高中物理新高考第一輪復習教案：第2講　機械波

第2講機械波必備知識新學法基礎(chǔ)落實一、機械波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．[主干知識·填一填]波源介質(zhì)能量垂直相同波源介質(zhì)無關(guān)λf

三、機械波的圖像1．圖像：在平面直角坐標系中，用橫坐標表示介質(zhì)中各質(zhì)點的__________，用縱坐標表示某一時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移，連接各位移矢量的末端，得出的曲線即為波的圖像，簡諧波的圖像是正弦(或余弦)曲線．2．物理意義：某一時刻介質(zhì)中各質(zhì)點相對__________的位移．四、波的衍射1．定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．2．發(fā)生明顯衍射的條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長__________，或者__________時，才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象．平衡位置平衡位置相差不多小于波長五、波的干涉1．波的疊加原理：幾列波相遇時能保持各自的運動特征，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)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(1)定義：頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振動總是__________、某些區(qū)域的振動總是__________，這種現(xiàn)象叫作波的干涉．(2)條件：兩列波的頻率相同，振動方向相同，相位差恒定．3．干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象，波同時還可以發(fā)生反射、折射．六、多普勒效應(yīng)由于波源與觀察者互相__________或者互相__________時，接收到的波的__________與波源頻率不相等的現(xiàn)象．加強減弱靠近遠離頻率1．在波的傳播方向上各質(zhì)點起振的方向與波源的起振方向相同．2．已經(jīng)形成的波跟波源無關(guān)，即使波源停止振動，波仍然繼續(xù)向前傳播．3．波的周期性、波傳播的雙向性及質(zhì)點振動的雙向性是波動問題產(chǎn)生多解的主要因素．4．當兩波源為同相波源時，到兩波源的距離差為波長的整數(shù)倍的點為加強點，而兩波源為反相波源時，到兩波源的距離差為波長的整數(shù)倍的點為減弱點．加強點指的是振幅變大，質(zhì)點仍在振動，并非一直遠離平衡位置，減弱點的振幅可能為零，即靜止不動．5．發(fā)生衍射是無條件的，發(fā)生明顯衍射是有條件的．[規(guī)律結(jié)論·記一記]一、易混易錯判斷1．在機械波的傳播過程中，各質(zhì)點隨波的傳播而遷移．()2．相距一個(或整數(shù)個)波長的兩個質(zhì)點的振動位移在任何時刻都相同，而且振動速度的大小和方向也相同．()3．兩列波在介質(zhì)中疊加，一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象．()4．波的傳播在時間上有周期性，在空間上也有周期性．()5．機械波傳遞的是振動形式和能量．()6．波的圖像描述的是一個質(zhì)點的位移隨時間變化的關(guān)系．()[必刷小題·測一測]×√×√√×二、經(jīng)典小題速練1.(魯科版選擇性必修第一冊P67T3)用手握住較長軟繩的一端連續(xù)上下抖動，形成一列簡諧橫波．某一時刻的波形如圖所示，繩上a、b兩質(zhì)點均處于波峰位置．下列說法正確的是(

)A．a(chǎn)、b兩質(zhì)點之間的距離為半個波長B．a(chǎn)、b兩質(zhì)點振動開始時刻相差半個周期C．質(zhì)點b完成的全振動次數(shù)比質(zhì)點a多一次D．質(zhì)點b完成的全振動次數(shù)比質(zhì)點a少一次解析：D

a、b之間的距離為一個波長，兩點開始振動的時刻相差一個周期，所以質(zhì)點b完成的全振動次數(shù)比質(zhì)點a少一次，選項D正確，A、B、C均錯誤．D2．(粵教版選擇性必修第一冊P88T4)利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖所示，則(

)A．圖(a)和圖(b)均顯示了波的干涉現(xiàn)象B．圖(a)和圖(b)均顯示了波的衍射現(xiàn)象C．圖(a)顯示了波的干涉現(xiàn)象，圖(b)顯示了波的衍射現(xiàn)象D．圖(a)顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖(b)顯示了波的干涉現(xiàn)象解析：D波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象是波的衍射現(xiàn)象，而兩列頻率相同的波相遇時，有些地方振動加強，有些地方振動減弱，且加強和減弱區(qū)域交替出現(xiàn)的為干涉現(xiàn)象，故選項D正確，A、B、C均錯誤．D3．(魯科版選擇性必修第一冊P77T5)(多選)兩列振動方向相同、振幅分別為A1和A2的波發(fā)生干涉現(xiàn)象．下列說法正確的是(

)A．波峰與波谷相遇處，質(zhì)點的振幅為|A1－A2|B．波峰與波峰相遇處，質(zhì)點離開平衡位置的位移始終為A1＋A2C．波峰與波谷相遇處，質(zhì)點的位移總是小于波峰與波峰相遇處質(zhì)點的位移D．波峰與波峰相遇處，質(zhì)點的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質(zhì)點的振幅解析：AD當波峰與波谷相遇時，質(zhì)點振動減弱，振幅為|A1－A2|，當波峰與波峰相遇，或波谷與波谷相遇時，振動加強，振幅為A1＋A2，但位移都隨時間而改變，故A、D正確，B、C錯誤．AD關(guān)鍵能力新探究思維拓展2．波動圖像的信息(如圖所示)(1)直接讀取振幅A和波長λ，以及該時刻各質(zhì)點的位移．(2)確定某時刻各質(zhì)點加速度的方向，并能比較其大?。?3)結(jié)合波的傳播方向可確定各質(zhì)點的振動方向或由各質(zhì)點的振動方向確定波的傳播方向．3．波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法[題組突破]1．(波的傳播特點與波速公式的應(yīng)用)(多選)體育課上甲同學一腳把足球踢到了足球場旁邊的池塘中間．乙提出用石頭激起水波讓水浪把足球推到池邊，他拋出一石塊到水池中激起了一列水波，可是結(jié)果足球并沒有被推到池邊．大家一籌莫展，恰好物理老師來了，大家進行了關(guān)于波的討論．物理老師把兩片小樹葉放在水面上，大家觀察發(fā)現(xiàn)兩片小樹葉在做上下振動，當一片樹葉在波峰時恰好另一片樹葉在波谷，兩樹葉在1min內(nèi)都上下振動了36次，兩樹葉之間有2個波峰，他們測出兩樹葉間水面距離是4m．則下列說法正確的是(

)A．該列水波的頻率是36HzB．該列水波的波長是1.6mC．該列水波的波速是0.96m/sD．兩片樹葉的位移始終等大反向BCDC3．(已知質(zhì)點振動方向分析波的傳播情況)一列簡諧橫波沿x軸傳播，t＝0時的波形如圖所示，質(zhì)點A與質(zhì)點B相距1m，A點速度沿y軸正方向；t＝0.02s時，質(zhì)點A第一次到達正向最大位移處，由此可知(

)A．此波沿x軸正方向傳播B．此波的傳播速度為50m/sC．從t＝0時起，經(jīng)過0.04s，質(zhì)點A沿波傳播方向遷移了1mD．在t＝0.04s時，質(zhì)點B處在平衡位置，速度沿y軸正方向D命題點二振動圖像與波的圖像的綜合應(yīng)用(師生互動)[核心整合]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

(2021·北京房山區(qū)高三二模)一列沿x軸方向傳播的簡諧橫波，在t＝0時波形如圖甲所示，a、b、c、d為介質(zhì)中的四個質(zhì)點，圖乙為質(zhì)點b的振動圖像，下述說法中正確的是(

)A．該波的波速為8m/sB．該波沿x軸正方向傳播C．t＝0.5s時，質(zhì)點a具有最大加速度D．質(zhì)點c在t＝1s時處于平衡位置，并沿y軸負方向運動例

1B“一分、一看、二找”巧解波的圖像與振動圖像綜合類問題題后反思

[題組突破]1．(已知波的圖像判定質(zhì)點的振動圖像)如圖所示，甲圖為t＝1s時某向左傳播的橫波的波形圖像，乙圖為該波傳播方向上某一質(zhì)點的振動圖像，距該質(zhì)點Δx＝0.5m處質(zhì)點的振動圖像可能是(

)A2.(已知質(zhì)點的振動圖像判定波的圖像)在均勻介質(zhì)中，一列沿x軸正向傳播的橫波，其波源O在第一個周期內(nèi)的振動圖像如圖所示，則該波在第一個周期末的波的圖像是(

)解析：D由振動圖像可知波源開始振動的方向沿y軸負方向，則一個周期末開始振動的質(zhì)點，其振動方向也是沿y軸負方向，所以A、C錯誤；由振動圖像可知，后半個周期振動的振幅較大，根據(jù)波的傳播特點，B錯誤，D正確．DB命題點三機械波的多解問題(師生互動)[核心整合]1．造成波動問題的多解的三大因素周期性(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，…)．如圖所示的是在豎直方向上振動并沿水平方向傳播的簡諧橫波，實線是t＝0時刻的波形圖，虛線是t＝0.2s時刻的波形圖．例

2題后反思

[題組突破]1.(波形的隱含性形成多解)(多選)如圖所示，一列簡諧橫波向右傳播，P、Q兩質(zhì)點平衡位置相距0.15m．當P運動到上方最大位移處時，Q剛好運動到下方最大位移處，則這列波的波長可能是(

)A．0.60m

B．0.30mC．0.20m D．0.10mBDACD3．(波傳播的雙向性引起多解)(2019·天津卷)(多選)一列簡諧橫波沿x軸傳播，已知x軸上x1＝1m和x2＝7m處質(zhì)點的振動圖像分別如圖1、圖2所示，則此列波的傳播速率可能是(

)A．7m/s

B．2m/sC．1.2m/s D．1m/sBC2．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不大或者小于波長．3．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)．(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?。瓵2．(加強與減弱的判斷)(2022·河北衡水中學高三其他模擬)如圖甲所示，在水平面內(nèi)，有三個質(zhì)點a、b、c分別位于直角三角形的三個頂點上，已知ab＝6m，ac＝8m．在t1＝0時刻a、b同時開始振動，振動圖像均如圖乙所示，所形成的機械波在水平面內(nèi)傳播，在t2＝4s時c點開始振動，則正確的是(

)A．該機械波的波長為8mB．該機械波的傳播速度大小為8m/sC．兩列波相遇后，c點的振動頻率增大D．兩列波相遇后，c點振動加強D3．(波的衍射問題)(多選)如圖所示，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BD4．(多普勒效應(yīng)的理解)(2020·全國卷Ⅰ改編)(多選)在下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應(yīng)解釋的有(

)A．雷雨天看到閃電后，稍過一會兒才能聽到雷聲B．超聲波被血管中的血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化C．觀察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會變低D．同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中傳播的速度不同解析：BC雷雨天看到閃電后，稍過一會兒才能聽到雷聲，這是由于光在空氣中的傳播速度比聲波在空氣中的傳播速度大，選項A錯誤；超聲波被血管中血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化，是多普勒效應(yīng)，選項B正確；觀察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會變低，是多普勒效應(yīng)，選項C正確；同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中的傳播速度不同，可知聲速與介質(zhì)有關(guān)，不是多普勒效應(yīng)，選項D錯誤．BC限時規(guī)范訓練[基礎(chǔ)鞏固]1．(多選)水槽中，與水面接觸的兩根相同細桿固定在同一個振動片上、振動片做簡諧振動時，兩根細桿周期性觸動水面形成兩個波源．兩波源發(fā)出的波在水面上相遇，在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣．關(guān)于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動的質(zhì)點，下列說法正確的是(

)A．不同質(zhì)點的振幅都相同B．不同質(zhì)點振動的頻率都相同C．不同質(zhì)點振動的相位都相同D．同一質(zhì)點處，兩列波的相位差不隨時間變化1234567891011BD解析：BD兩列波相遇疊加發(fā)生干涉，一些質(zhì)點的振動加強，一些質(zhì)點的振動減弱，即振幅不同，A錯誤；

各質(zhì)點的振動頻率都與振動片相同，B正確；不同質(zhì)點振動的相位不同(不是同時到達正的最大位移處)，C錯誤；兩列波頻率相同，在同一質(zhì)點處的相位差恒定，D正確．1234567891011

2.(2022·湖北高三專題練習)如圖為沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t＝0時刻的圖像，該時刻P、Q兩質(zhì)點離開平衡位置的位移相同，此后P質(zhì)點回到平衡位置的最短時間為0.2s，Q質(zhì)點回到平衡位置的最短時間為0.6s，下列說法正確的是(

)A．該波沿軸負方向傳播B．該波的傳播速度為7.5m/sC．該波的傳播周期為1.2sD．t＝0.3s時，質(zhì)點P的加速度方向沿y軸負方向1234567891011B12345678910111234567891011D12345678910114．圖1中的B超成像的基本原理是探頭向人體發(fā)射一組超聲波，遇到人體組織會產(chǎn)生不同程度的反射，探頭接收到的超聲波信號由計算機處理，從而形成B超圖像．圖2為血管探頭沿x軸正方向發(fā)送的簡諧超聲波圖像，t＝0時刻波恰好傳到質(zhì)點M.已知此超聲波的頻率為1×107Hz.下列說法正確的是(

)A．血管探頭發(fā)出的超聲波在血管中的傳播速度為1.4×103

m/sB．質(zhì)點M開始振動的方向沿y軸正方向C．t＝1.25×10－7s時質(zhì)點M運動到橫坐標x＝3.5×10－4m處D．0～1.25×10－7s內(nèi)質(zhì)點M的路程為1mm1234567891011A12345678910115．(2021·全國甲卷)均勻介質(zhì)中質(zhì)點A、B的平衡位置位于x軸上，坐標分別為0和xB

＝16cm.某簡諧橫波沿x軸正方向傳播，波速為v＝20cm/s，波長大于20cm，振幅為y＝1cm，且傳播時無衰減．t＝0時刻A、B偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同，運動方向相反，此后每隔Δt＝0.6s，兩者偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同．已知在t1時刻(t1>0)，質(zhì)點A位于波峰．求：(1)從t1時刻開始，質(zhì)點B最少要經(jīng)過多長時間位于波峰；(2)t1時刻質(zhì)點B偏離平衡位置的位移．123456789101112345678910111234567891011[能力提升]6．(2021·天津市寧河區(qū)蘆臺第一中學高三一模)(多選)圖甲是沿x軸傳播的簡諧橫波在t＝0.2s時刻的波形圖，乙圖是x＝0處質(zhì)點的振動圖像，P是x＝2m處的質(zhì)點，Q是x＝0.5m處的質(zhì)點，下列說法正確的是(

)A．該波沿x軸負方向傳播B．在t＝0.2s時刻，質(zhì)點P的振動速度一定是10m/sC．Q質(zhì)點在0.2s～0.4s內(nèi)的路程為10cmD．以t＝0.2s為計時起點，P質(zhì)點的振動方程為y＝5sin5πt(cm)1234567891011CD12345678910117．甲、乙兩列簡諧橫波在同一均勻介質(zhì)中傳播，甲波沿x軸正方向傳播，乙波沿x軸負方向傳播，t＝0時刻兩列波的波形圖如圖所示．已知波速v＝8m/s，下列說法正確的是(

)A．波的頻率f＝0.5HzB．t＝0時刻，x＝4m與x＝8m處的兩質(zhì)點振動方向相同C．兩列波疊加后，x＝6m處為振動加強點D．在t＝0.5s時刻，x＝5m處的質(zhì)點第一次到達y＝－7cm處1234567891011D解析：D由圖可知λ＝4m，根據(jù)v＝λf得f＝2Hz，故A錯誤；t＝0時刻，x＝4m處的質(zhì)點向上振動，x＝8m處的質(zhì)點向下振動，故B錯誤；兩列波疊加后，x＝6m處為振動減弱點，故C錯誤；x＝5m處為振動加強點，在t＝0.5s時刻質(zhì)點第一次到達波谷即y＝－7cm處，故D正確．12345678910118．如圖甲所示，B、C和P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BP方向傳播，P與B相距40cm，B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CP方向傳播，P與C相距50cm，C點的振動圖像如圖丙所示．在t＝0時刻，兩列波同時分別經(jīng)過B、C兩點，兩列波的波速都為20cm/s，兩列波在P點相遇，則以下說法正確的是(

)A．兩列波的波長均為20cmB．P點振幅為10cmC．4.5s時P點在平衡位置且向上振動D．波遇到40cm的障礙物將發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象1234567891011A12345678910119．(2021·山東卷)(多選)一列簡諧橫波沿x軸傳播，如圖所示，實線為t1＝2s時的波形圖，虛線為t2＝5s時的波形圖．以下關(guān)于平衡位置在O處質(zhì)點的振動圖像，可能正確的是(

)1234567891011AC123456789101110