《2022年高考物理一輪復習 第十四章 機械振動與機械波 第2講 機械波學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2022年高考物理一輪復習 第十四章 機械振動與機械波 第2講 機械波學案（17頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、2022年高考物理一輪復習 第十四章 機械振動與機械波 第2講 機械波學案 微知識1 機械波 1．機械波的形成和傳播 (1)產生條件 ①有波源。 ②有介質，如空氣、水、繩子等。 (2)傳播特點 ①傳播振動形式、能量和信息。 ②質點不隨波遷移。 ③介質中各質點振動頻率、振幅、起振方向都與波源相同。 2．機械波的分類 3.波長、頻率和波速 (1)波長：在波動中，振動相位總是相同的兩個相鄰質點間的距離，用λ表示。波長由頻率和波速共同決定。 ①簡諧橫波中，相鄰兩個波峰(或波谷)之間的距離等于波長。 ②簡諧縱波中，相鄰兩個疏部(或密部)中心之間的距離等于波長。 (2)頻

2、率：波的頻率由波源決定，等于波源的振動頻率。在任何介質中頻率不變。 (3)波速：波的傳播速度，波速由介質決定，與波源無關。 (4)波速公式：v＝λf＝或v＝。 　微知識2 波的圖象 1．坐標軸 ①x軸：各質點平衡位置的連線。 ②y軸：沿質點振動方向，表示質點的位移。 2．物理意義：表示介質中各質點在某一時刻相對各自平衡位置的位移。 3．圖象形狀：簡諧波的圖象是正弦(或余弦)曲線，如圖所示。 　微知識3 波的特有現象 1．波的干涉和衍射 2.多普勒效應 一、思維辨析(判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。) 1．機械波中各質點只是在各自平衡位置附近振

3、動，并不隨波遷移。(√) 2．波的圖象描述了波的傳播方向上各質點在任意時刻的位移。(×) 3．機械波的波速由介質決定。(√) 4．兩列波在介質中相遇一定能發(fā)生干涉現象。(×) 5．一切波都能產生衍射現象。(√) 6．多普勒現象說明波源的頻率發(fā)生了變化。(×) 二、對點微練 1．(機械波的形成和傳播)(多選)關于振動和波的關系，下列說法正確的是(　　) A．振動是波的成因，波是振動的傳播 B．振動是單個質點呈現的運動現象，波是許多質點聯(lián)合起來呈現的運動現象 C．波的傳播速度就是質點振動的速度 D．波源停止振動時，波立即停止傳播 解析　機械波的產生條件是有波源和介質。由于介

4、質中的質點依次帶動由近及遠傳播而形成波，所以選項A、B正確；波的傳播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均勻介質中其速度大小不變；而質點振動的速度和方向都隨時間周期性地發(fā)生變化，選項C錯誤；波源一旦將振動傳給了介質，振動就會在介質中向遠處傳播，當波源停止振動時，介質仍然繼續(xù)傳播波源振動的運動形式，不會隨波源停止振動而停止傳播，選項D錯誤。 答案　AB　 2．(波的圖象)一列沿x軸正方向傳播的簡諧機械橫波，波速為4 m/s。某時刻波形如圖所示，下列說法正確的是(　　) A．這列波的振幅為4 cm B．這列波的周期為1 s C．此時x＝4 m處質點沿y軸負方向運動 D．此時x＝4 m

5、處質點的加速度為零 解析　由圖可知，振幅為2 cm，A項錯誤；由v＝可知，T＝＝ s＝2 s，B項錯誤；波向右傳播，由波動與振動的關系可知，x＝4 m處質點向y軸正方向運動，C項錯誤；x＝4 m處質點處于平衡位置，此時加速度為零，故D項正確。 答案　D　 3．(波的特有現象)(多選)關于波的干涉、衍射等現象，下列說法正確的是(　　) A．有的波只能發(fā)生干涉現象，有的波只能發(fā)生衍射現象 B．產生干涉現象的必要條件之一，就是兩列波的頻率相等 C．能觀察到明顯的衍射現象的條件是障礙物的尺寸與波長比較相差不多或比波長更小 D．在干涉圖樣中，振動加強區(qū)域中的質點，其位移始終最大，振動減弱區(qū)

6、域的質點，其位移始終保持最小 E．當觀測者靠近波源時，接收到的波的頻率會大于波源的振動頻率 解析　干涉、衍射是波共有的特性，所以A項錯誤；干涉應具備兩波頻率相同、相位差恒定的條件，B項正確；當滿足d≤λ時產生明顯的衍射現象，C項正確；在干涉圖樣中，質點的位移隨時間時刻發(fā)生變化，D項錯誤；在多普勒效應中，觀測者與波源相對靠近時，接收到的波的頻率大于波源的振動頻率，E項正確。 答案　BCE　 見學生用書P206 微考點　1　波的形成與傳播　波的圖象　　　　　　　　　　　 核|心|微|講 1．波的傳播方向上兩個相鄰的、振動情況相同的質點的平衡位置之間的距離為一個波長λ。 2．波傳

7、到任意一點，該點的起振方向都和波源的起振方向相同。 3．介質中每個質點做的都是受迫振動，所以任一質點的振動頻率和周期都和波源相同。因此可以斷定：波從一種介質進入另一種介質，由于介質的情況不同，它的波長和波速可以改變，但頻率和周期都不會改變。 4．振源經過一個周期T完成一次全振動，波恰好向前傳播一個波長的距離，所以有v＝＝λf。 5．質點振動nT(波傳播nλ)時，波形不變。 6．相隔波長整數倍的兩質點，振動狀態(tài)總相同，相隔半波長奇數倍的兩質點，振動狀態(tài)總相反。 典|例|微|探 【例1】　(多選)在均勻介質中坐標原點O處有一波源做簡諧運動，其表達式為y＝5sint(m)，它在介質中形成

8、的簡諧橫波沿x軸正方向傳播，某時刻波剛好傳播到x＝12 m處，波形圖象如圖所示，則(　　) A．此后再經6 s該波傳播到x＝24 m處 B．M點在此后第3 s末的振動方向沿y軸正方向 C．波源開始振動時的運動方向沿y軸負方向 D．此后M點第一次到達y＝－3 m處所需時間是2 s 【解題導思】 (1)由波的傳播方向如何判斷某質點的振動方向？ 答：可由帶動法、上、下坡法、同側法、微平移法等判斷。 (2)波的傳播方向的各質點起振的方向是由什么來決定的？ 答：波的傳播方向上各質點起振的方向是由波源起振的方向決定的。 解析　由題中波的圖象可知，該波的波長λ＝8 m，由波源簡諧運動

9、的表達式y(tǒng)＝5sint(m)可知，ω＝ rad/s，周期T＝＝4 s，波速v＝＝2 m/s。此后再經6 s，該波再向前傳播的距離s＝vt＝2×6 m＝12 m，即再經6 s，該波傳播到x＝12 m＋12 m＝24 m處，選項A正確；題中波的圖象上此時M點向下振動，在此后的第3 s末(即經過)的振動方向沿y軸正方向，選項B正確；由題圖為某時刻波剛好傳播到x＝12 m時的波的圖象可知，波源開始振動時的方向沿y軸正方向，選項C錯誤；題圖中M點振動方向向下，此后M點第一次到達y＝－3 m處所需的時間小于半個周期，即小于2 s，選項D錯誤。 答案　AB 【反思總結】 波的傳播方向與質點的振

10、動方向的判斷方法 題|組|微|練 1．(多選)如圖所示，a、b、c、d是均勻媒質中x軸上的四個質點，相鄰兩點的間距依次為2 m、4 m和6 m。一列簡諧橫波以2 m/s的波速沿x軸正向傳播，在t＝0時刻到達質點a處，質點a由平衡位置開始豎直向下運動，t＝3 s時a第一次到達最高點。下列說法正確的是(　　) A．在t＝6 s時刻波恰好傳到質點d處 B．在t＝5 s時刻質點c恰好到達最高點 C．質點b開始振動后，其振動周期為4 s D．在4 s

11、＝4 s，又v＝2 m/s，故λ＝8 m。t＝6 s時，s＝vt＝12 m，波剛好傳到d處，A、C項正確；波傳到c點的時間t＝＝3 s，故t＝4 s時c位于最低點，t＝5 s時位于平衡位置，t＝6 s時位于最高點，B項錯誤，D項正確；b與d相隔10 m，即λ，振動時相位不相反，E項錯誤。 答案　ACD　 2．t＝0時刻，波源在坐標原點從平衡位置沿y軸正向開始振動，振動周期為0.4 s，在同一均勻介質中形成沿x軸正、負兩方向傳播的簡諧橫波。圖中能夠正確表示t＝0.6 s時波形的圖是(　　) 解析　波源形成的波同時向正、負兩個方向傳播，波形關于O對稱，所以A、B項錯誤；0.6 s時波源回

12、到平衡位置，向下振動，由波動與振動的關系可知，C項正確。 答案　C　 微考點　2　波的圖象與振動圖象的綜合應用 　　　　　　　　　　　　核|心|微|講 1．兩種圖象的比較 2．“一分、一看、二找”巧解兩種圖象問題 (1)分清振動圖象與波動圖象：此問題最簡單，只要看清橫坐標即可，橫坐標是x則為波動圖象，橫坐標是t則為振動圖象。 (2)看清橫、縱坐標的單位，尤其要注意單位前的數量級。 (3)找準波動圖象對應的時刻。 (4)找準振動圖象對應的質點。 典|例|微|探 【例2】　圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖，a、b兩質點的橫坐標分別為xa＝2 m和xb＝6

13、m，圖乙為質點b從該時刻開始計時的振動圖象。下列說法正確的是(　　) 甲 　 乙 A．該波沿＋x方向傳播，波速為1 m/s B．質點a經4 s振動的路程為4 m C．此時刻質點a的速度沿＋y方向 D．質點a在t＝2 s時速度為零 【解題導思】 (1)如何分析波的傳播速度、質點的振動路程？ 答：由波的圖象讀出波長λ，由振動圖象讀出周期T，再由v＝計算出波速。質點的振動路程由振幅和振動時間來決定。 (2)如何確定波動圖象上各質點的振動方向？ 答：可用帶動法、同側法、微平移法等判斷。 解析　從題圖乙看出，質點b從0時刻起由平衡位置向上振動，結合題圖甲可判斷出波沿－x方向

14、傳播，A項錯誤；質點a從0時刻由平衡位置向－y方向振動，C項錯誤；從圖乙看出，各質點的振動周期T＝8 s，在t＝2 s時，質點a運動到負方向最大位移處，瞬時速度為零，D項正確；經過4 s，質點a運動半個周期，路程s＝2A＝1 m，B項錯誤。 答案　D 題|組|微|練 3．一簡諧機械橫波沿x軸正方向傳播，波長為λ，周期為T。t＝0時刻的波形如圖甲所示，a、b是波上的兩個質點。圖乙是波上某一質點的振動圖象。下列說法正確的是(　　) A．t＝0時質點a的速度比質點b的大 B．t＝0時質點a的加速度比質點b的小 C．圖乙可以表示質點a的振動 D．圖乙可以表示質點b的振動 解析　由題

15、圖甲得t＝0時刻，a在波峰，速度為零，b在平衡位置，速度最大，故A項錯誤；由圖甲得t＝0時刻，質點a在波峰，加速度比質點b大，故B項錯誤；由圖乙得t＝0時刻，該質點位于平衡位置，且具有向下的最大速度，可表示質點b的振動，故C項錯誤，D項正確。 答案　D　 4．(多選)圖甲為一列簡諧橫波在t＝2 s時的波形圖，圖乙為媒質中平衡位置在x＝1.5 m處的質點的振動圖象，P是平衡位置為x＝2 m的質點，下列說法正確的是(　　) A．波速為0.5 m/s B．波的傳播方向向右 C．0～2 s時間內，P運動的路程為8 cm D．0～2 s時間內，P向y軸正方向運動 E．當t＝7 s時，P

16、恰好回到平衡位置 解析　由振動圖象知，周期T＝4 s，由波的圖象知，波長λ＝2 m，波速v＝＝0.5 m/s，A項正確；又由振動圖象知，x＝1.5 m處的質點在t＝2 s時在平衡位置且向下振動，則波應該向左傳播，B項錯誤；則0～2 s內P運動的路程為8 cm，C項正確；由于t＝2 s時的波形如題圖甲，則0～2 s內P向y軸負方向運動，D項錯誤；Δt＝7 s＝1T，P質點恰好回到平衡位置，E項正確。 答案　ACE　 微考點　3　波的特有現象　　　　　　　　　　　　 核|心|微|講 波的干涉現象中加強點和減弱點的判斷方法 1．圖樣法：波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點，一定是加強點，

17、而波峰與波谷的交點一定是減弱點，各加強點或減弱點各自連接而成以兩波源為中心向外輻射的連線，形成加強線和減弱線，兩種線互相間隔，這就是干涉圖樣，加強點與減弱點之間各質點的振幅介于加強點與減弱點的振幅之間。 2．公式法：當兩個相干波源的振動步調一致時，到兩個波源的距離之差Δx＝nλ(n＝0,1,2，…)處是加強區(qū)，Δx＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)處是減弱區(qū)。 典|例|微|探 【例3】　(多選)如圖所示，S1、S2是兩個周期為T的相干波源，它們振動同步且振幅相同．實線和虛線分別表示波的波峰和波谷，關于圖中所標的a、b、c、d四點，下列說法中正確的有(　　) A．圖示時刻質點a的位

18、移為零 B．質點b和c振動都最強 C．質點d振動最弱 D．再過后b點振動減弱 【解題導思】 (1)在某時刻，疊加區(qū)域中質點的位移與兩列波的位移關系怎樣？ 答：質點的位移等于兩列波分別引起位移的矢量和。 (2)兩列相干波相遇時，振動加強點的位移總是最大嗎？ 答：不是，加強點的質點也是振動的。 解析　圖示時刻質點a處是波峰與波谷相遇，兩列波引起的位移正、負疊加的結果是總位移為零，A項正確；該點振動位移總是零，振動最弱，振幅是零。質點b是波峰與波峰的相遇，c點是波谷與波谷相遇，振動都增強，振幅最大，振幅是一列波振幅的兩倍，振動最強，B項正確；振動增強點意味著振幅最大，與位移變化無關

19、，且總是振動增強的，再過后b點振動位移變化，振幅不變，D項不正確；質點d處于振動加強線上，因此振動最強，C項不正確。 答案　AB 題|組|微|練 5．(多選)圖中S為在水面上振動的波源，M、N是水面上的兩塊擋板，其中N板可以上下移動，兩板中間有一狹縫，此時測得A處水面沒有振動，為使A處水面也能發(fā)生振動，可采用的方法是(　　) A．使波源的頻率增大 B．使波源的頻率減小 C．移動N使狹縫的間距增大 D．移動N使狹縫的間距減小 解析　使孔滿足明顯衍射的條件即可，或將孔變小，或將波長變大，B、D項正確。 答案　BD　 6．(多選)如圖甲所示，男同學站立不動吹口哨，一位女同學坐

20、在秋千上來回擺動，據圖乙，下列關于女同學的感受的說法正確的是(　　) A．女同學從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調變高 B．女同學從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調變高 C．女同學在點C向右運動時，她感覺哨聲音調不變 D．女同學在點C向左運動時，她感覺哨聲音調變低 解析　女同學蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她都有靠近聲波的趨勢，根據多普勒效應，她都會感到哨聲音調變高；反之，女同學向左運動時，她感到音調變低，A、D項正確，B、C項錯誤。 答案　AD　 　見學生用書P208 波的多解問題　　　　　　　　　　　　 　素能培養(yǎng) 一、造成波動問題多解的主要因素 1．周

21、期性 (1)時間周期性：時間間隔Δt與周期T的關系不明確。 (2)空間周期性：波傳播距離Δx與波長λ的關系不明確。 2．雙向性 (1)傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。 (2)振動方向雙向性：質點振動方向不確定。 如：①質點達到最大位移處，則有正向和負向最大位移兩種可能。 ②質點由平衡位置開始振動，則起振方向有向上、向下(或向左、向右)兩種可能。 ③只告訴波速不指明波的傳播方向，應考慮沿兩個方向傳播的可能，即沿x軸正方向或沿x軸負方向傳播。 ④只給出兩時刻的波形，則有多次重復出現的可能。 解決此類問題時，往往采用從特殊到一般的思維方法，即找到一個周期內滿足條件的特例，在此

22、基礎上，如知時間關系，則加nT；如知空間關系，則加nλ。 3．波形的隱含性形成多解 在波動問題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個特殊點，而其余信息均處于隱含狀態(tài)。這樣，波形就有多種情況，形成波動問題的多解性。 二、解決波的多解問題的思路 一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個周期內滿足條件的關系Δt或Δx，若此關系為時間，則t＝nT＋Δt(n＝0,1,2…)；若此關系為距離，則x＝nλ＋Δx(n＝0,1,2…)。 　經典考題　(多選)簡諧橫波在均勻介質中沿直線傳播，P、Q是傳播方向上相距10 m的兩質點，波先傳到P，當波傳到Q開始計時，P、Q兩質點的振動圖象如圖所示。則(

23、　　) A．質點Q開始振動的方向沿y軸正方向 B．該波從P傳到Q的時間可能為7 s C．該波的傳播速度可能為2 m/s D．該波的波長可能為6 m 解析　由于波先傳到P點，可知波向右傳播，當波傳到Q點時開始計時，由振動圖象可知，Q點開始振動的方向沿y軸正方向，A項正確；由振動圖象可知，P點處的波峰傳到Q點需要的時間為(4＋6n)s，n＝0,1,2，…，因此B項錯誤；該波傳播的速度v＝＝ m/s，n＝0,1,2，…，可以判斷出C項錯誤；該波的波長λ＝vT＝ m，n＝0,1,2，…，當n＝1時，波長為6 m，D項正確。 答案　AD　 　對法對題 1．一列簡諧橫波沿直線傳播，某時

24、刻該列波上正好經過平衡位置的兩質點相距6 m，且這兩質點之間的波峰只有一個，則該簡諧波可能的波長為(　　) A．4 m、6 m和8 m　　 B．6 m、8 m和12 m C．4 m、6 m和12 m　　 D．4 m、8 m和12 m 解析　根據題意，可能的波形有三種，如圖所示。 則＝6 m, λ1＝12 m， λ2＝6 m， λ3＝6 m, λ3＝4 m， 因此選項C正確。 答案　C　 2．(多選)一列簡諧橫波沿直線傳播，該直線上平衡位置相距9 m的a、b兩質點的振動圖象如圖所示，下列描述該波的圖象可能正確的是(　　) 解析　由振動圖象可知，在t＝0時，質點a處

25、在波峰位置，質點b處在平衡位置且向下運動，若簡諧橫波沿直線由a向b傳播，有λ＋nλ＝9 m，解得波長的表達式：λ＝ m(n＝0,1,2,3,4，…)，其波長可能值為12 m，5.14 m，…，選項C正確；若簡諧橫波沿直線由b向a傳播，有λ＋nλ＝9 m，解得波長的表達式：λ＝ m＝(n＝0,1,2,3,4，…)，其波長可能值為36 m,7.2 m,4 m，…，選項A正確。 答案　AC　 見學生用書P209 1．(多選)某同學漂浮在海面上，雖然水面波正平穩(wěn)地以1.8 m/s的速率向著海灘傳播，但他并不向海灘靠近。該同學發(fā)現從第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間間隔

26、為15 s。下列說法正確的是(　　) A．水面波是一種機械波 B．該水面波的頻率為6 Hz C．該水面波的波長為3 m D．水面波沒有將該同學推向岸邊，是因為波傳播時能量不會傳遞出去 E．水面波沒有將該同學推向岸邊，是因為波傳播時振動的質點并不隨波遷移 解析　水面波是機械波，選項A正確；根據第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間間隔為15 s可知，該水面波的周期為T＝ s＝ s，頻率為f＝＝0.6 Hz，選項B錯誤；該水面波的波長為λ＝vT＝1.8× m＝3 m，選項C正確；水面波沒有將該同學推向岸邊，是因為波傳播時介質中的質點只在平衡位置附近振動，不隨波遷移，但能量會傳遞出去，選

27、項D錯誤，E正確。 答案　ACE　 2．(多選)一漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比(　　) A．波速變大 B．波速不變 C．頻率變高 D．頻率不變 解析　超聲波的波速由介質決定，是不變的，A項錯誤，B項正確；根據多普勒效應的原理，頻率變高，C項正確，D項錯誤。 答案　BC　 3．平靜湖面?zhèn)鞑ブ涣兴娌?橫波)，在波的傳播方向上有相距3 m的甲、乙兩小木塊隨波上下運動，測得兩小木塊每分鐘都上下30次，甲在波谷時，乙在波峰，且兩木塊之間有一個波峰。這列水面波(　　) A．頻率是30 Hz B．波長是3 m C．波速是1

28、 m/s D．周期是0.1 s 解析　兩小木塊每分鐘上下30次，即每分鐘完成30個 周期性運動，周期T＝ s＝2 s，頻率f＝＝0.5 Hz，波長λ＝ m＝2 m，波速v＝λf＝2×0.5 m/s＝1 m/s，C項正確，A、B、D項錯誤。 答案　C　 4．(多選)一列簡諧橫波在彈性介質中沿x軸正方向傳播，波源位于坐標原點O，t＝ 0時開始振動，3 s時停止振動， 3.5 s時的波形如圖所示，其中質點a的平衡位置與O的距離為5.0 m。以下說法正確的是(　　) A．波速為4 m/s B．波長為6 m C．波源起振方向沿y軸正方向 D．2.0 s～3.0 s內質點a沿y軸負方向運動 E．0～3.0 s內質點a通過的總路程為1.4 m 解析　由3 s時停止振動，3.5 s時的波形圖可知，在0.5 s時間內，波向前傳播了2 m，故波速為4 m/s，A項對；由波形圖知，波長為4 m，B項錯；周期為T＝＝1 s，故此列波從起振到傳到a點需要時間為1.25 s，故3.5 s時質點a已經振動了2.25 s，也即2T，可知a點起振時，沿y軸正方向運動，C項對；因周期為1 s，故D項錯；0～3.0 s內質點a振動時間為1.75 s，故路程為1.75×4A＝1.4 m，E項對。 答案　ACE