2025高考物理总复习机械波

第3讲机械波高考总复习2025考点一波的传播与图像强基础•固本增分机械波1.机械波的形成条件(1)有发生机械振动的波源。(2)有传播介质,如空气、水等。2.传播特点(1)机械波传播的只是振动的

和

,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波

。

(2)介质中各质点的振幅相同,振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同。

波的传播方向上各质点起振的方向与波源的起振方向相同(3)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A,位移为

。

个周期内,振动质点通过的路程不一定为A形式能量迁移零3.机械波的分类(1)横波:质点的振动方向与波的传播方向相互

的波,有

(凸部)和

(凹部)。

(2)纵波:质点的振动方向与波的传播方向在

上的波,有

部和

部。

垂直波峰波谷同一直线密疏4.波速、波长和频率的关系(1)波长λ在波动中,振动相位总是

的两个相邻质点间的距离。

(2)波速v波在介质中的传播速度,由

本身的性质决定。

(3)频率f由波源决定,等于波源的

。

(4)波长、波速和频率(周期)的关系①v=λf;②

。相同介质振动频率5.横波的图像(1)坐标轴:横轴表示各质点的

,纵轴表示该时刻各质点的

。

(2)意义:表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开

的位移。

(3)图像平衡位置位移平衡位置×√×√×√研考点•精准突破1.波的周期性(1)质点振动nT(n=1,2,3,…)时,波形不变。(2)在波的传播方向上,当两质点平衡位置间的距离为nλ(n=1,2,3,…)时,它们的振动步调总相同;当两质点平衡位置间的距离为(2n+1)(n=0,1,2,3,…)时,它们的振动步调总相反。2.波的传播方向与质点振动方向的互判

考向一

波的形成及传播典题1(2022北京卷)在如图所示的xOy坐标系中,一条弹性绳沿x轴放置,图中小黑点代表绳上的质点,相邻质点的间距为a。t=0时,x=0处的质点P0开始沿y轴做周期为T、振幅为A的简谐运动。t=T时的波形如图所示。下列说法正确的是(

)D典题2(多选)(2024七省适应性测试贵州物理)一水平软绳右端固定,取绳左端质点O为坐标原点,以绳所在直线为x轴、竖直方向为y轴建立坐标系,在绳上每隔l0选取一个质点。t=0时刻质点O开始沿y轴振动,产生一列沿x轴传播的横波(可视为简谐波)。已知t=t0时刻的波形如图所示,下列说法正确的是(

)A.该波的周期为4t0B.该波的波长为8l0C.t=0时刻,质点O振动方向沿y轴正方向D.t=6t0时刻,x=20l0处的质点位移为零BD解析

由图可知,t=t0时刻波源完成半个全振动,向右传播半个波长,则该波的周期为T=2t0,A错误;由图可知,该波的波长为λ=8l0,B正确;因t=t0时刻质点刚传到x=4l0处,此时该质点沿y轴负方向振动,可知t=0时刻,质点O振动方向沿y轴负方向,C错误;t=6t0时刻,波向前传播24l0,x=20l0处的质点在平衡位置,位移为零,D正确。考向二

波的图像典题3(2024辽宁盘锦模拟)位于O点的波源在t=0时刻,从平衡位置开始沿y轴方向做简谐运动,经0.25s形成如图所示的一列沿x轴正方向传播的简谐横波,此时振动恰好传播至质点P(5,0),则下列说法正确的是(

)A.t=0.12s时刻波源正在做减速运动B.0~1.1s时间内质点P经过的路程为22mC.t=1.3s时刻质点Q(10,0)恰好处于波谷位置D.波源的振动方程为y=2sin10πt(cm)A典题4(多选)一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t时刻的波形如图所示。已知该波的周期时为T,a、b、c、d是波的传播方向上的四个质点,则在t+T时刻(

)A.质点a正在向y轴正方向运动B.质点b的速度正在增大C.质点c的速度最大D.质点c迁移到了质点d的位置AC解析

根据振动方向和传播方向的关系可知,质点a和b在t时刻正沿y轴正方向运动,在t+T时刻质点a正向y轴正方向运动,而质点b已经经过平衡位置并沿y轴负方向运动,速度正在减小,故A正确,B错误;在t+T时刻,质点c处于平衡位置,此时速度最大,故C正确;质点不随波的传播而发生迁移,故D错误。考点二波的图像与振动图像的关联应用振动图像和波的图像的比较

比较项目振动图像波的图像研究对象一个质点波传播方向上的所有质点研究内容某质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点在空间分布的规律图像横坐标表示时间表示各质点的平衡位置物理意义某质点在各时刻的位移某时刻各质点的位移比较项目振动图像波的图像振动方向的判断

(看下一时刻的位移)

(上下坡法)Δt后的图形随时间推移,图像延伸,但已有形状不变随时间推移,图像沿波的传播方向平移,原有波形做周期性变化联系(1)纵坐标均表示质点的位移(2)纵坐标的最大值均表示振幅(3)波在传播过程中,各质点都在各自的平衡位置附近振动考向一

已知质点振动图像判定波的传播情况典题5(2023海南卷)下面两图分别是一列机械波在传播方向上相距6m的两个质点P、Q的振动图像,下列说法正确的是(

)A.该波的周期是5sB.该波的波速是3m/sC.4s时P质点向上振动D.4s时Q质点向上振动C考向二

已知波的图像判定质点振动情况典题6(多选)(2023重庆卷)一列简谐横波在介质中沿x轴传播,波速为2m/s,t=0时的波形如图所示,P为该介质中的一质点。则(

)A.该波的波长为14mB.该波的周期为8sC.t=0时质点P的加速度方向沿y轴负方向D.0~2s内质点P运动的路程有可能小于0.1mBD考向三

波的图像和振动图像综合应用典题7(多选)(2023全国乙卷改编)一列简谐横波沿x轴传播,图甲是t=0时刻的波形图;P是介质中位于x=2m处的质点,其振动图像如图乙所示。下列说法正确的是(

)A.波速为2m/sB.波向左传播C.波的振幅是10cmD.x=3m处的质点在t=7s时位于平衡位置AB考点三波的多解问题1.造成波的多解问题的主要因素(1)周期性①时间周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确;②空间周期性:波传播距离Δx与波长λ的关系不明确。(2)双向性①传播方向双向性:波的传播方向不确定;②振动方向双向性:质点振动方向不确定。(3)波形的隐含性在波的多解问题中,往往只给出完整波形的一部分,或给出几个特殊点,而其余信息均处于隐含状态。这样,波形就有多种情况。2.解决波的多解问题的思路一般采用从特殊到一般的思维方法,即找出一个周期内满足条件的Δt或Δx,若时间关系不明确,则有t=nT+Δt(n=0,1,2,…);若距离关系不明确,则有x=nλ+Δx(n=0,1,2,…)。步骤如下:(1)根据初、末两时刻的波形确定传播距离与波长的关系通式;(2)根据题设条件判断是唯一解还是多解;考向一

波的周期性多解典题8(多选)如图所示,一列简谐横波沿x轴负方向传播,实线为t=0时刻的波形图,虚线为t=0.5s时刻的波形图,M是x=4m处的质点。则下列说法正确的是(

)A.这列波的波长是10mB.t=0时刻,质点M运动方向沿y轴负方向C.该简谐波的最小频率为2HzD.该简谐波的最小传播速度为4m/sBD考向二

波的双向性多解典题9

如图所示,实线是一列简谐横波在t1时刻的波形图,虚线是t2=(t1+1)s时刻的波形图,已知质点M的平衡位置距O点距离为5m。下列说法正确的是(

)A考点四波的衍射、干涉和多普勒效应强基础•固本增分1.波的干涉和衍射

项目波的干涉波的衍射条件两列波的频率必须

衍射无条件,明显衍射有条件明显条件:障碍物或孔的

比波长小或相差不多

现象形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的

波能够

或孔继续向前传播

相同尺寸干涉图样绕过障碍物2.多普勒效应(1)条件:声源和观察者之间有

。

(2)现象:观察者感到

发生变化。

(3)实质:声源频率

,观察者接收到的频率

。

相对运动频率不变变化××研考点•精准突破1.波的干涉中振动加强点和减弱点的判断某质点的振动是加强还是减弱,取决于该点到两相干波源的距离之差Δr。(1)当两波源振动步调一致时若Δr=nλ(n=0,1,2,3,…),则振动加强;若Δr=(2n+1)(n=0,1,2,3,…),则振动减弱。(2)当两波源振动步调相反时若Δr=(2n+1)(n=0,1,2,3,…),则振动加强;若Δr=nλ(n=0,1,2,3,…),则振动减弱。2.波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。3.多普勒效应的成因分析(1)接收频率:观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大,当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小。考向一

机械波的干涉典题10(多选)如图所示,两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,两波源分别位于x=-2m和x=12m处,两列波的传播周期均为1s,两波源的振幅均为A=4cm。图示为t=0时刻两列波的图像,此时刻平衡位置处于x=2m和x=8m的两质点P、Q刚开始振动,质点M的平衡位置处于x=5m处。下列说法正确的是(

)A.t=0.75s时刻,两列波刚好在M点相遇B.t=0.75s时刻,质点P运动的路程为12cmC.质点P、Q的起振方向相反D.t=1s时刻,质点Q加速度最大AB解析

由题图可知,两列波的波长均为λ=4

m,所以波的传播速度大小为v==4

m/s,t=0.75

s时刻,两列波各自向传播的距离均为x=vt=4×0.75

m=3

m,即两列波在此时刻恰好都传播到M点,可知两列波刚好相遇,故A正确;由于0.75

s等于四分之三个周期,所以质点P运动的路程为s=3A=12

cm,故B正确;由题图可知,两波源开始时刻都向y轴负方向振动,因此在两列波传播的过程中,所有质点开始起振的方向都和波源相同,即向y轴负方向振动,因此质点P、Q的起振方向均沿y轴负方向,故C错误;t=1

s时刻,沿x轴正方向传播的简谐波还没有到达Q处,而沿x轴负方向传播的简谐波传播了1

s,此刻质点Q正位于平衡位置,且向y轴负方向振动,此时速度最大,加速度为零,故D错误。考向二

机械波的衍射典题11

如图所示,P为桥墩,A为靠近桥墩浮在水面的叶片,波源S连续振动,形成水波,此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶片振动,可用的方法是(

)A.增大波源振幅B.降低波源频率C.减小波