新高考物理一輪復習重難點練習專題30 機械波（原卷版）

專題30機械波1.知道機械波的形成及特點.2.掌握波速、波長和頻率的關系，會分析波的圖像.3.知道波的干涉、衍射和多普勒效應，掌握干涉、衍射的條件．考點一機械波與波的圖像1．機械波(1)機械波的形成條件①有發(fā)生機械振動的波源．②有傳播介質，如空氣、水等．(2)傳播特點①機械波傳播的只是振動的形式和能量，質點只在各自的平衡位置附近做簡諧運動，并不隨波遷移．②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．③介質中每個質點都做受迫振動，因此，任一質點的振動頻率和周期都和波源的振動頻率和周期相同．④波源經過一個周期T完成一次全振動，波恰好向前傳播一個波長的距離．2．波的圖像(1)坐標軸：橫軸表示各質點的平衡位置，縱軸表示該時刻各質點的位移．(2)意義：表示在波的傳播方向上，某時刻各質點離開平衡位置的位移．(3)圖像(如圖)3．波長、波速、頻率及其關系(1)波長λ：在波的傳播方向上，振動相位總是相同的兩個相鄰質點間的距離．(2)波速v：波在介質中的傳播速度，由介質本身的性質決定．(3)頻率f：由波源決定，等于波源的振動頻率．(4)波長、波速和頻率(周期)的關系：v＝eq\f(λ,T)＝λf.1．波的周期性(1)質點振動nT(n＝1,2,3，…)時，波形不變．(2)在波的傳播方向上，當兩質點平衡位置間的距離為nλ(n＝1,2,3，…)時，它們的振動步調總相同；當兩質點平衡位置間的距離為(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)時，它們的振動步調總相反．2．波的傳播方向與質點振動方向的互判“上下坡”法沿波的傳播方向，“上坡”時質點向下振動，“下坡”時質點向上振動“同側”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“微平移”法將波形沿傳播方向進行微小的平移，再由對應同一x坐標的兩波形曲線上的點來判斷質點振動方向【典例1】（2022·全國·高三課時練習）關于機械波的形成與傳播，下列說法中錯誤的是（）A．物體做機械振動，不一定產生機械波B．后振動的質點總是跟著先振動的質點重復振動，只是時間落后一步C．參與振動的質點都有相同的頻率D．機械波經過的區(qū)域質點隨波遷移，同時機械波將波源的能量傳遞出去【典例2】（2022·全國·高三專題練習）一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，某時刻的波形如圖所示，關于質點P的說法正確的是（）A．該時刻速度沿y軸正方向 B．該時刻加速度沿y軸正方向C．此后SKIPIF1<0周期內通過的路程為A D．此后SKIPIF1<0周期內沿x軸正方向遷移為SKIPIF1<0考點二波的圖像與振動圖像的綜合應用振動圖像和波的圖像的比較比較項目振動圖像波的圖像研究對象一個質點波傳播方向上的所有質點研究內容某質點位移隨時間的變化規(guī)律某時刻所有質點在空間分布的規(guī)律圖像橫坐標表示時間表示各質點的平衡位置物理意義某質點在各時刻的位移某時刻各質點的位移振動方向的判斷(看下一時刻的位移)(同側法)Δt后的圖形隨時間推移，圖像延伸，但已有形狀不變隨時間推移，圖像沿波的傳播方向平移，原有波形做周期性變化聯(lián)系(1)縱坐標均表示質點的位移(2)縱坐標的最大值均表示振幅(3)波在傳播過程中，各質點都在各自的平衡位置附近振動【典例3】（2022·北京市十一學校三模）圖甲為一列簡諧橫波在t=0.10s時刻的波形圖，圖乙為質點P的振動圖像。下列說法正確的是（）A．在t=0.10s時，質點P的速度為零B．從t=0.10s到t=0.25s，質點P的路程為10cmC．這列簡諧橫波沿x軸正方向傳播D．在t=0.25s時，質點P的加速度沿y軸負方向【典例4】（2022·河北·模擬預測）圖甲為一列簡諧橫波在SKIPIF1<0時刻的波形圖，圖乙為該波中平衡位置坐標為SKIPIF1<0處質點P的振動圖像，則下列說法中正確的是（）A．該波的傳播方向沿SKIPIF1<0軸正方向B．在SKIPIF1<0時刻，圖甲中質點P相對平衡位置的位移為SKIPIF1<0C．在SKIPIF1<0時刻，平衡位置在SKIPIF1<0處的質點的位移為SKIPIF1<0D．從SKIPIF1<0時刻開始至SKIPIF1<0時刻結束，在這段時間內，平衡位置在SKIPIF1<0處的質點通過的路程為SKIPIF1<0考點三波傳播的周期性與多解性問題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．【典例5】（2022·山東·高三專題練習）一簡諧橫波沿x軸負向傳播，SKIPIF1<0時刻的波形如圖甲所示，SKIPIF1<0處的質點振動圖像如圖乙所示，以下說法正確的是（）A．SKIPIF1<0時刻SKIPIF1<0處的質點沿y軸負方向運動B．該質點的振動方程為SKIPIF1<0C．若該波的波長大于0.50m，則該波波長一定為4mD．若該波的波長小于0.50m，則該波波長可能為0.4m【典例6】（2022·海南中學高三階段練習）如圖所示，一列簡諧橫波沿x軸傳播，實線為t=0時刻的波形圖，虛線為t=0.5s時的波形圖，已知質點P的坐標x1=6m，質點Q的坐標x2=7.5m，波的周期T>0.5s。下列說法正確的是（）A．波的周期一定是2s B．波速一定是6m/sC．SKIPIF1<0時，質點Q點的位移一定是零 D．SKIPIF1<0時，質點Q點的位移可能最大考點四波的干涉、衍射多普勒效應1．波的疊加在波的疊加中，質點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和．2．波的干涉現(xiàn)象中加強點、減弱點的判斷方法(1)公式法：某質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當兩波源振動步調一致時．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當兩波源振動步調相反時．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)圖像法：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形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點的振幅介于加強點與減弱點的振幅之間．3．多普勒效應的成因分析(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接收到的完全波的個數．(2)當波源與觀察者相互靠近時，觀察者接收到的頻率變大，當波源與觀察者相互遠離時，觀察者接收到的頻率變?。镜淅?】（2022·重慶·模擬預測）如圖所示，甲、乙兩列簡諧橫波在同一介質中沿x軸正方向傳播，波速均為SKIPIF1<0。在SKIPIF1<0時，兩列波的波峰正好在SKIPIF1<0處重合，則下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0時刻，乙波上SKIPIF1<0質點振動方向沿y軸正方向B．SKIPIF1<0時刻，甲波上SKIPIF1<0質點振動方向沿y軸正方向C．簡諧橫波甲的周期SKIPIF1<0D．甲、乙兩列波疊加會產生干涉現(xiàn)象【典例8】（2022·山東·高三學業(yè)考試）如圖甲所示，一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在傳播方向上有P、Q兩個質點，兩質點置坐標分別為xP＝0.6m、xQ＝1.5m，某時刻簡諧波剛好傳到Q點，而此刻質點P恰好位于波峰，并且P、Q之間只有一個波谷。此后質點Q的振動圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．該簡諧波的傳播速度為0.3m/sB．該簡諧波的波長為3.6mC．經t＝6s，質點P沿傳播方向運動了30cmD．一觀察者沿x軸靠近波源運動時，其觀測到該波的頻率將小于0.25Hz一、單選題1．（2022·上海市崇明中學模擬預測）一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在x軸上有相距2cm的P和Q兩點，從P點振動開始計時，兩點的振動圖像分別如圖中的實線和虛線所示，則由此可以判斷該波的（）A．頻率4Hz B．波長是4cmC．波速是2cm/s D．振幅是20cm2．（2022·遼寧·沈陽二中三模）如圖所示，在坐標原點O處有一波源S，它沿y軸做頻率為50Hz；振幅為2cm的簡諧振動，形成的波可沿x軸正、負方向傳播，波速為20m/s，開始振動時S恰好經過O點沿y軸正方向運動，則波傳到坐標為SKIPIF1<0的N點時SKIPIF1<0的質點M運動狀態(tài)是（）A．處于平衡位置且向下運動B．處于平衡位置且向上運動C．處于波峰位置D．處于波谷位置3．（2022·北京·楊鎮(zhèn)第一中學模擬預測）某同學使用如圖所示的實驗裝置觀察水面波衍射，AC、BD是擋板，AB是一個孔，O是波源。圖中曲線中，每兩條相鄰波紋之間距離是一個波長，波經過孔之后，下列描述正確的是（）A．不能觀察到明顯的波的衍射現(xiàn)象B．擋板前后波紋間距離不相等C．如果將孔AB擴大，仍可能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象D．如果孔的大小不變，使波源頻率減小，仍能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象4．（2022·上海黃浦·二模）一列簡諧橫波某時刻的波形如圖所示，此后L質點比K質點先回到平衡位置。則該波的傳播方向和此刻K質點的速度方向分別為（）A．x軸正方向、y軸正方向B．x軸正方向、y軸負方向C．x軸負方向、y軸正方向D．x軸負方向、y軸負方向5．（2022·上海金山·二模）如圖為兩波源S1、S2在水槽中產生的波形，其中實線表示波峰，虛線表示波谷。為使兩波在相遇區(qū)域能發(fā)生干涉，應（）A．增大S1與S2的間距 B．降低S1的振動頻率C．將槽中的水換成油 D．增大S2的振動周期6．（2022·北京·101中學三模）氣流流動的過程中都會發(fā)出噪聲，如圖所示的消聲器可以用來削弱高速氣流產生的噪聲。波長為SKIPIF1<0的聲波沿水平管道自左向右傳播，在聲波到達a處時，分成上下兩束波，這兩束聲波在b處相遇時可削弱噪聲，則（）A．該消聲器在b處可削弱噪聲，是因為上下兩束波到達b處的波速不同B．該消聲器在b處可削弱噪聲，是因為上下兩束波在b處振幅不同C．該消聲器在b處削弱噪聲時，上下兩束波從a到b的路程差可能為SKIPIF1<0D．該消聲器在b處削弱噪聲時，上下兩束波從a到b的路程差可能為SKIPIF1<07．（2022·江蘇揚州·模擬預測）醫(yī)學上利用超聲波進行身體檢查，探頭發(fā)出一定頻率的超聲波，指向需要檢查的部位，超聲波射入人體后，在機體的組織器官形成反射波，回聲返回到探頭，經過信號轉換之后形成影像，用于診斷。下列說法正確的是（）。A．超聲波在空氣中傳播時，質點的振動方向與傳播方向垂直B．為提高成像分辨力應使超聲波的波長比探測目標小的多C．若被檢界面向探頭運動，回聲頻率比發(fā)射頻率降低D．進行超聲探測時，探頭與人體表面間需留有空隙8．（2022·湖北·天門市教育科學研究院高三學業(yè)考試）一列簡諧橫波沿x軸在介質中傳播，M、N是x軸上介質中的兩個質點。圖甲是SKIPIF1<0的該簡諧橫波的波形圖，圖乙是質點N的振動圖像，SKIPIF1<0時刻質點M的縱坐標為2SKIPIF1<0，下列說法不正確的是（）A．該列簡諧橫波沿著x軸的正方向傳播B．該列簡諧橫波的傳播速度為4.0SKIPIF1<0C．當SKIPIF1<0時，質點N在波峰，加速度最小D．當SKIPIF1<0時，質點M第一次到達波峰9．（2022·江蘇·模擬預測）一列簡諧橫波在SKIPIF1<0時刻的波形如圖甲所示，質點P、Q在x軸上的位置為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0。從此時開始，P質點的振動圖像如圖乙所示，下列說法正確的是（）A．該波沿x軸正向傳播B．此后P、Q兩點速度大小始終不相等C．SKIPIF1<0時，Q質點的位移為SKIPIF1<0D．若此波遇到另一列簡諧橫波發(fā)生了干涉現(xiàn)象，則所遇到的波的頻率為SKIPIF1<010．（2022·山東濟寧·三模）如圖甲所示，在x軸上相距1.5m的O、M兩點有兩波源，t=0時刻，兩波源開始振動，振動圖像分別如圖乙、丙所示。已知兩波的傳播速度為1m/s，x軸上的P點與O點相距1.2m，則（

）A．兩列波不能發(fā)生干涉現(xiàn)象 B．M點波源的振動方程為SKIPIF1<0C．P點為振動加強點，振幅為7cm D．t=0.5s時，P點沿y軸正向振動二、填空題11．（2022·全國·高三專題練習）介質中平衡位置在同一水平面上的兩個點波源SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，二者做簡諧運動的振幅相等，周期均為SKIPIF1<0。當SKIPIF1<0過平衡位置向上運動時，SKIPIF1<0也過平衡位置向上運動。若波速為SKIPIF1<0，則由SKIPIF1<0和SKIPIF1<0發(fā)出的簡諧橫波的波長均為______m。P為波源平衡位置所在水平面上的一點，與SKIPIF1<0、SKIPIF1<0平衡位置的距離均為SKIPIF1<0，則兩波在P點引起的振動總是相互______（填“加強”或“削弱”）的；當SKIPIF1<0恰好在平衡位置向上運動時，平衡位置在P處的質點______（填“向上”或“向下”）運動。12．（2022·廣東·模擬預測）一列橫波沿x軸負方向傳播，實線和虛線分別表示t1=0和t2=0.13s時的波形圖。在t3=0.42s時第8次出現(xiàn)圖中實線的波形（t1=0時為第1次出現(xiàn)實線波形），該波的傳播速度為________m/s，在0<t<0.13s時間內出現(xiàn)了_________次虛線波形。13．（2022·福建福州·模擬預測）長軟繩OA與AB材質不同，用手握住較長軟繩的一端連續(xù)上下抖動，手每秒鐘做一次全振動，以O點為原點向x軸正方向形成一列簡諧橫波，如圖所示，圖中該橫波剛好傳到B點，由此可知手剛開始抖動的方向_______（選填“向上”或“向下”）；SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，以B點開始振動為計時起點，則B處質點第三次到達波峰的時間為________s。14．（2022·山西呂梁·二模）在x軸上有兩個波源，分別位于SKIPIF1<0和SKIPIF1<0處，振幅均為SKIPIF1<0，由它們產生的兩列簡諧橫波甲、乙分別沿x軸正方向和x軸負方向傳播。如圖所示為t=0時刻兩列波的波形圖，此刻平衡位置處于SKIPIF1<0和SKIPIF1<0處的M、N兩質點剛開始振動，經0.1s后SKIPIF1<0處的P點開始振動，則P點振動_________（選填“加強”或“減弱”），0~0.25s時間內，質點P運動的路程為____________cm。三、解答題15．（2022·山東·泰安一中模擬預測）兩列速度大小相等的正弦簡諧波在t0=0時刻的波形如圖所示，它們相向傳播，介質中各點位置如圖所示，已知t1=0.9s時刻，x=6cm處的質點第一次到達波谷。求：（1）從t0=0時刻到兩列波剛好相遇所經過的時間；（2）t2=1.8s時，x=21cm處的質點的縱坐標。16