2024年高考物理二轮复习提升核心素养 机械波（原卷版）.docx

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7.2机械波一、机械波和波的图像1．机械波(1)机械波的形成条件①有发生机械振动的．②有传播，如空气、水等．(2)传播特点①机械波传播的只是振动的和，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波．②波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向．③介质中每个质点都做振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期．④波源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离．2．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(如图)3．波长、波速、频率及其关系(1)波长λ：在波的传播方向上，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(周期)的关系：v＝＝λf.二、波的干涉和衍射现象　多普勒效应1．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学科网（北京）股份有限公司 ，相位差保持不变产生明显衍射的条件：障碍物或孔——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2.多普勒效应(1)条件：声源和观察者之间有(距离发生变化)；(2)现象：观察者感到发生变化；(3)实质：声源频率不变，观察者接收到的变化．机械波与波的图像1．波的周期性(1)质点振动nT(n＝1,2,3，…)时，波形不变．(2)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为nλ(n＝1,2,3，…)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)时，它们的振动步调总相反．2．波的传播方向与质点振动方向的互判“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”法将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断质点振动方向例题1.(多选)如图所示，O点为简谐横波的波源。振幅为5cm的波从O点分别沿x轴向正方向和负方向传播，Oa＝3m，Ob＝4m，Oc＝6m。t＝0时，波源O由平衡位置开始竖直向下振动；t＝6s时，质点a第一次到达最高点，同时质点c刚好开始振动。则下列说法正确的是(　　)A．该波的周期为4s学科网（北京）股份有限公司 B．0～10s内，质点b走过的路程是0.3mC．该波的波速为0.75m/sD．t＝6s时质点b经过平衡位置向上运动(多选)一列简谐横波沿x轴传播在t＝0时刻的波形如图中实线所示，P点此时正沿y轴负方向运动，t＝0.5s时刻的波形第一次如图中虚线所示，虚线恰好过质点P的平衡位置。已知质点P平衡位置的坐标x＝0.5m。下列说法正确的是(　　)A．波沿x轴负方向传播B．波源振动的周期为1.0sC．该波传播的速度为1.4m/sD．在0～0.5s内，质点P运动路程为25cm(多选)如图所示，A、B两点为某简谐横波上的质点，已知波的传播方向由A到B，t＝0时刻该波刚好传到A点，且A点的振动方向竖直向上，经时间t0质点B刚好起振．已知波的传播周期为T、传播速度为v，则下列说法正确的是(　　)A．振源位于A的左侧，且起振方向竖直向上B．质点B振动后，其振动周期一定为TC．质点B每次经过平衡位置的速度一定为vD．质点B的起振方向与A、B两点之间的距离有关波的图像与振动图像的综合应用　振动图像和波的图像的比较比较项目振动图像波的图像研究对象一个质点波传播方向上的所有质点研究内容某质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点在空间分布的规律学科网（北京）股份有限公司 图像横坐标表示时间表示各质点的平衡位置物理意义某质点在各时刻的位移某时刻各质点的位移振动方向的判断(看下一时刻的位移)(同侧法)Δt后的图形随时间推移，图像延伸，但已有形状不变随时间推移，图像沿波的传播方向平移，原有波形做周期性变化联系(1)纵坐标均表示质点的位移(2)纵坐标的最大值均表示振幅(3)波在传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动例题2.(多选)图甲为一列简谐横波在t＝0.10s时刻的波形图，P是平衡位置在x＝1.0m处的质点，Q是平衡位置在x＝4.0m处的质点；图乙为质点Q的振动图像，下列说法正确的是(　　)A．这列简谐横波以80m/s的速度向左传播B．t＝0时刻，质点P沿y轴负方向振动C．在t＝0.10s时刻，质点P的位移为5cmD．从t＝0.10s到t＝0.25s，质点Q通过的路程为30cm如图所示，图甲是t＝5s时刻一简谐横波沿x轴正方向传播的波形图，图乙为这列波上某质点的振动图像，则(　　)学科网（北京）股份有限公司 A．该列波的波速为4m/sB．图乙可能是质点b的振动图像C．质点c的振动方程为y＝6sin(＋π)cmD．t＝10s时，a点的振动方向向上(多选)一简谐横波沿x轴正方向传播，在t＝时刻，该波的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点。图(b)表示介质中某质点的振动图像。下列说法正确的是(　　)A．质点Q的振动图像与图(b)相同B．在t＝0时刻，质点P的速率比质点Q的大C．在t＝0时刻，质点P的加速度的大小比质点Q的大D．平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图(b)所示波传播的周期性与多解性问题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．例题3.如图甲所示，一列简谐波沿x轴传播，A、B为平衡位置相距4m的两个质点，它们的振动图像如图乙所示。求该波的波速。学科网（北京）股份有限公司 如图，实线是一列简谐横波在t1＝0时刻的波形，虚线是这列波在t2＝0.5s时刻的波形．(1)写出这列波的波速表达式；(2)若波速大小为74m/s，波的传播方向如何？如图，实线为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形，虚线是该波在t＝0.20s时刻的波形，则此列波的波速可能为(　　)A．25m/s　B．20m/s　C．35m/s　D．55m/s波的干涉、衍射　多普勒效应1．波的叠加在波的叠加中，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．2．波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法(1)公式法：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距离之差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；若Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)，则振动减弱．②当两波源振动步调相反时．学科网（北京）股份有限公司 若Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)，则振动加强；若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动减弱．(2)图像法：在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接形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，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．3．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全波的个数．(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．例题4.如图所示为两列沿绳传播的(虚线表示甲波，实线表示乙波)简谐横波在某时刻的波形图，M为绳上x＝0.2m处的质点，则下列说法中正确的是(　　)A．甲波的传播速度小于乙波的传播速度B．甲波的频率小于乙波的频率C．质点M的振动减弱D．质点M此时正向y轴负方向振动(多选)在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有(　　)A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声B．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低D．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同如图所示，在xOy平面内有两个沿z轴方向(垂直xOy学科网（北京）股份有限公司 平面)做简谐运动的点波源S1(1，0)和S2(4，0)，振动方程分别为zS1＝Asin(πt＋)、zS2＝Asin(πt－)。两列波的波速均为1m/s，两列波在点B(2.5，3)和点C(4，4)相遇时，分别引起B、C处质点的振动总是相互(　　)A．加强、加强　　　　　　B．减弱、减弱C．加强、减弱D．减弱、加强1.(多选)一简谐横波沿x轴传播，在某时刻的波形如图所示，已知此时质点F的运动方向向下，则(　　)A．此波沿x轴负方向传播B．质点D此时向下运动C．质点B将比质点C先回到平衡位置D．质点E的振幅为零2.一列简谐横波沿x轴正方向传播，其波速为10m/s，t＝0时刻的波形如图所示．下列说法正确的是(　　)A．0～0.6s时间内，质点P运动的路程为18cmB．t＝0.6s时刻，质点P相对平衡位置的位移是6cmC．t＝1.2s时刻，质点Q加速度最大D．t＝1.4s时刻，质点M沿y轴负方向运动3.一列简谐横波沿x轴传播，t＝0.1s时的波形图如图甲所示，A、B学科网（北京）股份有限公司 为介质中的两质点。图乙为质点A的振动图像。以下判断正确的是(　　)A．t＝0.15s时，A的加速度为零B．t＝0.15s时，B的速度沿y轴正方向C．从t＝0.1s到t＝0.25s，B的位移大小为10cmD．从t＝0.1s到t＝0.25s，波沿x轴负方向传播了7.5m4.如图所示，图甲是t＝5s时刻一简谐横波沿x轴正方向传播的波形图，图乙为这列波上某质点的振动图像，则(　　)A．该列波的波速为4m/sB．图乙可能是质点b的振动图像C．质点c的振动方程为y＝6sincmD．t＝10s时，a点的振动方向向上5.在某种介质中，一列沿x轴传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图如图(a)所示，此时质点A在波峰位置，质点D刚要开始振动，质点C的振动图像如图(b)所示；t＝0时刻在D点有一台机械波信号接收器(图中未画出)，正以2m/s的速度沿x轴正方向匀速运动。下列说法正确的是(　　)A．质点D的起振方向沿y轴负方向B．t＝0.05s时质点B回到平衡位置C．信号接收器接收到该机械波的频率小于2.5HzD．若改变振源的振动频率，则形成的机械波在该介质中的传播速度也将发生改变学科网（北京）股份有限公司 6.机械横波某时刻的波形图如图所示，波沿x轴正方向传播，波长λ＝0.8m，质点P的坐标x＝0.32m。从此时刻开始计时。(1)若每间隔最小时间0.4s重复出现波形图，求波速；(2)若P点经0.4s第一次达到正向最大位移，求波速；(3)若P点经0.4s到达平衡位置，求波速。7.如图(a)，在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，－2)．两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示．两列波的波速均为1.00m/s.两列波从波源传播到点A(8，－2)的路程差为________m，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)，点C(0,0.5)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)．8.如图所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15m。当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是(　　)A．0.60mB．0.30mC．0.20mD．0.15m9.渔船上的声呐利用超声波来探测远方鱼群的方位。某渔船发出的一列超声波在t＝0时的波动图像如图1所示，图2为质点P的振动图像，则(　　)A．该波的波速为1.5m/sB．该波沿x轴负方向传播C．0～1s时间内，质点P沿x轴运动了1.5m学科网（北京）股份有限公司 D．0～1s时间内，质点P运动的路程为2m10.如图所示，均匀介质中两波源S1、S2分别位于x轴上x1＝0、x2＝14m处，波源S1振动方程为y＝2sin5πtcm，波源S2振动方程为y＝5sin5πtcm，质点P位于x轴上xP＝4m处。已知质点P在t1＝0.4s时开始振动，求：(1)这两列波在均匀介质中的波长；(2)t＝0至t＝1.5s内质点P通过的路程。学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司