2024年高考物理总复习第一部分知识点梳理第十三章机械振动与机械波第2讲机械波

第2讲机械波

整合教材-夯实必备知识

一、机械波（选一第三章第1节）

、

警示：不能在鼻空中指将。

L形成条件：

⑴有发生机械振动的波遮。

（2）有传播介质，如空气、水等。

2.传播特点：

⑴传播振动形式、传播能量、传播信息。

（2）质点不随波迁移。

、

、、

、、,

板醒：只在平衡位置附近运动。

3.机械波的分类:

质点振动方向和波的传

分类形状举例

播方向的关系

波的传播方向，

横波工

横波互相垂直质点的振动方向绳波

横波

凹凸相间：有波逢、波爸

波的传播力.向&

纵波.......二~^§弹簧

册点而嬴方向1

纵波在同一条直线上波、

纵波

疏密相间：有密部、疏部声波

二、波的传播（选一第三章第2节）

1.波的图像：

⑴图像的建立：如图所示，用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的壬衡位置，纵坐标y表

示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，在北加平面上，画出各点（凡力，用平滑的曲线把各点

连接起来就得到了波的图像。

y位移

泪％［二;

o

乂"平日

对于横波而m.波形图就是该时刻波的图像

⑵图像的物理意义：表示在波的传播方向上，某一时刻各质点离开壬衡位置的位移。

（3）简谐波：波形图像是正弦曲线的波。简谐波在传播时，介质中各质点在做简谐运动。

2.波长、频率和波速：

⑴波长（4）:在波动中，振动相位总是相目的两个相邻质点间的距离，通常用4表示。

①在横波中，两个相邻波峰（或波谷）间的距离等于波笠。

②在纵波中，两个相邻密部（或疏部）间的距离等于这法。

注意："相邻"和"相动相位达是相同的"

是波长定义的关键，二老我一不可。

③决定波长的因素：波长由波速和频率共同决定。

⑵周期、频率：

①规律：在波动中，各个质点的振动周期或频率是相目曲，它们都等于波遮的振动周期或频率。

②决定因素：波的周期或频率由波源的周期或频率决定。

提醒.：与介质无关…

③时空的对应性：在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于二氏。

④周期与频率关系：周期7与频率F互为倒数，即Mo

⑶波速：

①定义：波速是指波在介质中传播的速度。

②公式：T=4f或片肝。

③决定因素：机械波在介质中的传播速度由生质本身的性质决定，在不同的介质中，波速一般

谢

三、波的干涉、衍射和多普勒效应（选一第三章第3、4、5节）

1.波的叠加:

几列波相遇时能够保持各自的运动特征继续传播，在重叠的区域里，质点同时参与这几列波引

起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的无量史。

A

:2~

1

A

波的叠加,振动加强波的叠加.振动减弱

2.波的衍射和干涉的比较:

内容波的衍射波的干涉

频率相同的两列波

叠加,某些区域的振

定义波可以绕过生9型继

续传播的现象幅增大、某些区域

的振幅减小的现象

两列波叠加区域形

成相互间隔的稳定

波偏离亘线.传播到互

现象的振动加强区和振

线以外的空间

动减弱区，产生稳定

的干涉图样

.明显发生的条件:缝、必要条件:两列波的

''条件元而磁磁痛物的芨主相同，相位差保

尺寸跟波长相差不多持不变,振动方向

或者比波长更小相同

,相同点

%干涉和衍射是波特有的现象

松虹：一切火均能斐生行好，又是有明星与否的区别。

3.多普勒效应

⑴条件：波源和观察者之间有相对运动。

⑵现象：观察者感到频率发生变化。

⑶实质：波源的频率丕变，观察者接收到的频率发生变化。

⑷规律：波源的频率丕变,只是观察者接收到的波的频率发生变化。如果二者相互靠近，观察

者接收到的频率变大;如果二者相互远离，观察者接收到的频率变小。

【质疑辨析】

角度1机械波的特点

⑴在机械波传播过程中，介质中的质点随波的传播而迁移。（X）

⑵机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。（J）

⑶机械波在一个周期的时间内传播的距离就是振幅的4倍。（X）

（4）波源停止振动，已形成的波仍然继续向前传播。（V）

角度2波的衍射、干涉和多普勒效应

⑸两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。（X）

⑹两列波叠加时,加强区的质点振幅变大,质点一直处于位移最大处。（X）

⑺一切波都能发生衍射现象。（J）

（8）发生多普勒效应时，波源的真实频率不会发生任何变化。（V）

精研考点•提升关键能力

考点一机械波的产生（核心共研）

【核心要点】

1.波传到介质中任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同。

2.介质中每个质点都做受迫振动，因此，任意一个质点的振动频率和周期都和波源的振动频率

和周期相同。

3.波从一种介质进入另一种介质，由于介质的情况不同，它的波长和波速可能改变，但频率和

周期都不会改变。

4.波源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，所以i^=Afo

【典例剖析】

［典例11（2022•北京等级考）在如图所示的x%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，相邻质点的间距为久夕0时，尸0处的质点H开始沿y轴做周期为7、振

幅为力的简谐运动。时的波形如图所示。下列说法正确的是（）

4

PoP\PlP3P4PsPhPl尸8PQ

IIIIIIIII

iyiiiiiiii

iiiiiiiii

iiiiiiiii

f=0o.

A.t=0时，质点R沿y轴负方向运动

B.昼7时，质点R的速度最大

c.d7时，质点月和月相位相同

4

D.该列绳波的波速为景

【题眼破译】一一提升信息转化能力

信息①一根据图像算出该绳波的波长人二83

信息②一根据波形图结合上下坡法分析出质点的振动方向。

【解析】选D。由片V时的波形图可知，波刚好传到质点凡根据“上下坡法”，可知此时质

点区沿y轴正方向运动，故波源起振的方向也是沿y轴正方向，故t=0时，质点耳沿y轴正方

向运动，选项A错误；由题图可知，在片）时质点R处于正的最大位移处，故速度为零，选项B

错误；由题图可知，在昼7时，质点A沿y轴负方向运动，质点月沿y轴正方向运动，故两个质

点的相位不相同，选项C错误；由题图可知片24解得入出,故该列绳波的波速为W岑，选项

D王确。

【备选例题】

（2023•襄阳模拟）手持较长软绳端点。以周期T在竖直方向上做简谐运动，带动绳上的其

他质点振动形成简谐波沿绳水平传播，示意如图。绳上有另一质点只且。、U的平街位置间距

为L。Q0时，。位于最高点，r的位移恰好为零，速度方向竖直向上，下列判断正确的是

（）

A.该简谐波是纵波

B.该简谐波传播方向与。点振动方向在同一直线上

C.闫时，户在平衡位置下方

D.£耳时，，的速度方向竖直向下

【解析】选Do绳波中质点的振动方向与波的传播方向垂直，属于横波，而纵波的传播方向和

质点的振动方向在同一直线上，选项A、B错误；因夕0时，〃的位移恰好为零，速度方向竖直向

上,05内尸由平衡位置振动到波峰，?内〃由波峰到平衡位置，可知叶时广在平衡位置上方

向上振动，广9时〃在平衡位置上方向下振动，选项C错误,D正确。

O

考点二波动图像与振动图像的综合应用（核心共研）

【核心要点】

1.两类图像的比较:

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

|x/my/m

T卜一一、/内牛…

图像Lwm

正（余）弦曲线

正（余）弦曲线

横坐标表示时间表示各个质点的平衡位置

物理意义某个质点在不同时刻的位移某一时刻各个质点的位移

•x/my/m

振动方向J一

\L°\"m

的判断

（看下一时刻的位移）

（将波沿传播方向平移）

At后的图随时间推移，图像延续，但已有随时间推移，图像沿波的传播方向平移，原有波

形形状不变形做周期性变化

（1）纵坐标均表示质点的位移

联系（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，每一个质点都有自

己的振动图像

2.判断波的传播方向与质点振动方向的“四种”方法

图像方法

y/m

—►v微平移法：沿波的传播方向将波的图像进行微小平移，然后由两条波

然：/平移后的波形

形曲线来判断。例如：图中方时刻质点/振动方向向下，质点〃振动方

ox/m

/时刻波形向向上，质点。振动方向向1、

“上下坡”法：沿着波的传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向

上振动。即“上坡下，下坡上“。例如：图中，力点向上振动,8点向下振

动，C点向上振动

同侧法：质点的振动方向与波的传播方向在波的图像的同一侧

逆描波形法：逆着波的传播方向重描波形，笔尖经过某一位置时向上

运动，对应该处的质点的振动方向就是向上，反之则向下

3.三步法求解波的图像问题

分清振动图像与波的图像，此问题最简单，

只要看清楚横坐标即叱横坐标为则为波的

“吩”X

图像.横坐标为/则为振动图像

看清横、纵坐标轴的单位。尤其要注意单位

前的数量级

找准波的图像对应的时刻

找准振动图像对应的质点

【典例剖析】

［典例2］（多选）（2023喳国乙卷改编）一列简谐横波沿X轴传播，图（a）是夕0时刻的波形图；〃

是介质中位于产2m处的质点，其振动图像如图（b）所示。下列说法正确的是（）

A.波速为2m/s

B.波向左传播

C.波的振幅是10cm

D.广3m处的质点在右7s时位于平衡位置

图形剖析A

【解析】选A、B。由图(a)可知波长为4m,由图(b)可知波的周期为2s,则波速为片芸m/s二2

m/s,选项A正确；由图(b)可知40时/点向下运动，根据“上下坡”法可知波向左传播，选项

B王确；由图(a)可知波的振幅为5cm,选项C错误；根据8(a)可知t=0时产3m处的质点位于

波谷处，由于L-7s-374。可知在L-ls时此质点位于波峰处，选项D错误。

[典例3](2023•梅州模拟)一列简谐横波沿x轴传播，仁3s时波的图像如图甲所示,P是平衡

位置在产1m处的质点，平衡位置在产0处质点的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是

()

A.该波的传播速度为3m/s

B.波沿*轴负方向传播

C.t=4s时，质点P的加速度为零

D.t=4s时，产0处的质点向石迁移到了广1m处

【解析】选C。由图甲知波长^=12m,由图乙知周期7^=12s,波的传播速度v=^=

1刀/s,选项A错误；由图乙知当片3s时，产0处的质点由平衡位置向下振动，说明波沿x轴正

方向传播，选项B错误；在图甲基础上再经过1s的时向，则波的图像向右平移1用,质点〃恰

好位于平衡位置，加速度为零，选项C正确；波的传播是振动方式和能量的传播，质点并不随波

迁移，选项D错误。

考点三波的干涉、衍射多普勒效应（核心共研）

【核心要点】

1•波的衍射现象：

⑴产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。

⑵波的衍射现象分析：波传到小孔（或障碍物）时，小孔（或障碍物）仿佛是一个新的波源，由它

发出与原来同频率的波（称为子波），在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象。波

的直线传播是衍射不明显时的近似情形。

⑶衍射现象的两点提醒：

a.障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件，波

长越大越易发生明显衍射现象。

b.当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍

射现象。

2.波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法：

（1）公式法：

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/人

①当两波源振动步调一致时：

若△尸〃X（炉0,1,2,…），则振动加强；

若A尸（2a4）^（炉0,1,2,…），则振动减弱。

②当两波源振动步调相反时：

若小尸（2小4）］（炉0,1,2,…），则振动加强;

若△尸〃X（上0,1,2,…），则振动减弱。

⑵图像法：

在某时刻波的干涉的波形图二，波峰与波峰（或波谷与波谷）的交点一定是加强点，而波峰与波

谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接形戌以两波源为中心向外辐射的连线，形

成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点

的振幅之间。

3.多普勒效应的成因分析:

⑴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。

⑵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。

提醒：多普勒效应的产生不是取决于波源与观察者之间的距离，而是取决于二者相对速度的大

小和方向。

【典例剖析】

角度1波的衍射

［典例4］（2023•上海师大附中模拟）如图所示，正中有一。点是水面上一波源，实、虚线分别

表示该时刻的波峰、波谷,/1是挡板，〃是小孔,经过一段时间，水面上的波形发生明显衍射的区

域是（）

A.阴影/区域

B.阴影〃区域

C.阴影/、〃区域

D.无明显衍射区域

【解析】选Bo由题图中可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比

波长大得多，而小孔6与波长长度差不多。由波发生明显衍射的条件知道，该波在挡板力处的

衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故/区内水面无明显波形，该波的波长与小孔B

差不多，能够产生明显的衍射现象，故在阴影〃区内明显存在衍射波的波形，选项B正确。

【备选例题】

小河中有一个实心桥墩P"为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，俯视图如图所示，小河水

面平静。现在S处以某一频率拍打水面，使形成的水波能带动树叶力振动起来，可以采用的方

法是（）

*

A.提高拍打水面的频率

B.降低拍打水面的频率

C.无论怎样拍打,力都不会振动起来

D.保持拍打频率不变，略微加大拍打力度，力会振动起来

【解析】选B。拍打水面时，水波中的质点上下振动，形成的波向前传播，提高拍打水面的频率，

则质点振动的频率增加，波的频率与振动的频率相等；根据片4f波速不变，频率增大，波长减

小，衍射现象更不明显，反之降低频率，波长增大，衍射现象更明显，故可降低拍打水面的频率，

使衍射现象更明显，选项B正确。

角度2波的干涉

［典例5］（2023•浙江6月选考）如图所示，置于管口7前的声源发出一列单一频率声波，分成

两列强度不同的声波分别沿48两管传播到出口0。先调节/、8两管等长，。处探测到声波

强度为400个单位，然后将/管拉长加15cm,在。处第一次探测到声波强度最小，其强度为100

个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比，不干声波在管道中传播的能量损失，则

（）

A.声波的波长久=15cm

B.声波的波长久=30cm

C.两声波的振幅之比为3：1

D.两声波的振幅之比为2：1

【解析】选C。分析可知人夕两管等长时，声波的振动加强，将力管拉长片15cm后，两声波

在。点减弱，根据题意设声波加强时振幅为20,则声波减弱时振幅为10,则4+e20,4-4=10,

可得两声波的振幅之比乎4,选项C正确,D错误；由于是第一次探测到声波强度最小，根据振动

421

减弱的条件可得F2a解得4=60cm,选项A、B错误。

［典例6"多选）如图甲所示，在平静的水面上，有长方形的力皿区域，其中力庐

1.62mo在48处安装两个完全相同的振动器，＞0时，同时打开开关，振源的振动

图像如图乙所示，形成的水波以0.8m/s的速度传播。下列说法正确的是（）