《高考备考指南 物理 》课件-第2讲　机械波及图像

机械振动和光学第十二章

第2讲机械波及图像(本讲对应系统用书P258)栏目导航01知识

梳理查漏02题点

各个击破03配套训练知识梳理查漏1知识一

机械波的形成、传播与描述1.定义：机械振动在________中传播，形成机械波.

2.形成条件(1)有________.

(2)有介质，如空气、水、绳子等.介质波源3.传播特点(1)传播波源的振动形式、能量和信息.(2)质点不随波迁移.(3)介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源________.

相同4.机械波的分类分类质点振动方向和波的传播方向的关系形状举例横波垂直凹凸相间，有波峰、波谷绳波等纵波在同一条直线上疏密相间，有密部、疏部弹簧波、声波等

相同无关【自测1】(2023年新课标卷)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()A.波速和波长均不同 B.频率和波速均不同C.波长和周期均不同

D.周期和频率均不同【解析】声波的周期和频率由振源决定，故声波在空气中和在水中传播的周期和频率均相同，但声波在空气和水中传播的波速不同.根据波速与波长关系v=λf可知，波长也不同，A正确，B、C、D错误.A知识二

简谐横波的图像1.坐标轴的意义横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的___________，纵坐标y表示该时刻各个质点偏离平衡位置的________.

2.图像特点简谐波的波形曲线是______(或余弦)曲线.

正弦平衡位置位移3.横波图像的理解(1)波的图像形象直观地揭示了较为抽象的波动规律.波的图像表示在波的传播方向上介质中大量质点在同一时刻相对平衡位置的位移，波动图像一般随时间的延续而变化(Δt=kT时，波形不变，k为整数).(2)从图像可获取的信息有：①该时刻各质点的振动位移；②振幅A和波长；③若已知波的传播方向，由图像可知各质点的振动方向；若已知某质点此时刻的振动方向，由图像可知波的传播方向.【自测2】在均匀介质中，一列沿x轴正向传播的横波，其波源O在第一个周期内的振动图像如右图所示.则该波在第一个周期末的波形图是()【解析】由振动图像可知，在t=T时波源O的振动方向向下.再结合波形可知形成的波动图像为图D.D知识三

波的特有现象1.波的干涉和衍射项目波的干涉波的衍射条件两列波的频率必须_____明显条件：障碍物或孔的尺寸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___________波能够绕过障碍物或孔继续向前传播注意(1)振动加强和减弱区域不变(2)加强和减弱的是振幅，而不是位移(3)干涉现象出现是有条件的(1)衍射不需要条件，明显衍射才需要(2)障碍物或孔本身不一定很小，只是与______相比小

相同干涉图样波长2.多普勒效应【自测3】(2023年广东卷)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物.声波在水中传播速度为1500m/s，若探测器发出频率为1.5×106Hz的声波，下列说法正确的是()A.两列声波相遇时一定会发生干涉B.声波从水中传播到空气中，波长会改变C.该声波遇到尺寸约为1m的被探测物时会发生明显衍射D.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无关B

题点各个击破2命题点一波的图像和传播［自修掌握类］1.波的传播方向与质点的振动方向的互判方法项目内容图像“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2.由t时刻的波形推断t+Δt时刻的波形

向下运动40.5

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”).

【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.不变P

2.下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T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，则该波的周期为________s.

0.5

0.4

1.2

3.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.

(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.

命题点二振动图像和波动图像的综合运用［师生共研类］振动图像与波动图像比较类型振动图像波动图像研究对象一振动质点沿波传播方向的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像类型振动图像波动图像物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图像信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任一质点在该时刻的位移(3)任一质点在该时刻的加速度方向(4)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一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长例2

(多选)(2023年全国乙卷)一列简谐横波沿x轴传播，图甲是t=0时刻的波形图.P是介质中位于x=2m处的质点，其振动图像如图乙所示.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E.质点P在0~7s时间内运动的路程为70cmABE

1.(2020年北京卷)一列简谐横波某时刻波形如图甲所示.由该时刻开始计时，质点L的振动情况如图乙所示.则下面说法正确的是()A.该横波沿x轴负方向传播B.该时刻质点N向y轴负方向运动C.质点L经半个周期将沿x轴正方向移动D.该时刻质点K与M的速度、加速度都相同B【解析】由图乙可知质点L的振动情况，该时刻质点L向y轴正方向振动.根据上下坡法或者平移法可知，该横波沿x轴正方向传播，该时刻质点N向y轴负方向运动，A错误，B正确.质点L只在平衡位置附近y轴方向上、下振动，波传播时，质点不会沿x轴正方向移动，C错误.该时刻质点K与M的速度为零，质点K的加速度为-y方向，质点M的加速度为+y方向，D错误.2.(多选)(2022年天津名校模拟)一列简谐横波沿x轴正方向传播，当t=2s时波形如图甲所示，此时波恰好传到平衡位置在x=6m处的M质点.N为平衡位置在x=11m处的质点，图乙为该简谐横波波源的振动图像.则下列说法正确的是()A.该列波的波速为1m/sB.质点N的起振方向沿y轴负方向C.当t=2.5s时，质点M的速度方向与加速度方向相同D.当t=8s时，质点N第一次到达波峰AD

命题点三机械波的多解问题［师生共研类］造成波动问题多解的主要因素例3有一列沿水平绳传播的简谐横波，频率为10Hz，质点振动方向沿竖直方向.当绳上的质点P到达其平衡位置且向下运动时，在其平衡位置右方相距0.6m处的质点Q刚好到达最高点.由此可知波速和传播方向不可能的是()A.4.8m/s，向右传播 B.8m/s，向左传播C.24m/s，向右传播

D.24m/s，向左传播D

1.(多选)简谐横波在均匀介质中沿直线传播，P、Q是传播方向上相距10m的两质点，波先传到P.当波传到Q开始计时，P、Q两质点的振动图像如图所示.则()A.质点Q开始振动的方向沿y轴正方向B.该波从P传到Q的时间可能为7sC.该波的传播速度可能为2m/sD.该波的波长可能为6mAD

2.(2023年全国甲卷)分别沿x轴正向和负向传播的两列简谐横波P、Q的振动方向相同，振幅均为5cm，波长均为8m，波速均为4m/s.t=0时刻，P波刚好传播到坐标原点，该处的质点将自平衡位置向下振动；Q波刚好传到x=10m处，该处的质点将自平衡置向上振动.经过一段时间后，两列波相遇.(1)在以下给出的坐标图上分别画出P、Q两列波在t=2.5s时刻的波形图(P波用虚线，Q波用实线)；(2)求出图示范围内的介质中，因两列波干涉而振动的振幅最大和振幅最小的平衡位置.(1)如图(2)见解析【解析】(1)根据Δx=vt得Δx=4×2.5

m=10

m.可知t=2.5

s时P波刚好传播到x=10

m处，Q波刚好传播到x=0处.根据上下坡法可得波形图如图所示.

命题点四机械波的干涉和衍射［师生共研类］

2.干涉现象务必注意以下几点(1)振动加强和减弱区域不变.(2)加强和减弱的是振幅，而不是位移.(3)干涉现象的出现是有条件的.3.发生明显衍射的条件(1)若障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小，则发生明显衍射.(2)波的衍射不需要条件，没满足上述条件衍射只是不明显.例4

(多选)如图所示，当波源和障碍物都静止不动时，波源发出的波在障碍物处不能发生明显衍射.下列措施可能使波发生较明显衍射的是()A.增大波源的振动频率B.减小波源的振动频率C.增大障碍物的长度D.减小障碍物的长度

BD1.(2023年浙江卷)主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波.某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图所示，取得最好降噪效果的抵消声波(声音在空气中的传播速度为340m/s)()A.振幅为2AB.频率为100HzC.波长应为1.7m的奇数倍D.在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相B

2.(2022年全国乙卷)介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源S1和S2，两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__