2025年高考物理一轮总复习课件 第8章 第21讲 机械波

第八章机械振动机械波第21讲机械波知识梳理·易错辨析核心考点·重点突破提能训练练案[38]知识梳理·易错辨析一、机械波1．机械波的形成条件(1)有发生机械振动的波源。(2)有传播介质，如空气、水等。2．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_______的波，有_______(凸部)和_______(凹部)。(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在___________上的波，有_______和_______。垂直波峰波谷同一直线密部疏部二、横波的图像1．横波的图像(1)坐标轴：横轴表示各质点的___________，纵轴表示该时刻各质点的_______。(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开___________的位移。(3)图像平衡位置位移平衡位置(4)应用①直接读取_________和_________，以及该时刻各质点的______。②确定某时刻各质点加速度_______，并能比较大小。③结合波的传播方向可确定各质点的___________或由各质点的振动方向确定波的___________。振幅A波长λ位移方向振动方向传播方向2．波长、波速、频率及其关系(1)波长λ：在波动中，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。(3)频率f：由波源决定，等于波源的___________。(4)波长、波速和频率的关系①v＝_______；②v＝______。相同介质振动频率λf三、波特有的现象1．波的叠加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_________，只是在重叠的区域里，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播时引起的_____________。互相干扰位移的矢量和2．波的干涉和衍射

波的干涉波的衍射条件两列波的频率必须_______明显条件：障碍物或孔的_______比波长小或相差不多现象形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的___________波能够_____________或孔继续向前传播相同干涉图样尺寸绕过障碍物3.多普勒效应(1)定义：由于波源和观察者之间有___________，使观察者感受到波的频率___________的现象。(2)实质：波源频率_______，观察者接收到的频率___________。(3)规律①波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的___________；②波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的___________；③波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率_______波源的频率。相对运动发生变化不变发生变化频率增大频率减小等于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就是振幅的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。(

)×√×√×××√×核心考点·重点突破1机械波的传播与图像(能力考点·深度研析)1．波在传播过程中的特点(1)介质中各质点并不随波迁移，只是传递振动形式，并伴随着能量和信息的传播。(2)波从一种介质进入另一种介质，频率不变，波速和波长改变。(4)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向，各质点的起振方向与波源的起振方向相同。(5)后面质点的振动状态落后于先振动的质点，每隔一个波长，振动落后一个周期。2．波的图像特点(1)质点振动nT(波传播nλ)时，波形不变。3．波的传播方向与质点的振动方向的判断方法

内容图像上下坡法沿波的传播方向，上坡时质点向下振动，下坡时质点向上振动同侧法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧微平移法将波形图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定►考向1机械波的形成与传播规律(2021·全国甲卷)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＝16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v＝20cm/s，波长大于20cm，振幅为y＝1cm，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＝0.6s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。[解析]

(1)t1时刻质点A位于波峰，波长λ>20cm，xAB<λ，则t1时刻后质点B第一次到达波峰时，波传播的距离为xAB＝16cm，解得t＝0.8s。(2)由题意知，该波的传播周期T＝2Δt＝1.2s，则波长λ＝vT，可得λ＝24cm，质点B位于x＝16cm处，t1时刻的波形图如图所示，[答案]

(1)0.8s

(2)－0.5cm►考向2波动图像(多选)(2023·天津卷)一列机械波的波源是坐标轴原点，从t＝0时波源开始振动，t＝0.5s时波形如图，则下列说法正确的有()A．在这种介质中波速v＝4m/sB．x＝1m处质点在t＝0.3s时位于波谷C．波源振动方程y＝0.02sin(5πt＋π)mD．x＝－1m处质点半个周期内向左平移半个波长BC【跟踪训练】(波的图像)(多选)B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射。探头接收到的超声波信号形成B超图像。如图为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像，t＝0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为1×107Hz，下列说法正确的是()ACD(波的传播)(多选)如图所示，波源O从平衡位置开始竖直向上振动，产生的简谐波向左、右两个方向传播，波速均为v＝50m/s。经过一段时间后，A、B两点开始振动，已知OA＝1.5m，OB＝3.25m，波的振动频率为f＝50Hz，则下列说法正确的是()A.波的周期为0.01sB．波的波长为1mC．A、B两点的起振方向均竖直向上D．当质点B开始振动时，质点A已振动了2个周期BC2波动图像与振动图像综合(能力考点·深度研析)两种图像的比较图像类型振动图像波的图像研究对象某一振动质点沿波传播方向上的所有质点研究内容某一质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图像类型振动图像波的图像图像物理意义表示某质点各个时刻的位移表示某时刻各质点的位移图像类型振动图像波的图像图像信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)各时刻质点位移(4)各时刻速度、加速度方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图像类型振动图像波的图像形象比喻记录着一个人一段时间内活动的录像带记录着许多人某时刻动作、表情的集体照片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，图像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(多选)(2023·全国乙卷)一列简谐横波沿x轴传播，图(a)是t＝0时刻的波形图；P是介质中位于x＝2m处的质点，其振动图像如图(b)所示。下列说法正确的是()A．波速为2m/sB．波向左传播C．波的振幅是10cmD．x＝3m处的质点在t＝7s时位于平衡位置ABE三步求解波的图像与振动图像综合问题【跟踪训练】(多选)(2022·山东卷)一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如下图所示。当t＝7s时，简谐波的波动图像可能正确的是()AC3波的多解问题(能力考点·深度研析)造成波动问题多解的主要因素1．周期性(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。3．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。►考向1波传播的双向性和时间周期性引起的多解问题[答案]

答案见解析解决波的多解问题的一般思路(1)首先找出造成多解的原因，比如考虑传播方向的双向性，可先假设波向右传播，再假设波向左传播，分别进行分析。(2)根据周期性列式，若题目给出的是时间条件，则列出t＝nT＋Δt(n＝0,1,2，…)；若给出的是距离条件，则列出x＝nλ＋Δx(n＝0,1,2，…)进行求解。►考向2

空间周期性引起的多解问题(2023·海南卷)下面左右两图分别是一列机械波在传播方向上相距6m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5sB．该波的波速是3m/sC．4s时P质点向上振动D．4s时Q质点向上振动C(基础考点·自主探究)1．波的干涉中振动加强点和减弱点的判断(1)根据干涉图样判断①波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点；②波峰与波谷的交点一定是减弱点。4波的干涉、衍射、多普勒效应(2)根据路程差判断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路程差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．对波的衍射的理解(1)衍射是否明显，要看孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的比值，比值越小，衍射现象相对越明显。(2)任何时候都会产生衍射现象，只有明显和不明显的差异。当衍射现象弱时，可认为波沿直线传播。3．多普勒效应的成因与判断(2)判断方法：当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，相互远离时，接收到的频率变小。【跟踪训练】(波的叠加)(2023·湖南卷)如图(a)，在均匀介质中有A、B、C和D四点，其中A、B、C三点位于同一直线上，AC＝BC＝4m，DC＝3m，DC垂直AB。t＝0时，位于A、B、C处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图(b)所示，振动方向与平面ABD垂直，已知波长为4m。下列说法正确的是(

)CA．这三列波的波速均为2m/sB．t＝2s时，D处的质点开始振动C．t＝4.5s时，D处的质点向y轴负方向运动D．t＝6s时，D处的质点与平衡位置的距离是6cmD处的质点向y轴负方向运动，C正确；t＝6s时，波源C处的横波传播到D处后振动时间为t2＝t－tC＝3s，由振动图像可知此时D处为波源C处传播横波的波谷；t＝6s时，波源A、B处的横波传播到D处后振动时间为t3＝t－tAB＝1s，由振动图像可知此时D处为波源A、B处传播横波的波峰。根据波的叠加原理可知此时D处质点的位移为y＝2A－A＝2cm，故t＝6s时，D处的质点与平衡位置的距离是2cm，D错误。故选C。(波的干涉)(2023·浙江卷)如图所示，置于管口T前的声源发出一列单一频率声波，分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O。先调节A、B两管等长，O处探测到声波强度为400个单位，然后将A管拉长d＝15cm，在O处第一次探测到声波强度最小，其强度为100个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比，不计声波在管道中传播的能量损失，则(

)A．声波的波长λ＝15cmB．声波的波长λ＝30cmC．两声波的振幅之比为3∶1D．两声波的振幅之比为2∶1C(波的干涉图样)(多选)两列频率相同、振幅分别为5cm和7cm的横波发生干涉时，某一时刻的图样如图所示，实线表示波峰，虚线表示波谷，下列关于K、M、N三点的说法正确的是()A．质点K为振动减弱的点B．经过一段时间，质点M、N的位移大小可能相等C．质点N的振幅为2cmBCD(波的衍射)如图所示，正中心O点是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻相邻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波