。
A．纵波（5λ/4．0） B．横波（λ，－A）
C．纵波（λ，A） D．横波（5λ/4．A）
2、质点振动方向和波的传播方向的判定
（1）在波形图中，由波的传播方向确定介质中某个质点（设为质点A）的振动方向（即振动时的速度方向）：逆着波的传播方向，在质点 A的附近找一个相邻的质点B．若质点B的位置在质点A的负方向处，则A质点应向负方向运动，反之。则向正方向运动如图中所示，图中的质点A应向y轴的正方向运动（质点B先于质点A振动．A要跟随B振动）．
（2）在波形图中．由质点的振动方向确定波的传播方向，若质点C是沿Y轴负方向运动，在C质点位置的负方向附近找一相邻的质点D．若质点D在质点C位置X轴的正方向，则波由X轴的正方向向负方向传播：反之．则向X轴的正方向传播．如图所示，这列波应向X轴的正方向传播（质点c要跟随先振动的质点D的振动）
具体方法为：①带动法：根据波的形成，利用靠近波源的点带动它邻近的离波源稍远的点的道理，在被判定振动方向的点P附近（不超过λ/4）图象上靠近波源一方找另一点P/，若P/在P上方，则P/带动P向上运动如图，若P/在P的下方，则P/带动P向下运动．
②上下坡法：沿着波的传播方向走波形状“山路”，从“谷”到“峰”的上坡阶段上各点都是向下运动的，从“峰”到“谷”的下坡阶段上各点都是向上运动的，即“上坡下，下坡上”
③微平移法：将波形沿波的传播方向做微小移动Δx＝v·Δt＜λ/4，则可判定P点沿y方向的运动方向了．
反过来已知波形和波形上一点P的振动方向也可判定波的传播方向．
例14 .如图所示，a、b是一列横波上的两个质点，它们在X轴上的距离s=30m，波沿x轴正方向传播，当a振动到最高点时b恰好经过平衡位置，经过3s，波传播了30m，并且a经过平衡位置，b恰好到达最高点，那么．
A．这列波的速度一定是10 m／s
B．这列波的周期可能是0．8s
C．这列波的周期可能是3s D．这列波的波长可能是 24 m
例15 .一列波在介质中向某一方向传播，图所示的为此波在某一时刻的波形图，并且此时振动还只发生在M、N之间．此列波的周期为T，Q质点速度方向在波形图中是向下的，下列判断正确的是 （ ）
A． 波源是M，由波源起振开始计时，P质点已经振动的时间为T；
B．波源是N，由波源起振开始计时，P点已经振动的时间为3 T／4
C．波源是N，由波源起振开始计时，P点已经振动的时间为T／4。
D．波源是M，由波源起振开始计时，P点已经振动的时间为T／4
例15 .如图所示，O为上下振动的波源，振动频率为100Hz，它所产生的横波同时向左、向右传播．波速为80 m／s，M、N两质点距波源的距离分别为OM＝17．4m，ON＝16．2m，当波源通过平衡位置向上振动时，M、N两质点的位置分别为（ ）
A．M点在波峰，N点在波谷； B．M、N两点均在波峰
C．N点在波峰，M点在波谷； D．M、N两点均在波谷
3．已知波速V和波形，画出再经Δt时间波形图的方法．
（1）平移法：先算出经Δt时间波传播的距离上Δx＝V·Δt，再把波形沿波的传播方向平移动Δx即可．因为波动图象的重复性，若知波长λ，则波形平移nλ时波形不变，当Δx=nλ十x时，可采取去整nλ留零x的方法，只需平移x即可
（2）特殊点法：（若知周期T则更简单）
在波形上找两特殊点，如过平衡位置的点和与它相邻的峰（谷）点，先确定这两点的振动方向，再看Δt＝nT＋t，由于经nT波形不变，所以也采取去整nT留零t的方法，分别做出两特殊点经 t后的位置，然后按正弦规律画出新波形．
例16 .图是某时刻一列横波在空间传播的波形图线。已知波是沿x轴正方向传播，波速为4m/s，试计算并画出经过此时之后1.25s的空间波形图。
例17 .一列简谐横波向右传播，波速为v。沿波传播方向上有相距为L的P、Q两质点，如图15所示。某时刻P、Q两质点都处于平衡位置，且P、Q间仅有一个波峰，经过时间t，Q质点第一次运动到波谷。则t的可能值（ ）
A．1个 B．2个 C．3个 D．4个
例18 .一列简谐横波在传播方向上相距为3米的两个质点P和Q的振动图象分别用图中的实线和虚线表示，若P点离振源较Q点近，则该波的波长值可能为多少？若Q点离振源较P点近，则该波的波长值又可能为多少？







4．已知振幅A和周期T，求振动质点在Δt时间内的路程和位移．
求振动质点在Δt时间内的路程和位移，由于牵涉质点的初始状态，需用正弦函数较复杂．但Δt若为半周期T/2的整数倍则很容易．
在半周期内质点的路程为 2A．若Δt= n·T/2， n＝ 1、2、3……，则路程s=2A·n，其中n=．
当质点的初始位移（相对平衡位置）为x1＝x0时，经T/2的奇数倍时x2=－x0，经T/2的偶数倍时x2＝x0．
·P
·Q
例19 .如图所示,在xOy平面内有一沿x轴正方向传播的简谐振动横波,波速为1m/s,振幅为4cm,频率为2.5Hz,在t=0时刻,P点位于其平衡位置上方最大位移处,则距P点为0.2m的Q点
A、在0.1s时的位移是4cm;
B、在0.1s时的速度最大;
C、在0.1s时的速度向下;
D、在0到0.1s的时间内路程是4cm;






第四节 专题：振动图像与波的图像及多解问题
基础知识一、振动图象和波的图象
振动是一个质点随时间的推移而呈现的现象，波动是全部质点联合起来共同呈现的现象．
简谐运动和其引起的简谐波的振幅、频率相同，二者的图象有相同的正弦（余弦）曲线形状，但二图象是有本质区别的．见表：

振动图象
波动图象
研究对象
一振动质点
沿波传播方向所有质点
研究内容
一质点的位移随时间的变化规律
某时刻所有质点的空间分布规律
图线


物理意义
表示一质点在各时刻的位移
表示某时刻各质点的位移
图线变化
随时间推移图延续，但已有形状不变
随时间推移，图象沿传播方向平移
一完整曲线占横坐标距离
表示一个周期
表示一个波长
例20 .如图6—27所示，甲为某一波动在t=1．0s时的图象，乙为参与该波动的P质点的振动图象
（1）说出两图中AA/的意义？
（2）说出甲图中OA/B图线的意义？
（3）求该波速v=？
（4）在甲图中画出再经3．5s时的波形图
（5）求再经过3．5s时p质点的路程S和位移

例21 .如图所示，（1）为某一波在t＝0时刻的波形图，（2）为参与该波动的P点的振动图象，则下列判断正确的是
A． 该列波的波速度为4m／s ；
B．若P点的坐标为xp＝2m，则该列波沿x轴正方向传播
C、该列波的频率可能为 2 Hz；
D．若P点的坐标为xp＝4 m，则该列波沿x轴负方向传播；
二、波动图象的多解
波动图象的多解涉及：(1)波的空间的周期性；(2)波的时间的周期性；(3)波的双向性；(4)介质中两质点间距离与波长关系未定；(5)介质中质点的振动方向未定．
1.波的空间的周期性：相距为波长整数倍的多个质点振动情况完全相同．
2.波的时间的周期性：波在传播过程中，经过整数倍周期时，其波的图象相同．
3.波的双向性
4.介质中两质点间的距离与波长关系未定
在波的传播方向上，如果两个质点间的距离不确定，就会形成多解，解题时若不能联想到所有可能情况，易出现漏解．
5.介质中质点的振动方向未定
在波的传播过程中，质点振动方向与传播方向联系，若某一质点振动方向未确定，则波的传播方向有两种，这样形成多解．
说明：波的对称性：波源的振动要带动它左、右相邻介质点的振动，波要向左、右两方向传播．对称性是指波在介质中左、右同时传播时，关于波源对称的左、右两质点振动情况完全相同．
例22 .一列在x轴上传播的简谐波，在xl= 10cm和x2=110cm处的两个质点的振动图象如图所示，则质点振动的周期
为 s，这列简谐波的波长为 cm．

例23 .如图实线是某时刻的波形图象，虚线是经过0.2s时的波形图象。求：
4
x/m
y
0
①波传播的可能距离 ②可能的周期（频率）
③可能的波速 ④若波速是35m/s，求波的传播方向
⑤若0.2s小于一个周期时，传播的距离、周期（频率）、波速。



第五节 波的现象与声波
基础知识 一、波的现象
1.波的衍射:波可以绕过障碍物继续传播的现象．
衍射是波的特性，一切波都能发生衍射．
产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多。
例如：声波的波长一般比院坡大，“隔堵有耳”就是声波衍射的例证．
说明：衍射是波特有的现象．
2.波的叠加与波的干涉
(1)波的叠加原理：在两列波相遇的区域里，每个质点都将参与两列波引起的振动，其位移是两列波分别引起位移的矢量和．相遇后仍保持原来的运动状态．波在相遇区域里，互不干扰，有独立性．
(2)波的干涉:
①条件：频率相同的两列同性质的波相遇．
②现象：某些地方的振动加强，某些地方的振动减弱，并且加强和减弱的区域间隔出现，加强的地方始终加强，减弱的地方始终减弱，形成的图样是稳定的干涉图样．
说明：①加强、减弱点的位移与振幅．
加强处和减弱处都是两列波引起的位移的矢量和，质点的位移都随时间变化，各质点仍围绕平衡位置振动，与振源振动周期相同．
加强处振幅大，等于两列波的振幅之和，即A=A1 +A2,质点的振动能量大，并且始终最大．
减弱处振幅小，等于两列波的振福之差，即A=∣A1－A2∣,质点振动能量小，并且始终最小，若A1=A2，则减弱处不振动．
②干涉是波特有的现象．
③加强和减弱点的判断．
波峰与波峰（波谷与波谷）相遇处一定是加强的，并且用一条直线将以上加强点连接起来，这条直线上的点都是加强的；而波峰与波谷相遇处一定是减弱的，把以上减弱点用直线连接起来，直线上的点都是减弱的．加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点振幅之间．
当两相干波源振动步调相同时，到两波源的路程差Δs是波长整数倍处是加强区．而路程差是半波长奇数倍处是减弱区．
任何波相遇都能叠加，但两列频率不同的同性质波相遇不能产生干涉．
3．多普勒效应
(1)由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象．实质是：波源的频率没有变化，而是观察者接收到的频率发生了变化．
(2)多普勒效应的产生原因
由于相对运动，是观察着接收到的频率不等于波源发送的频率。
注：发生多普勒效应时，波源的真实率不发生任何变化，只是观察者接收到的频率发生了变化．
(3)相对运动与频率的关系
①波源与观察者相对静止：观察者接收到的频率等于波源的频率．
②波源与观察者相互接近：观察者接收到的频率增大．
③波源与观察者相互远离：观察者接收到的频率减小．
二.声波
(1)空气中的声波是纵波．能在空气、液体、固体中传播．在通常情况下在空气中为340m／s，随介质、温度改变而变．
(2)人耳听到声波的频率范围：20 Hz ---20000 Hz.
(3)能够把回声与原声区分开来的最小时间间隔为0.1s
(4)声波亦能发生反射、折射、干涉和衍射等现象．声波的共振现象称为声波的共鸣．
(5)次声波：频率低于20 Hz的声波．
(6)超声波：频率高于20000 Hz的声波．
应用：声呐、探伤、打碎、粉碎、诊断等．
(7)声音的分类①乐音：好听悦耳的声音．乐音的三要素：音调（基音的频率的高低）、响度（声源的振幅大小）、音品（泛音的多少，泛音的频率和振幅共同决定的）．声强：单位时间内通过垂直于声波传播方向单位面积的能量．②噪声：嘈杂刺耳的声音，是妨碍人的正常生活和工作的声音．噪声已列为国际公害．

课后作业
（北京2004）16. 声波属于机械波。下列有关声波的描述中正确的是
A. 同一列声波在各种介质中的波长是相同的
B. 声波的频率越高，它在空气中传播的速度越快
C. 声波可以绕过障碍物传播，即它可以发生衍射
D. 人能辨别不同乐器同时发生的声音，证明声波不会发生干涉

（北京2005）17．一列简谐机械横波某时刻的波形如图所示，波源的平衡位置坐标为。当波源质点处于其平衡位置上方且向下运动时，介质中平衡位置坐标的质点所处位置及运动情况是（ ）
A．在其平衡位置下方且向上运动
B．在其平衡位置上方且向下运动
C．在其平衡位置上方且向上运动
D．在其平衡位置上方且向下运动

（北京2006）17.某同学看到一只鸟落在树枝上的P处，树枝在10 s内上下振动了6次，鸟飞走后，他把50 g的砝码挂在P处，发现树枝在10 s内上下振动了12次.将50 g的砝码换成500 g砝码后，他发现树枝在15 s内上下振动了6次，你估计鸟的质量最接近
A.50 g B.200 g C.500 g D.550 g
（北京2007）19、如图所示的单摆，摆球a向右摆动到最低点时，恰好与一沿水平方向向左运动的粘性小球b发生碰撞，并粘在一起，且摆动平面不便。已知碰撞前a球摆动的最高点与最低点的高度差为h，摆动的周期为T，a球质量是b球质量的5倍，碰撞前a球在最低点的速度是b球速度的一半。则碰撞后
A、摆动的周期为 B、摆动的周期为
C、摆球最高点与最低点的高度差为0.3h
D、摆球最高点与最低点的高度差为0.25h
（北京2008）16.在介质中有一沿水平方向传播的简谐横波。一顶点由平衡位置竖直向上运动，经0.1 s到达最大位移处.在这段时间内波传播了0.5 m。则这列波
A.周期是0.2 s B.波长是0.5 m C.波速是2 m/s D.经1.6 s传播了8 m
（北京2009）17．一简谐机械波沿x轴正方向传播，周期为T，波长为。若在x=0处质点的振动图像如右图所示，则该波在t=T/2时刻的波形曲线为（ ）

(北京2010)17．一列横波沿x轴正向传播，a、b、c、d为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置。某时刻的波形如图1所示，此后，若经过周期开始计时，则图2描述的是
A.a处质点的振动图象 B.b处质点的振动图象
C.c处质点的振动图象 D.d处质点的振动图象

2011各区一模
（朝阳）17．图为一列横波在某时刻的波形图，若此时刻质点P正处于加速运动过程中，则此时刻
O
y/m
x/m
Q
P
N

A．质点Q和质点N均处于加速运动过程中
B．质点Q和质点N均处于减速运动过程中[
C．质点Q处于加速运动过程中，质点N处于减速运动过程中
D．质点Q处于减速运动过程中，质点N处于加速运动过程中
5
0
-5
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
x/m
y/cm
图1
（海淀）15．一列沿x轴传播的简谐横波，t=0时刻的波形如图1中实线所示，t=0.3s时刻的波形为图中虚线所示，则
A．波的传播方向一定向右 B．波的周期可能为0.5s
C．波的频率可能为5.0Hz D．波的传播速度可能为9.0m/s
y/cm
x/cm
o
2 4 6 8 10 12 14
（石景山）15．右图中实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t = 0时刻的波形图，虚线是这列波在t = 0.05 s时刻的波形图。已知该波的波速是80 cm/s，则下列说法中正确的是
A．这列波有可能沿x轴正向传播 B．这列波的波长是 10 cm
C．这列波的周期是 0.15 s D．t = 0.05 s时刻x = 6 cm处的质点正在向下运动
O
y/cm
2
-2
1 2 3 4 5
x/m
a
图1
（怀柔）16．一列简谐横波以10m/s的速度沿x轴正方向传播，t = 0时刻这列波的波形如图1所示。则a质点的振动图象为振动图像中的
t/s
O
0.2
D
O
y/cm
2
-2
0.2
0.4
B



2
4
t/s
C
2
O
y/cm
2
-2
2
4
A
y/cm
-2
0.4
t/s
t/s
O

x
y
0
a
b
λ
图1
t
y
0
T
图2
（西城）18．一简谐机械波沿x轴正方向传播，波长为λ，周期为T。在t=时刻该波的波形图如图1所示，a、b是波上的两个质点。图2表示某一质点的振动图象。下列说法中正确的是（ ）
A．质点a的振动图象如图2所示
B．质点b的振动图象如图2所示
C．t=0时刻质点a的速度比质点b的大
乙
O
y
t
T
甲
O
y
x
P
t=a
D．t=0时刻质点a的加速度比质点b的大
（东城）18．图甲是一列平面简谐横波在t=a (a>0) 时刻的波动图像，波沿x轴正方向传播。图乙是介质中质点P的振动图像，振动周期为T。由图可知，a的最小值是
0.2
O
0.4
5
－5
y/cm
t/s
A． B．T C． D．2T
（丰台）18.一质点以坐标原点O为中心位置在y轴上做简谐振动，其振动图象如图所示，振动在介质中产生的简谐横波沿x轴正方向传播，波速为1.0m/s。此质点振动0.2s后立即停振动，再经过0.1s后的波形图是（ ）
0.2
O
0.4
5
－5
y/cm
x/m
0.2
O
0.4
5
－5
y/cm
0.2
O
0.4
5
－5
y/cm
0.2
O
0.4
5
－5
y/cm
A
B
C
D
x/m
x/m
x/m
（海淀反馈）15．甲、乙两图分别表示一简谐横波在传播方向上相距3.0m的两质点的振动图像，如果波长大于1.5m，则该波的波速大小可能是 （ ）
y/cm

t/s
0.1

0.2
0
3
-3
y/cm

t/s
0.1

0.2
3
0
-3
甲
乙

A．5m/s B．10m/s C．15m/s D．20m/s
（延庆）17. 一列横波从t=0时刻开始，从原点O沿着x轴传播，t=0.6s时刻传至A点，若OA=12m，AB=8m，BC=10m，则下列说法正确的是
A
B
C
O
x/m
y/cm
·
·
·
2
A. 从t=0时刻开始到C点运动以后的时间内， A点的路程总是比C点的路程多18cm
B. 从t=0时刻开始到C点运动以后的时间内，A点的路程总是比B点的路程多8cm
C. t=1.5s时刻C点第一次在波峰
D. t=1s时刻B点的位移是2cm





2011各区期末
乙
t/s
y/cm
0
4
甲

x/m
0

a

y/cm
5

1
2
3
（顺义）6.一列沿x轴传播的简谐横波某时刻的波形图线如图甲所示，若从此时刻开始计时，图乙是a质点的振动图线，则
A．该波沿x轴正方向传播，波速为5m/s
B．该波沿x轴负方向传播，波速为5m/s
C．该波沿x轴正方向传播，波速为1m/s
D．该波沿x轴负方向传播，波速为1m/s
（朝阳）6．一列简谐横波沿x轴负方向传播，a、b为波上的两个质点，某时刻的波形图如图甲所示，从此时刻开始计时，图乙是a、b两个质点中某一质点的振动图像，下列判断正确的是
0
0.10
x/m
y/m
0.20
0.30
0.40
t/s
图甲
图乙
b
a
0
0.10
t/s
y/m
0.20
0.30
0.40

A．波速为1.0m/s，图乙是质点a的振动图像
B．波速为1.0m/s，图乙是质点b的振动图像
C．波速为0.16m/s，图乙是质点a的振动图像[来源:学&科&网Z&X&X&K]
O
y/cm
2
-2
1 2 3 4 5
x/m
a
图5
D．波速为0.16m/s，图乙是质点b的振动图像
（昌平）16．一列简谐横波以10m/s的速度沿x轴正方向传播，t = 0时刻这列波的波形如图5所示。则a质点的振动图象为图6中的

t/s
O
y/cm
2
-2
0.2
0.4
B



2
4
t/s
C
O
y/cm
2
-2
0.2
0.4
t/s
D
O
y/cm
2
-2
2
4
A
t/s
图6
O







（东城）6．图甲表示一列简谐横波在t=20 S时的波形图，图乙是该列波中的质点P的振动图象，由甲、乙两图中所提供的信息可知这列波的传播速度v以及传播方向分别是

A．=25 cm／s，向左传播 B．=50 cm／s，向左传播
C．=25 cm/s，向右传播 D．=50 cm／s，向右传播

（房山）4．如右图所示为一质点做简谐运动的图像，在t1、t2时刻位移大小相等，则这个在质点在t1、t2两时刻①速度相同；②加速度相同；③回复力相同；④势能相同。以上选项中正确的是( )
A．③④ B．②③
C．①④ D．①②
（丰台）8. 一列横波沿x轴传播，图5（甲）为t=0.5s时的波动图像，图5（乙）为介质中质点P的振动图像。对该波的传播方向和传播波速度的说法正确的是
P
(甲)
x/m
1
2
3
4
y/cm
0
0.2
-0.2
(乙)
t/s

0.5

1.0
y/cm
0
0.2
-0.2
图5

A．沿-方向传播， 波速为4.0m/s
B．沿+方向传播，波速为4.0m/s
C．沿-方向传播，波速为8.0m/s
D. 沿+方向传播，波速为8.0m/s


（通州）5．如图甲所示为一单摆及其振动图象，若摆球从E指向G为正方向，由图乙可知，
下列说法中正确的是
A．图中的A点对应着单摆中的E点
B．单摆摆球连续两次经过同一位置时，
加速度的方向发生了改变
C．一周期内，势能增加且速度方向为
正的时间范围是CD时间段
D．该单摆的摆长约为1m
P
A
A
B
C
D
t
x
O
t
x
O
t
x
O
t
x
O
（西城）9．振源A带动细绳上各点上下做简谐运动，t = 0时刻绳上形成的波形如图所示。规定绳上质点向上运动的方向为x轴的正方向，则P点的振动图象是