2022版高考物理一轮复习第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论第2讲机械波课件新人教版

1、第2讲机械波1 知识梳理双基自测1机械波的形成条件机械波的形成条件(1)有发生机械振动的波源。有发生机械振动的波源。(2)有传播介质，如空气、水等。有传播介质，如空气、水等。知识点知识点1 机械波机械波2传播特点传播特点(1)机械波传播的只是振动的机械波传播的只是振动的_和和_，质点只在各自的平，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波衡位置附近做简谐运动，并不随波_。(2)介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与_振动振动周期和频率相同。周期和频率相同。(3)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路

2、程为_，位移，位移为零。为零。形式形式能量能量迁移迁移波源的波源的4a3机械波的分类机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互横波：质点的振动方向与波的传播方向相互_的波，有的波，有_(凸部凸部)和和_(凹部凹部)。(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在纵波：质点的振动方向与波的传播方向在_上的波，上的波，有有_和和_。垂直垂直波峰波峰波谷波谷同一直线同一直线密部密部疏部疏部1横波的图像横波的图像(1)坐标轴：横轴表示各质点的坐标轴：横轴表示各质点的_，纵轴表示该时刻各质，纵轴表示该时刻各质点的点的_。(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开意义：表示在波的传播方向

3、上，某时刻各质点离开_的位移。的位移。(3)图像图像知识点知识点2 横波的图像横波的图像平衡位置平衡位置位移位移平衡位置平衡位置(4)应用应用直接读取直接读取_和和_，以及该时刻各质点的，以及该时刻各质点的_。确定某时刻各质点加速度确定某时刻各质点加速度_，并能比较大小。，并能比较大小。结合波的传播方向可确定各质点的结合波的传播方向可确定各质点的_或由各质点的振或由各质点的振动方向确定波的动方向确定波的_。振幅振幅a波长波长位移位移方向方向振动方向振动方向传播方向传播方向2波长、波速、频率及其关系波长、波速、频率及其关系(1)波长波长：在波动中，振动相位总是：在波动中，振动相位总是_的两个相邻

4、质点间的距的两个相邻质点间的距离。离。(2)波速波速v：波在介质中的传播速度，由：波在介质中的传播速度，由_本身的性质决定。本身的性质决定。(3)频率频率f：由波源决定，等于波源的：由波源决定，等于波源的_。(4)波长、波速和频率的关系波长、波速和频率的关系v_；v_。相同相同介质介质振动频率振动频率f1波的叠加：波的叠加：观察两列波的叠加过程可知：几列波相遇时，每观察两列波的叠加过程可知：几列波相遇时，每列 波 都 能 够 保 持 各 自 的 状 态 继 续 传 播 而 不列 波 都 能 够 保 持 各 自 的 状 态 继 续 传 播 而 不_，只是在重叠的区域里，质点同时参与这，只是在重叠

5、的区域里，质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的播时引起的_。知识点知识点3 波特有的现象波特有的现象互相干扰互相干扰位移的矢量和位移的矢量和2波的干涉和衍射：波的干涉和衍射：注意：注意：发生衍射是无条件的，发生明显衍射是有条件的发生衍射是无条件的，发生明显衍射是有条件的。波的干涉波的干涉波的衍射波的衍射条件条件 两列波的频率必须两列波的频率必须_明显条件：障碍物或孔的明显条件：障碍物或孔的_比波长小或相差不多比波长小或相差不多现象现象形成加强区和减弱区相互隔形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的开的稳定的_波能够波能够

6、_或孔继或孔继续向前传播续向前传播相同相同尺寸尺寸干涉图样干涉图样绕过障碍物绕过障碍物3多普勒效应：多普勒效应：(1)定义：由于波源和观察者之间有定义：由于波源和观察者之间有_，使观察者感受到，使观察者感受到波的频率波的频率_的现象。的现象。(2)实质：声源频率实质：声源频率_，观察者接收到的频率，观察者接收到的频率_。(3)规律：规律：波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的_；波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的_；波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率_波

7、源波源的频率的频率。相对运动相对运动发生变化发生变化不变不变发生变化发生变化频率增大频率增大频率减小频率减小等于等于一、堵点疏通一、堵点疏通1在水平方向传播的波为横波。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。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。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就是振幅的机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。倍。()6波速表示介质中质点振

8、动的快慢。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。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一切波都能发生衍射现象。现象。()9多普勒效应说明波源的频率发生变化。多普勒效应说明波源的频率发生变化。()二、对点激活二、对点激活1(多选多选)关于机械振动与机械波下列说法正确的是关于机械振动与机械波下列说法正确的是()a机械波的频率等于振源的振动频率机械波的频率等于振源的振动频率b机械波的传播速度与振源的振动速度相等机械波的传播速度与振源的振动速度相等c机械波在介质中传播的速度由介质本身决定机械波在介质中传播的速度由介质本身决定d在一个周期内，沿

9、着波的传播方向，振动在介质中传播一个波在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离长的距离e质点振动的方向总是垂直于波传播的方向质点振动的方向总是垂直于波传播的方向acd2(多选多选)如图所示，列车上安装一个声源，发出一定频率的乐音。如图所示，列车上安装一个声源，发出一定频率的乐音。当列车与观察者都静止时，观察者记住了这个乐音的音调。在以下情况当列车与观察者都静止时，观察者记住了这个乐音的音调。在以下情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是中，观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是()a观察者静止，列车向他驶来观察者静止，列车向他驶来b观察者静止，列车离他驶去观察者静止

10、，列车离他驶去c列车静止，观察者靠近列车列车静止，观察者靠近列车d列车静止，观察者远离列车列车静止，观察者远离列车bd解析解析根据多普勒效应，当观察者与声源相互靠近时，观察者接根据多普勒效应，当观察者与声源相互靠近时，观察者接收到的频率大于声源发出的频率；当观察者与声源相互远离时，观察者收到的频率大于声源发出的频率；当观察者与声源相互远离时，观察者接收到的频率小于声源发出的频率，故接收到的频率小于声源发出的频率，故a、c错误，错误，b、d正确。正确。3(多选多选)一列沿一列沿x轴方向传播的简谐机械横波，波速为轴方向传播的简谐机械横波，波速为 2.0 m/s。某。某时刻的波形如图所示，下列说法正

11、确的是时刻的波形如图所示，下列说法正确的是()a这列波的周期为这列波的周期为5.0 sb此时此时x4 m处的质点加速度达到最大值处的质点加速度达到最大值c此时此时x6 m处的质点一定沿处的质点一定沿y轴正方向振动轴正方向振动d从此时起再经从此时起再经6 s，x8 m处的质点的处的质点的位移位移为为5 cme质点质点p的加速度方向与相对平衡位置的位移方向相反的加速度方向与相对平衡位置的位移方向相反bde2 核心考点重点突破考点一考点一机械波的传播与图像机械波的传播与图像3波的传播方向与质点的振动方向的判断方法波的传播方向与质点的振动方向的判断方法(2019北京，北京，13)一列简谐横波某时刻的波

12、形如图所示，比较一列简谐横波某时刻的波形如图所示，比较介质中的三个质点介质中的三个质点a、b、c，则则()a此刻此刻a的加速度最小的加速度最小b此刻此刻b的速度最小的速度最小c若波沿若波沿x轴正方向传播，此刻轴正方向传播，此刻b向向y轴正方轴正方向向运动运动d若波沿若波沿x轴负方向传播，轴负方向传播，a比比c先回到平衡位置先回到平衡位置例例1c变式训练变式训练1(2020浙江选考浙江选考)(多选多选)如图所示，两种不同材料的弹如图所示，两种不同材料的弹性细绳在性细绳在o处连接，处连接，m、o和和n是该绳上的三个点，是该绳上的三个点，om间距离为间距离为7.0 m，on间距离为间距离为5.0 m

13、。o点上下振动，则形成以点上下振动，则形成以o点为波源向左和向右传播点为波源向左和向右传播的简谐横波的简谐横波和和，其中波，其中波的波速为的波速为1.0 m/s。t0时刻时刻o点处在波谷点处在波谷位置，观察发现位置，观察发现5 s后此波谷传到后此波谷传到m点，此时点，此时o点正通过平衡位置向上运点正通过平衡位置向上运动，动，om间还有一个波谷。则间还有一个波谷。则()a波波的波长为的波长为4 mbn点的振动周期为点的振动周期为4 sct3 s时，时，n点恰好处于波谷点恰好处于波谷d当当m点处于波峰时，点处于波峰时，n点也一定处于点也一定处于波峰波峰bd两种图像的比较两种图像的比较考点二考点二波

14、动图像与振动图像综合波动图像与振动图像综合图像类型图像类型振动图像振动图像波的图像波的图像研究对象研究对象某一振动质点某一振动质点沿波传播方向沿波传播方向上的所有质点上的所有质点研究内容研究内容某一质点的位移随时间变化某一质点的位移随时间变化规律规律某时刻所有质点的空间分布某时刻所有质点的空间分布规律规律图像类型图像类型振动图像振动图像波的图像波的图像图像信息图像信息(1)质点振动周期质点振动周期(2)质点振幅质点振幅(3)各时刻质点位移各时刻质点位移(4)各时刻速度、加速各时刻速度、加速度方向度方向(1)波长、振幅波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质

15、点在该时刻加速度方任意一质点在该时刻加速度方向向(4)传播方向、振动方向的互判传播方向、振动方向的互判形象比喻形象比喻记录着一个人一段时间记录着一个人一段时间内活动的录像带内活动的录像带记录着许多人某时刻动作、表情记录着许多人某时刻动作、表情的集体照片的集体照片图像变化图像变化随时间推移，图像延续，随时间推移，图像延续，但已有形状不变但已有形状不变随时间推移，图像沿传播方向平随时间推移，图像沿传播方向平移移一完整曲线占一完整曲线占横坐标距离横坐标距离表示一个周期表示一个周期表示一个波长表示一个波长例例2 a质点质点q的振动图像与图的振动图像与图(b)相同相同b在在t0时刻，质点时刻，质点p的速

16、率比质点的速率比质点q的大的大c在在t0时刻，质点时刻，质点p的加速度的大小比质点的加速度的大小比质点q的大的大d平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图(b)所示所示e在在t0时刻，质点时刻，质点p与其平衡位置的距离比质点与其平衡位置的距离比质点q的大的大答案答案cde1造成波动问题多解的主要因素造成波动问题多解的主要因素(1)周期性周期性时间周期性：时间间隔时间周期性：时间间隔t与周期与周期t的关系不明确。的关系不明确。空间周期性：波传播距离空间周期性：波传播距离x与波长与波长的关系不明确。的关系不明确。考点三考点三波的多解问题波的多解问题(2)双向性双

17、向性传播方向双向性：波的传播方向不确定。传播方向双向性：波的传播方向不确定。振动方向双向性：质点振动方向不确定。振动方向双向性：质点振动方向不确定。如：如：a.质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能。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质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下(或向左、或向左、向右向右)两种可能。两种可能。c只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能，即沿能，即沿x轴正方向或沿轴正方向或沿x轴负方向传播。轴负方向传播。 d只给出两

18、时刻的波形，则有多次重复出现的可能只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能。(3)波形的隐含性形成多解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，而其余信息均处于隐含状态。这样，波形就有多种情况，形成波动点，而其余信息均处于隐含状态。这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性。问题的多解性。2解决波的多解问题的思路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的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的关系关系t或或x，若此关系为时间，则，若此关系为时

19、间，则tntt(n0,1,2，)，若此关系，若此关系为距离，则为距离，则xnx(n0,1,2，)。(多选多选)一列简谐横波沿一列简谐横波沿x轴正方向传播，轴正方向传播，t时刻波形图如图中时刻波形图如图中的实线所示，此时波刚好传到的实线所示，此时波刚好传到p点，点，t0.6 s时刻的波形如图中的虚线所时刻的波形如图中的虚线所示，示，a、b、c、p、q是介质中的质点。下列说法正确的是是介质中的质点。下列说法正确的是()a这列波的波速可能为这列波的波速可能为50 m/sb质点质点a在这段时间内通过的路程一定小于在这段时间内通过的路程一定小于30 cmc质点质点c在这段时间内通过的路程可能为在这段时间

20、内通过的路程可能为60 cmd若周期若周期t0.8 s，则在，则在t0.5 s时刻时刻，质点质点b、p的位移相同的位移相同e若若t0.8 s，从，从(t0.4) s时刻开始时刻开始计计时时，则质点，则质点c的振动方程为的振动方程为x0.1sin(t)m例例3 acd解题的一般思路有如下情况：解题的一般思路有如下情况：(1)波的空间周期性。在波的传播方向上，相距为波长整数倍的多个波的空间周期性。在波的传播方向上，相距为波长整数倍的多个不同质点的振动情况完全相同，它们之间的距离为波长的整数倍。不同质点的振动情况完全相同，它们之间的距离为波长的整数倍。(2)波的时间周期性。由波的特性可知，波在波的时

21、间周期性。由波的特性可知，波在tnt时间内，向外传时间内，向外传播播xn的距离，所以经过整数倍周期时，其波形图线完全相同。的距离，所以经过整数倍周期时，其波形图线完全相同。(3)波的双向性。若题中没有已知波的传播方向，也无法由题意确定波的双向性。若题中没有已知波的传播方向，也无法由题意确定波的传播方向，则在解题时要注意考虑波的传播方向的不确定性。波的传播方向，则在解题时要注意考虑波的传播方向的不确定性。波的多解问题的求解波的多解问题的求解方法技巧方法技巧bc波的干涉中振动加强点和减弱点的判断波的干涉中振动加强点和减弱点的判断(1)图像法：在某时刻的波形图上，波峰与波峰图像法：在某时刻的波形图上

22、，波峰与波峰(或波谷与波谷或波谷与波谷)的交的交点，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而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱弱点各自连接而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，这就是干涉图样，加强点与减弱点之间各质点的线，两种线互相间隔，这就是干涉图样，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。振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。考点四考点四波的干涉、衍射、多普勒效应波的干涉、衍射、多普勒效应例例4 acd解析解析本题考查波的叠加问题。图中

23、本题考查波的叠加问题。图中a点为波谷与波谷相遇，点为波谷与波谷相遇，b点点为波峰与波峰相遇，为波峰与波峰相遇，a、b两点速度均为零，两点速度均为零，a、b连线中点质点在平衡位连线中点质点在平衡位置振动速度最大，在置振动速度最大，在a、b连线上为振动加强区，振动始终加强，每个点连线上为振动加强区，振动始终加强，每个点的振幅都为的振幅都为2a，c、d两点振动始终减弱，振幅为零，即质点静止，故两点振动始终减弱，振幅为零，即质点静止，故b、e错误，错误，a、c、d正确。正确。波的叠加满足矢量法则，当振动情况相同则相加，振动情况相反则波的叠加满足矢量法则，当振动情况相同则相加，振动情况相反则相减，且两列

24、波互不干扰。例如当该波的波峰与波峰相遇时，此处相对相减，且两列波互不干扰。例如当该波的波峰与波峰相遇时，此处相对平衡位置的位移为振幅的二倍；当波峰与波谷相遇时此处的位移为零。平衡位置的位移为振幅的二倍；当波峰与波谷相遇时此处的位移为零。判断振动加强或减弱的条件：振幅最大的点为振动加强点，振幅最小的判断振动加强或减弱的条件：振幅最大的点为振动加强点，振幅最小的点为振动减弱点。需要特别指出的是：点为振动减弱点。需要特别指出的是：(1)振动加强点的振幅一定大于振振动加强点的振幅一定大于振动减弱点的振幅；动减弱点的振幅；(2)振动加强点的位移不一定大于振动减弱点的位移。振动加强点的位移不一定大于振动减

25、弱点的位移。本题在判断振动位置及振动速度大小时容易出错。本题在判断振动位置及振动速度大小时容易出错。对振动加强、减弱理解不透彻引起错解对振动加强、减弱理解不透彻引起错解易错分析易错分析变式训练变式训练4如图如图(a)所示，在所示，在xy平面内有两个沿垂直于纸面方向平面内有两个沿垂直于纸面方向做简谐振动的点波源做简谐振动的点波源s1(0,4)和和s2(0，2)。两波源的振动图线分别如图。两波源的振动图线分别如图(b)和图和图(c)所示。两列波的波速均为所示。两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点。两列波从波源传播到点a(8，2)的路程差为的路程差为_m，两列波引起的点，两列波引起

26、的点b(4,1)处质点的振动相互处质点的振动相互_(填填“加强加强”或或“减弱减弱”)，点，点c(0,0.5)处质点的振动相互处质点的振动相互_(填填“加强加强”或或“减弱减弱”)。2减弱减弱加强加强图图(a) 图图(b)图图(c) 3 2年高考1年模拟d2(2020全国全国理综理综34(1)如图，一列简谐横波平行于如图，一列简谐横波平行于x轴传播，轴传播，图中的实线和虚线分别为图中的实线和虚线分别为t0和和t0.1 s时的波形图。已知平衡位置在时的波形图。已知平衡位置在x6 m处的质点，在处的质点，在0到到0.1 s时间内运动方向不变。这列简谐波的周期为时间内运动方向不变。这列简谐波的周期为_s，波速为，波速为_m/s，传播方向沿，传播方向沿x轴轴_(填填“正方向正方向”或或“负方向负方向”)。0.410负方向负方向3(1)(2020全国全国理综理综34(1)(多选多选)在下列现象