（江蘇專版）2020版高考物理第十三章第2節(jié)機(jī)械波講義（含解析）.docx

機(jī)械波(1)在水平方向傳播的波為橫波。()(2)在機(jī)械波中各質(zhì)點(diǎn)不隨波的傳播而遷移。()(3)通過波的圖像可以找出任一質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻的位移。()(4)機(jī)械波在傳播過程中，各質(zhì)點(diǎn)振動的周期、起振方向都相同。()(5)機(jī)械波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離就是振幅的4倍。()(6)波速表示介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動的快慢。()(7)兩列波在介質(zhì)中疊加，一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。()(8)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。()(9)多普勒效應(yīng)說明波源的頻率發(fā)生變化。()突破點(diǎn)(一)機(jī)械波的傳播與圖像1機(jī)械波的傳播特點(diǎn)(1)波傳到任意一點(diǎn)，該點(diǎn)的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動，因此，任一質(zhì)點(diǎn)的振動頻率和周期都和波源的振動頻率和周期相同。(3)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，由于介質(zhì)不同，波長和波速可以改變，但頻率和周期都不會改變。(4)振源經(jīng)過一個(gè)周期T完成一次全振動，波恰好向前傳播一個(gè)波長的距離，所以vf。2波動圖像的特點(diǎn)(1)質(zhì)點(diǎn)振動nT(波傳播n)(n0,1,2,3，)時(shí)，波形不變。(2)在波的傳播方向上，當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為n(n1,2,3，)時(shí)，它們的振動步調(diào)總相同；當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為(2n1)(n0,1,2,3，)時(shí)，它們的振動步調(diào)總相反。(3)波源質(zhì)點(diǎn)的起振方向決定了它后面的質(zhì)點(diǎn)的起振方向，各質(zhì)點(diǎn)的起振方向與波源的起振方向相同。3波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動方向的互判方法方法解讀圖像演示“上下坡”法沿波的傳播方向，“上坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向下振動，“下坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向上振動“同側(cè)”法波形圖上某點(diǎn)表示傳播方向和振動方向的箭頭在圖線同側(cè)“微平移”法將波形沿傳播方向進(jìn)行微小的平移，再由對應(yīng)同一x坐標(biāo)的兩波形曲線上的點(diǎn)來判斷振動方向題點(diǎn)全練1多選(2019睢寧模擬)如圖所示，在xOy平面內(nèi)有一沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波速為1 m/s，振幅為4 cm，頻率為2.5 Hz。在t0時(shí)刻，P點(diǎn)位于其平衡位置上方最大位移處，則距P點(diǎn)為0.2 m的Q點(diǎn)()A在0.1 s時(shí)的位移是4 cmB在0.1 s時(shí)的速度最大C在0.1 s時(shí)的速度向下D在0到0.1 s時(shí)間內(nèi)的路程是4 cm解析：選BD已知簡諧波的波速v1 m/s，頻率f2.5 Hz，則周期T0.4 s，波長0.4 m。由題可知Q點(diǎn)距離P點(diǎn)為x0.2 m，P、Q兩點(diǎn)的振動情況總是相反，t0時(shí)刻，P點(diǎn)位于其平衡位置上方最大位移處，則Q點(diǎn)位于其平衡位置下方最大位移處，在0.1 s時(shí)P點(diǎn)經(jīng)過平衡位置向下運(yùn)動，則在0.1 s時(shí)，Q點(diǎn)經(jīng)過平衡位置向上運(yùn)動，位移為x0，速度最大，在0到0.1 s時(shí)間內(nèi)Q點(diǎn)通過的路程等于一個(gè)振幅，即路程s4 cm，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確。2.(2019泰州模擬)一列簡諧橫波沿直線傳播。以波源O在平衡位置開始振動為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)A的振動圖像如圖所示。已知O與A的平衡位置相距1.2 m。以下判斷正確的是()A波長為1.2 mB波源起振方向沿y軸正方向C波速大小為0.3 m/sD質(zhì)點(diǎn)A的動能在t4 s時(shí)最大解析：選B由題給圖像可知，A質(zhì)點(diǎn)比波源晚振動3 s，其周期T4 s，所以波速v m/s0.4 m/s，又根據(jù)波速公式得：vT0.44 m1.6 m，故A、C錯(cuò)誤；根據(jù)波傳播的特點(diǎn)，各質(zhì)點(diǎn)的起振的方向和波源的起振方向相同，由振動圖像可知，A質(zhì)點(diǎn)的起振方向沿y軸正方向，故該波源的起振方向沿y軸正方向，B正確；根據(jù)圖像，在t4 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)A正處于正的最大位移處，其動能為零，D錯(cuò)誤。3(2019宿遷質(zhì)檢)某同學(xué)手拿繩子一端開始做上下振動，1.5 s 后形成的波形如圖所示。已知相鄰編號的質(zhì)點(diǎn)間水平距離為6 cm及此時(shí)1到10號質(zhì)點(diǎn)的振動方向。此同學(xué)開始振動的方向和這列繩波的傳播速度分別為()A豎直向上，0.36 m/sB豎直向下，0.4 m/sC豎直向上，0.4 m/s D豎直向下，0.36 m/s解析：選D由波形圖可知，10號點(diǎn)剛開始振動，且正豎直向下運(yùn)動，根據(jù)每一點(diǎn)的振動都重復(fù)了波源的振動，說明此同學(xué)開始振動的方向是豎直向下；1.5 s波傳播了54 cm，所以波速v m/s0.36 m/s，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。突破點(diǎn)(二)振動圖像與波動圖像的綜合應(yīng)用兩種圖像的比較圖像類型振動圖像波的圖像研究內(nèi)容某一質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化規(guī)律某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律圖像物理意義表示某質(zhì)點(diǎn)各個(gè)時(shí)刻的位移表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移圖像信息(1)質(zhì)點(diǎn)振動周期(2)質(zhì)點(diǎn)振幅(3)各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移(4)各時(shí)刻速度、加速度方向(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移(3)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻加速度方向(4)傳播方向、振動方向的互判圖像變化隨時(shí)間推移，圖像延續(xù)，但已有形狀不變隨時(shí)間推移，圖像沿傳播方向平移典例多選圖甲為一列簡諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖，a、b兩質(zhì)點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別為xa2 m 和xb6 m，圖乙為質(zhì)點(diǎn)b從該時(shí)刻開始計(jì)時(shí)的振動圖像，下列說法正確的是()A該波沿x軸負(fù)方向傳播，波速為1 m/sB質(zhì)點(diǎn)a經(jīng)4 s振動的路程為4 mC此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a的速度沿y方向D質(zhì)點(diǎn)a在t2 s時(shí)速度為零解析由題圖甲可知波長8 m，由題圖乙可知周期T8 s，所以波速為v m/s1 m/s，根據(jù)b質(zhì)點(diǎn)該時(shí)刻的振動方向沿y軸正方向，由微平移法可知波向x軸方向傳播，故A正確；質(zhì)點(diǎn)a振動4 s，經(jīng)過了半個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)a運(yùn)動的路程為振幅的2倍，即為1 m，故B錯(cuò)誤；此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)b的振動方向是沿y軸正方向，a、b間相隔半個(gè)波長，振動步調(diào)完全相反，所以此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a的速度沿y方向，故C錯(cuò)誤；在t2 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)b在正的最大位移處，則質(zhì)點(diǎn)a在負(fù)的最大位移處，此時(shí)a的速度為零，故D正確。答案AD方法規(guī)律1巧解圖像問題求解波動圖像與振動圖像綜合類問題可采用“一分、一看、二找”的方法：(1)分清振動圖像與波動圖像。此步驟最簡單，只要看清橫坐標(biāo)即可，橫坐標(biāo)為x則為波動圖像，橫坐標(biāo)為t則為振動圖像。(2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位。尤其要注意單位前的數(shù)量級。(3)找準(zhǔn)波動圖像對應(yīng)的時(shí)刻。(4)找準(zhǔn)振動圖像對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)。2圖像問題的易錯(cuò)點(diǎn)(1)不理解振動圖像與波的圖像的區(qū)別。(2)誤將振動圖像看作波的圖像或?qū)⒉ǖ膱D像看作振動圖像。(3)不知道波傳播過程中任意質(zhì)點(diǎn)的起振方向就是波源的起振方向。(4)不會區(qū)分波的傳播位移和質(zhì)點(diǎn)的振動位移。(5)誤認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)隨波遷移。集訓(xùn)沖關(guān)1圖甲為一列簡諧橫波在t0.10 s時(shí)刻的波形圖，P是平衡位置為x1 m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置為x4 m處的質(zhì)點(diǎn)，圖乙為質(zhì)點(diǎn)Q的振動圖像。下列說法正確的是()At0.15 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q的加速度達(dá)到負(fù)向最大B從t0.10 s到t0.25 s，Q質(zhì)點(diǎn)沿x軸負(fù)方向運(yùn)動了6 mCt0.15 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的運(yùn)動方向沿y軸負(fù)方向D從t0.10 s到t0.25 s，質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為30 cm解析：選C由乙圖中Q點(diǎn)的振動圖像可知t0.15 s時(shí)Q點(diǎn)在負(fù)的最大位移處，所以此時(shí)具有正向最大加速度，故A錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)Q在平衡位置上下振動，并不隨波移動，故B錯(cuò)誤；由題圖乙可知周期T0.20 s，t0.15 s時(shí)，Q點(diǎn)處于波谷，在波動圖像看出x2 m處質(zhì)點(diǎn)此時(shí)通過平衡位置向下，則質(zhì)點(diǎn)P正沿y軸負(fù)方向運(yùn)動，故C正確；從t0.10 s到t0.25 s，經(jīng)過時(shí)間為t0.15 sT，位于最大位移處和平衡位置處的質(zhì)點(diǎn)通過的路程是s3A30 cm，P點(diǎn)通過的路程不是30 cm，故D錯(cuò)誤。2(2019天一中學(xué)模擬)如圖所示，甲為某一列簡諧波在tt0時(shí)刻的圖像，乙是這列波上P點(diǎn)從這一時(shí)刻起的振動圖像，試討論：(1)波的傳播方向和傳播速度；(2)求02.3 s內(nèi)P質(zhì)點(diǎn)通過的路程。解析：(1)根據(jù)振動圖像可知判斷P點(diǎn)在tt0時(shí)刻在平衡位置且向負(fù)的最大位移處運(yùn)動，則波沿x軸正方向傳播，由甲圖可知，波長2 m，由乙圖可知，周期T0.4 s，則波速v m/s5.0 m/s。(2)由于T0.4 s，則t2.3 s5T，則路程x4A40.1 m2.3 m。答案：(1)沿x軸正方向傳播5.0 m/s(2)2.3 m3(2019鹽城期末)甲圖是擺長為1 m的單擺在地球上某地振動的xt圖像。單擺振動在空氣中傳播產(chǎn)生機(jī)械波，t2.5 s時(shí)波動的yx圖像如圖乙所示，波源在坐標(biāo)原點(diǎn)處。求：(1)這列波的波速；(2)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)；(3)單擺起振后，t2.5 s時(shí)x2 cm處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的位移。解析：(1)從振動圖像和波動圖像可以看出：T2 s，4 cm0.04 m，則波速v m/s0.02 m/s。(2)由單擺的周期公式T2 ，得g9.86 m/s2。(3)由t2.5 s時(shí)的波動圖像可知，x2 cm處質(zhì)點(diǎn)處在波谷位置，運(yùn)動的位移為x4.0 cm，方向沿y軸負(fù)方向。答案：(1)0.02 m/s(2)9.86 m/s2(3)位移x4.0 cm，方向沿y軸負(fù)方向突破點(diǎn)(三)波的多解問題1造成波動問題多解的主要因素(1)周期性：時(shí)間周期性：時(shí)間間隔t與周期T的關(guān)系不明確?？臻g周期性：波傳播距離x與波長的關(guān)系不明確。(2)雙向性：傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。振動方向雙向性：質(zhì)點(diǎn)振動方向不確定。如：a.質(zhì)點(diǎn)達(dá)到最大位移處，則有正向和負(fù)向最大位移兩種可能。b質(zhì)點(diǎn)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。c只告訴波速不指明波的傳播方向，應(yīng)考慮沿兩個(gè)方向傳播的可能，即沿x軸正方向或沿x軸負(fù)方向傳播。d只給出兩時(shí)刻的波形，則有兩時(shí)刻間相同波形重復(fù)出現(xiàn)的可能。(3)波形的隱含性：在波動問題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個(gè)特殊點(diǎn)，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。2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(gè)周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系t或x，若此關(guān)系為時(shí)間，則tnTt(n0，1,2，)；若此關(guān)系為距離，則xnx(n0,1，2，)。典例多選一列簡諧橫波沿x軸的正方向傳播，振幅為2 cm，周期為T。如圖所示，在t0時(shí)刻波上相距50 cm的兩質(zhì)點(diǎn)a、b的位移都是 cm，但運(yùn)動方向相反，其中質(zhì)點(diǎn)a沿y軸負(fù)方向運(yùn)動，下列說法正確的是()A該列簡諧橫波波長可能為37.5 cmB質(zhì)點(diǎn)a、b的速度在某一時(shí)刻可能相同C當(dāng)質(zhì)點(diǎn)b的位移為2 cm時(shí)，質(zhì)點(diǎn)a的位移為負(fù)D在t時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)b的速度最大解析根據(jù)a、b兩點(diǎn)的位置關(guān)系以及振動方向可知，a、b平衡位置滿足n50 cm，其中n0,1,2，37.5 cm不滿足波長表達(dá)式，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)a、b的速度在某一時(shí)刻可能相同，選項(xiàng)B正確；當(dāng)質(zhì)點(diǎn)b的位移為2 cm時(shí)，即此時(shí)b點(diǎn)在波峰位置，質(zhì)點(diǎn)a的位移為正，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在t時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)b回到平衡位置，速度最大，選項(xiàng)D正確。答案BD方法規(guī)律波的多解問題的一般解題步驟(1)根據(jù)初末兩時(shí)刻的波形圖確定傳播距離與波長的關(guān)系通式。(2)根據(jù)題設(shè)條件判斷是唯一解還是多解。(3)根據(jù)波速公式v或vf求波速。集訓(xùn)沖關(guān)1.多選(2016四川高考)簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，P、Q是傳播方向上相距10 m的兩質(zhì)點(diǎn)，波先傳到P，當(dāng)波傳到Q開始計(jì)時(shí)，P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的振動圖像如圖所示。則()A質(zhì)點(diǎn)Q開始振動的方向沿y軸正方向B該波從P傳到Q的時(shí)間可能為7 sC該波的傳播速度可能為2 m/sD該波的波長可能為6 m解析：選AD根據(jù)振動圖像可知，質(zhì)點(diǎn)Q開始振動的方向沿y軸正方向，周期T6 s，而且由振動圖像可知波由P傳到Q所用的時(shí)間t(nT4)s，即由P傳到Q所用的時(shí)間可能為4 s,10 s,16 s，波速v m/s，即可能的波速為2.5 m/s,1 m/s,0.625 m/s，波長vT m/s，即可能的波長為15 m,6 m，3.75 m，。綜上所述，選項(xiàng)A、D正確，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。2一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在x10和x23 m處的兩質(zhì)點(diǎn)的振動圖線分別如圖甲、乙所示。已知波長大于3 m，則此列波的傳播速度是()A6 m/sB3 m/sC2 m/s D1.5 m/s解析：選C由題圖可知，t0時(shí)刻，x10處質(zhì)點(diǎn)位于波峰，x23 m處質(zhì)點(diǎn)通過平衡位置向下，得：x2x1(n0,1,2，)，得到波長為，根據(jù)波的波長大于3 m，n只能取0，得到波長為 m4 m，由題圖讀出周期T2 s，則波速為：v m/s2 m/s，C正確。突破點(diǎn)(四)波的干涉、衍射、多普勒效應(yīng)1波的干涉現(xiàn)象中加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)的兩種判斷方法(1)公式法：某質(zhì)點(diǎn)的振動是加強(qiáng)還是減弱，取決于該點(diǎn)到兩相干波源的距離之差r。當(dāng)兩波源振動步調(diào)一致時(shí)若rn(n0,1,2，)，則振動加強(qiáng)；若r(2n1)(n0,1,2，)，則振動減弱。當(dāng)兩波源振動步調(diào)相反時(shí)若r(2n1)(n0,1,2，)，則振動加強(qiáng)；若rn(n0,1,2，)，則振動減弱。(2)圖像法：在某時(shí)刻波的干涉的波形圖上，波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點(diǎn)，一定是加強(qiáng)點(diǎn)，而波峰與波谷的交點(diǎn)一定是減弱點(diǎn)，各加強(qiáng)點(diǎn)或減弱點(diǎn)各自連接而成以兩波源為中心向外輻射的連線，形成加強(qiáng)線和減弱線，兩種線互相間隔，加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)之間各質(zhì)點(diǎn)的振幅介于加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)的振幅之間。2多普勒效應(yīng)的成因分析(1)接收頻率：觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)。(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí)，觀察者接收到的頻率變大，當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率變小。題點(diǎn)全練1.多選如圖所示為兩列相干水波的疊加情況，圖中的實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷。設(shè)兩列波的振幅均為5 cm，且圖示的范圍內(nèi)振幅不變，波速和波長分別為1 m/s和0.5 m，C點(diǎn)是BE連