2024版高考物理一轮总复习专题十二机械振动光学第2讲机械波及其图像课件

第2讲机械波及其图像一、机械波1.形成条件：有发生机械振动的________；有传播________，如空气、水等.

2.传播特点：传播振动形式、传递________、传递信息；质点不随波迁移.

3.分类：横波，振动方向与传播方向________；纵波，振动方向与传播方向在同一直线上.

波源

介质

能量

垂直

相同

波源

介质

三、机械波的图像1.图像：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的________，用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的________，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图像，简谐波的图像是正弦(或余弦)曲线.

2.物理意义：某一时刻介质中各质点相对________的位移.

平衡位置

位移

平衡位置

四、波的衍射和干涉1.波的衍射定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象.2.发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长________，或者________时，才会发生明显的衍射现象.

3.波的叠加原理：几列波相遇时能保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的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播时引起的位移的矢量和.相差不多

小于波长

4.波的干涉.①定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动________、某些区域的振动________，这种现象叫作波的干涉.

②条件：两列波的频率相同.5.干涉和衍射是波特有的现象，波同时还可以发生反射、折射.五、多普勒效应由于波源与观察者互相________或者互相______时，接收到的波的________与波源频率不相等的现象.

加强

减弱

靠近

远离

频率

(1)在波的传播方向上各质点起振的方向与波源的起振方向相同.(2)已经形成的波跟波源无关，即使波源停止振动，波仍然继续向前传播.(3)发生衍射是无条件的，发生明显衍射是有条件的.1.[简谐振动和简谐波](多选)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B.机械波的传播速度与振源的振动速度相等C.质点振动的方向总是垂直于波传播的方向D.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【答案】AD2.[波的图像](多选)如图所示为一横波在某时刻的波形图，已知质点F此时运动方向向下，则(

)A.波向左传播B.质点H与质点F的运动方向相同C.质点C比质点B先回到平衡位置D.此时质点C的加速度为零【答案】AC3.[波形图](多选)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(

)A.质点P此时刻的速度沿x轴的正方向B.质点P此时刻的加速度沿y轴的正方向C.再过半个周期时，质点P的位移为负值D.经过一个周期，质点P通过的路程为4A【答案】CD

【解析】波沿x轴正方向传播，波形向右平移，可知P点正沿y轴正方向运动，A错误；加速度总是与位移方向相反，所以加速度沿y轴的负方向，B错误；再过半个周期时P点运动到关于x轴对称的位置，位移为负值，C正确；经过一个周期，质点通过的路程都为4A，D正确.4.[波的衍射](多选)关于机械波的特性，下列说法正确的是(

)A.只有波长比障碍物的尺寸小或相差不多的时候才会发生明显的衍射现象B.火车鸣笛时向我们驶来，听到的笛声频率将比声源发出的频率高C.向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血液的速度，这种方法应用的是多普勒效应D.只要是性质相同的波，都可以发生干涉【答案】BC

【解析】只有障碍物的尺寸比波长小或相差不多的时候才会发生明显的衍射现象，A错误；根据多普勒效应，火车鸣笛时向我们驶来，听到的笛声频率将比声源发出的频率高，B正确；向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血液的速度，这种方法应用的是多普勒效应，C正确；只有在同一介质中传播的频率相同的同类波，才能发生干涉，D错误.考点1波的形成与传播[能力考点]1.波的传播方向与质点振动方向的互判方法(1)已知波的传播方向和某时刻的图像判断各质点的振动方向.图像方法

微平移法：沿波的传播方向将波的图像进行一段微小平移，然后由两条波形曲线来判断.如图A→A'，B→B'，C→C'，故A、C处质点向下振动，B处质点向上振动图像方法

上下坡法：沿传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向上振动，即“上坡下、下坡上”.如图所示，向右看，A、C“下坡”，向上振动，B“上坡”，向下振动

同侧法：质点的振动方向与波的传播方向在波的图像的同一侧，如图所示

逆向描迹法：逆着传播方向用铅笔描波形曲线，笔头向上动，质点向上振动，笔头向下动，质点向下振动(2)当已知质点振动方向判断波的传播方向时，仍应用上述方法，只不过是上述方法的逆向思维.2.由t时刻的波形确定t＋Δt时刻的波形

【答案】4

0.5向下运动

1.(2022年广东卷)如图所示，某同学握住软绳的一端周期性上下抖动，在绳上激发了一列简谐波.从图示时刻开始计时，经过半个周期，绳上M处的质点将运动至__________(填“N”“P”或“Q”)处.加快抖动，波的频率增大，波速__________(填“增大”“减小”或“不变”).

【答案】P不变【解析】经过半个周期，波向右传播半个波长，而M点只在平衡位置附近上下振动，恰好运动到最低点P点.波速是由介质决定的，与频率无关，波的频率增大，而波速度仍保持不变.2.(2021年全国乙卷)如图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线.经过0.3s后，其波形图曲线如图中虚线所示.已知该波的周期大于0.3s.若波是沿x轴正方向传播的，则该波的速度大小为________m/s，周期为________s；若波是沿x轴负方向传播的，该波的周期为________s.

【答案】0.5

0.4

1.2

考点2

振动图像与波动图像的综合应用[能力考点]对比项振动图像波动图像对象某质点传播方向的所有质点研究内容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像

物理意义同一质点在各时刻的位移某时刻各质点的位移对比项振动图像波动图像图像信息①振动周期、振幅②某一质点在各时刻的位移③各时刻速度、加速度的方向①波长、振幅②该时刻任意质点的位移和加速度方向③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，波形沿传播方向平移周期曲线的横轴长表示一个时间周期表示一个波长例2

(2021年湖南卷)(多选)均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播，波面为圆.t＝0时刻，波面分布如图甲所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷.A处质点的振动图像如图乙所示，z轴正方向竖直向上.下列说法正确的是(

)A.该波从A点传播到B点，所需时间为4sB.t＝6s时，B处质点位于波峰C.t＝8s时，C处质点振动速度方向竖直向上D.t＝10s时，D处质点所受回复力方向竖直向上【答案】AC

甲

乙

1.(2021年山东卷)(多选)一列简谐横波沿x轴传播，如图所示，实线为t1＝2s时的波形图，虚线为t2＝5s时的波形图.以下关于平衡位置在O处质点的振动图像，可能正确的是(

)ABCD【答案】AC

2.(2022年惠州模拟)图甲为某列简谐横波在t＝0时刻的波形图，a、b、c、d是橫波上的四个质点，图乙是横波上质点b的振动图像，四个质点中加速度最大的是________点，0~0.5s振动路程最大的是________点.

【答案】a

c

考点3

波的干涉、多普勒效应[基础考点]1.波的干涉现象中振动加强点、减弱点的两种判断方法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整波的个数.(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3

(2022年全国卷)介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源S1和S2，二者做简谐运动的振幅相等，周期均为0.8s，当S1过平衡位置向上运动时，S2也过平衡位置向上运动.若波速为5m/s，则由S1和S2发出的简谐横波的波长均为________m.P为波源平衡位置所在水平面上的一点，与S1、S2平衡位置的距离均为10m，则两波在P点引起的振动总是相互________(填“加强”或“削弱”)的；当S1恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P处的质点________(填“向上”或“向下”)运动.

【答案】4加强向下1.(2021年浙江卷)两列频率、振幅均相同的简谐波Ⅰ和Ⅱ分别从绳子的两端持续相向传播，在相遇区域发生了干涉，在相距0.48m的A、B间用频闪相机连续拍摄，依次获得1、2、3、4、5五个波形，如图所示，且1和5是同一振动周期内绳上各点位移都达到最大值时拍摄的波形.已知频闪时间间隔为0.12s，下列说法正确的是(

)A.简谐波Ⅰ和Ⅱ的波长均为0.24mB.简谐波Ⅰ和Ⅱ的周期均为0.48sC.绳上各点均做振幅相同的简谐运动D.两波源到A点和C点的路程差之差的绝对值是0.48m【答案】D

2.(2022年广州培正中学模拟)高铁进站过