第35講機械波（講義）（原卷版）

第35講機械波目錄復(fù)習(xí)目標網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點一機械波的傳播和波的圖像【夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理】知識點1機械波的基礎(chǔ)知識知識點2機械波的圖像【提升·必考題型歸納】考向1機械波的規(guī)律和描述考向2機械波的圖像應(yīng)用考點二波動圖像和振動圖像【夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理】知識點1波動圖像和振動圖像的比較知識點2波動圖像和振動圖像易錯點與關(guān)鍵【提升·必考題型歸納】考向1已知質(zhì)點振動圖像判定波的圖像考向2已知波的圖像判定質(zhì)點振動圖像考向3波動圖像和振動圖像綜合應(yīng)用考點三波的多解問題【夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理】知識點1造成波動問題多解的主要因素知識點2解決波的多解問題的思路【提升·必考題型歸納】考向1波的周期性多解考向2波的雙向性多解考點四機械波的干涉、衍射和多普勒效應(yīng)【夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理】知識點1機械波的干涉知識點2機械波的衍射知識點3多普勒效應(yīng)【提升·必考題型歸納】考向1機械波的干涉考向2機械波的衍射考向3多普勒效應(yīng)真題感悟理解和掌握機械波的物理量、波動圖像以及有關(guān)機械波的多解問題。理解和掌握機械波的干涉、衍射和多普勒效應(yīng)?？键c要求考題統(tǒng)計考情分析（1）機械波和波動圖像（2）機械波的干涉、衍射和多普勒效應(yīng)2023年6月浙江卷第11題2023年天津卷第7題2023年北京卷第4題高考對機械波的考查非常頻繁，大多以選擇題的形式出現(xiàn)，考題的難度不大，但考查的方式上多種多樣，一輪復(fù)習(xí)應(yīng)加強對機械波基礎(chǔ)內(nèi)容的總結(jié)。考點一機械波的傳播和波的圖像知識點1機械波的基礎(chǔ)知識1．機械波的形成條件(1)有發(fā)生機械振動的。(2)有傳播，如空氣、水等。2．傳播特點(1)傳播振動形式、傳遞、傳遞信息。(2)質(zhì)點不隨波遷移。3．描述機械波的物理量(1)波長λ：在波的傳播方向上，振動相位總是的兩個相鄰質(zhì)點間的距離，用“λ”表示。(2)頻率f：在波動中，介質(zhì)中各質(zhì)點的振動頻率都是相同的，都等于的振動頻率。(3)波速：波的傳播速度，由決定，與波源。(4)波速公式：v＝λf＝eq\f(λ,T)或v＝eq\f(Δx,Δt)。4．機械波的傳播特點(1)波傳到任意一點，該點的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介質(zhì)中每個質(zhì)點都做受迫振動，因此，任一質(zhì)點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)波源經(jīng)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。知識點2機械波的圖像1．波的圖像的特點(1)時間間隔Δt＝nT(波傳播nλ，n＝0,1,2,3，…)時，波形不變。(2)在波的傳播方向上：①當兩質(zhì)點平衡位置間的距離Δx＝nλ(n＝1,2,3，…)時，它們的振動步調(diào)總相同，在波形圖上的對應(yīng)位移一定相同；②當兩質(zhì)點平衡位置間的距離Δx＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)時，它們的振動步調(diào)總相反，在波形圖上的對應(yīng)位移一定等值反向。(3)波源質(zhì)點的起振方向決定了它后面的質(zhì)點的起振方向，各質(zhì)點的起振方向與波源的起振方向相同。2．根據(jù)波的圖像、波的傳播方向判定質(zhì)點的振動方向的方法內(nèi)容圖像“上下坡”法沿波的傳播方向，“上坡”時質(zhì)點向下振動，“下坡”時質(zhì)點向上振動“同側(cè)”法波形圖上某點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行微小的平移，再由對應(yīng)同一x坐標的兩波形曲線上的點來判斷振動方向注意：波的圖像、波的傳播方向與質(zhì)點振動方向三者之間可以互相判定?？枷?機械波的規(guī)律和描述1．某同學(xué)漂浮在海面上，雖然水面波正平穩(wěn)地以1.8m/s的速率向著海灘傳播，但他并不向海灘靠近。該同學(xué)發(fā)現(xiàn)從第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間間隔為15s。下列說法正確的是（）A．該水面波的頻率為6HzB．該水面波的波長為3mC．水面波沒有將該同學(xué)推向岸邊，是因為波傳播時能量不會傳遞出去D．水面波沒有將該同學(xué)推向岸邊，是因為波傳播時振動的質(zhì)點并不隨波遷移2．如圖，左邊為豎直彈簧振動系統(tǒng)，振子連接一根水平很長的輕軟繩，沿繩方向取軸。振子從平衡位置以某一初速度向端開始做簡諧運動，經(jīng)處的繩開始振動，則下列說法正確的是（）

A．此繩波的周期為B．繩上產(chǎn)生的波的傳播速度與彈簧振子振動的頻率無關(guān)C．繩上各質(zhì)點都沿軸方向運動，因此繩波為橫波D．若振子振動頻率，則繩波波長為考向2機械波的圖像應(yīng)用3．某波源在時刻發(fā)出一列簡諧橫波，時波傳播到距波源處，此時的波形圖及質(zhì)點P、Q的位置如圖所示，則下列判斷正確的是（）

A．時，波源向軸正方向運動B．時，質(zhì)點的速度正在減小C．時，質(zhì)點的加速度正在增大D．經(jīng)過時間，質(zhì)點沿波的傳播方向移動的距離為4．一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t時刻的波形圖如圖所示。已知該波的周期時為T，a、b、c、d是波的傳播方向上的四個質(zhì)點，則在時刻（）

A．質(zhì)點a正在向y軸正方向運動B．質(zhì)點b的速度正在增大C．質(zhì)點c的速度最大D．質(zhì)點c遷移到了質(zhì)點d的位置考點二波動圖像和振動圖像知識點1波動圖像和振動圖像的比較振動圖像波的圖像圖像物理意義表示某質(zhì)點各個時刻的位移表示某時刻各質(zhì)點的位移圖像信息(1)質(zhì)點振動周期(2)質(zhì)點振幅(3)各時刻質(zhì)點位移(4)各時刻速度、加速度方向(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點在該時刻的位移(3)任意一質(zhì)點在該時刻加速度方向(4)傳播方向、振動方向的互判圖像變化隨時間推移，圖像延續(xù)，但已有形狀不變隨時間推移，圖像沿傳播方向平移形象比喻記錄著一個人一段時間內(nèi)活動的錄像帶記錄著許多人某時刻動作、表情的集體照片知識點2波動圖像和振動圖像易錯點與關(guān)鍵1．兩種圖像問題的易錯點(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)點的振動位移。(5)誤認為質(zhì)點隨波遷移。2．求解波的圖像與振動圖像綜合問題的三關(guān)鍵：“一分、一看、二找”考向1已知質(zhì)點振動圖像判定波的圖像1．一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，已知平衡位置在處的質(zhì)點振動圖像如圖所示，下列選項中可能為時的波形圖的是（）

A．

B．

C．

D．

考向2已知波的圖像判定質(zhì)點振動圖像2．一列簡諧橫波在均勻介質(zhì)中向某一方向傳播，在某一時刻的波形如圖所示，并且此時振動還只發(fā)生在A、B之間，質(zhì)點P此時處于波峰，波的周期為T。由波源起振開始計時，以下關(guān)于P點的振動圖像，可能正確的是（）A． B．C． D．考向3波動圖像和振動圖像綜合應(yīng)用3．如圖（a）所示，一列簡諧橫波沿x軸傳播，實線和虛線分別為時刻和時刻的波形圖，其中，P、Q分別是平衡位置為和的兩質(zhì)點。圖（b）為質(zhì)點Q的振動圖像，下列說法正確的是（）A．可能等于B．時刻質(zhì)點Q的加速度達到最大C．簡諧橫波沿x軸傳播的速度大小為D．到時間內(nèi)，質(zhì)點P隨波向右移動了E．到時間內(nèi)，P運動的路程可能大于Q運動的路程4．戰(zhàn)繩運動是健身房設(shè)計用來減脂的一項爆發(fā)性運動，人們在做戰(zhàn)繩運動時，用手抓緊繩子，做出用繩子的動作，使得繩子呈波浪狀向前推進，形成橫波（可視為簡諧橫波）。時波形圖如圖1所示，圖2是繩上某質(zhì)點的振動圖像，下列說法中正確的是（）A．該波的波速為 B．波源開始振動的方向向下C．該質(zhì)點與波源的距離為 D．時間內(nèi)該質(zhì)點通過的路程為考點三波的多解問題知識點1造成波動問題多解的主要因素(1)周期性①時間周期性:時間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確;②空間周期性:波傳播距離Δx與波長λ的關(guān)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(zhì)點振動方向不確定。(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。知識點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,即找出一個周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系Δt或Δx,若此關(guān)系為時間,則t=nT+Δt(n=0,1,2…);若此關(guān)系為距離,則x=nλ+Δx(n=0,1,2…)。步驟如下(1)根據(jù)初、末兩時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=ΔxΔt或v=考向1波的周期性多解1．如圖所示，一列簡諧橫波沿x軸負方向傳播，實線為時刻的波形圖，虛線為時刻的波形圖，M是處的質(zhì)點．則下列說法正確的是（）A．這列波的波長是B．時刻，質(zhì)點M運動方向沿y軸負方向C．該簡諧波的最小頻率為D．該簡諧波的最小傳播速度為E．時，質(zhì)點M位移可能為02．一列簡諧橫波沿x軸傳播，圖甲和圖乙分別是平衡位置位于x1=1m及x2=4m處兩質(zhì)點的振動圖像。下列說法正確的是（）A．波長可能為3m B．波長可能為C．波速可能為 D．波速可能為考向2波的雙向性多解3．如圖所示，實線是一列簡諧橫波在時刻的波形圖，虛線是時刻的波形圖，已知質(zhì)點M的平衡位置距O點距離為5m。下列說法正確的是（）A．若波沿x軸負向傳播時，其周期可能為B．無論波向哪個方向傳播，質(zhì)點M在時刻一定沿y軸正方向運動C．若該波沿x軸正向傳播，其波速可能為D．若波沿x軸負向傳播時，當周期時，質(zhì)點M在到時間內(nèi)運動的路程為4．沿x軸傳播的簡諧橫波在t1＝0時刻的波形如圖中實線所示，在t2＝0.4s時刻的波形如圖中虛線所示。已知波的周期0.2s<T<0.4s，P為波中的一個振動質(zhì)點。則下列說法正確的是（）A．波的傳播速度可能為20m/sB．在t3＝0.6s時刻，質(zhì)點P的振動方向一定向下C．在t3＝0.6s時刻，質(zhì)點P的加速度方向一定向上D．質(zhì)點P在2.4s內(nèi)運動的路程可能為96cm考點四機械波的干涉、衍射和多普勒效應(yīng)知識點1機械波的干涉波的干涉現(xiàn)象中振動加強點、減弱點的兩種判斷方法1.公式法某質(zhì)點的振動是加強還是減弱，取決于該點到兩相干波源的距離之差Δr。①當兩波源振動步調(diào)時若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，則振動加強；若Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，…)，則振動減弱。②當兩波源振動步調(diào)時若Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，…)，則振動加強；若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，則振動減弱。2.波形圖法在某時刻波的干涉的波形圖上，波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點，一定是加強點，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，加強點與減弱點之間各質(zhì)點的振幅介于加強點與減弱點的振幅之間。知識點2機械波的衍射波的衍射現(xiàn)象是指波能繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差或者波長。知識點3多普勒效應(yīng)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間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)。當波以速度v通過觀察者時,時間t內(nèi)通過的完全波的個數(shù)為N=vtλ2.當波源與觀察者相互時,觀察者接收到的頻率;當波源與觀察者相互時,觀察者接收到的頻率?？枷?機械波的干涉1．如圖甲所示，、和是同一水平面內(nèi)的三個點，沿豎直方向振動的橫波Ⅰ在介質(zhì)中沿方向傳播，與相距40cm，點的振動圖像如圖乙所示；沿豎直方向振動的橫波Ⅱ在同一介質(zhì)中沿方向傳播，與相距50cm，點的振動圖像如圖丙所示。在時刻，兩列波同時分別經(jīng)過、兩點，兩列波的波速都為20cm/s，兩列波在點相遇，則以下說法不正確的是（）A．兩列波的波長均為20cmB．點是振幅是為10cmC．4.5s時點在平衡位置且向下振動D．波遇到20cm的障礙物將發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象2．如圖所示，兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負方向傳播，兩波源分別位于x=2m和x=12m處，兩列波的傳播周期均為1s，兩波源的振幅均為A=4cm。圖示為t=0時刻兩列波的圖像，此時刻平衡位置處于x=2m和x=8m的兩質(zhì)點P、Q剛開始振動，質(zhì)點M的平衡位置處于x=5m處。下列說法正確的是（）

A．t=0.75s時刻，兩列波剛好在M點相遇B．t=0.75s時刻，質(zhì)點P運動的路程12cmC．質(zhì)點P、Q的起振方向相反D．t=1s時刻，質(zhì)點Q加速度最大E．t=1s時刻，質(zhì)點M的位移為8cm考向2機械波的衍射3．如圖，P為橋墩，A為靠近橋墩浮在水面的葉片，波源S連續(xù)振動，形成水波，此時葉片A靜止不動。為使水波能帶動葉片振動，可用的方法是（）

A．增大波源振幅 B．降低波源頻率C．減小波源距橋墩的距離 D．增大波源頻率考向3多普勒效應(yīng)4．我國研制的“復(fù)興號動車組”首次實現(xiàn)了時速350km/h的自動駕駛，此時多普勒效應(yīng)會影響無線通信系統(tǒng)穩(wěn)定，這要求通信基站能分析誤差并及時校正。如圖一輛行駛的動車組發(fā)出一頻率為、持續(xù)時間為的通訊信號，與動車組行駛方向在同一直線上的通信基站A、B接收到信號的頻率和持續(xù)時間分別為、和、，下列判斷正確的是（）A． B．C． D．1．（2023年6月浙江卷高考真題）如圖所示