第5讲机械波及其应用-原卷版

机械波及其应用

题型一：机械波的形成与传播

I:形成条件

①波源

②介质

2:传播特点

①：介质不迁移

②：周期相同，振幅相同，频率框同

③：传递的是信息和能量

④:离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向和振源的起振方向相同。

3：机械波的分类

①横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直

传播方向

波谷WJ

振动方向

②纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上

传播方向娠动方向

疏部

关于一列简谐波，下面说法中正确的是（）

A.波动的产生需要两个条件，即波源和传播波的介质

B.波动过程是质点由近向远传递的过程

C.波由一种介质传到另一种介质，频率变大

D.同一性质的波在同种介质中传递时，频率不同，波速不同

下列关于机械波的说法正确的是（）

A.声波是机械波，其传播方向与介质质点的振动方向垂直

B.机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定

C.介质质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长的距离

【）,机械波在传播过程中，越远的质点其振动周期越小

题型二：波的图像及描述波的物理量

(1)坐标轴：横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移.

(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开平衡位置的位移.

(3)图象如图

(4)波的传播方向与质点振动方向的互判

y

沿波的传播方向，"上坡”时质点

“上下

向下振动，“下坡”时质点向上振厂、1F坡上/

坡”法0

动」上坡下WX

y

“同侧”波形图上某点表示传播方向和

0,一

法振动方向的箭头在图线同侧1W1

将波形沿传播方向进行微小的y

“微平平移，再由对应同一X坐标的两

0A'./

移”法波形曲线上的点来判断振动方

向V.

(5).波长、波速、频率及其关系

①波长Q在波的传播方向上，振动相位总是相同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，由介质本身的性质决定.

③频率后由波源决定，等于波源的振动频率.

④波长、波速和频率的关系：v=；=入£

u波的图像

如图所示是某一时刻的波形图象，波沿.'轴正方向传播,波速是12m/s,则波长和频率分别是()

A.3cm；200Hz

♦y/cm「

B.6cm；200Hz

C.2cm；400Hz

；

D.12cm50Hzol91cm

一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4m/s.某时刻波形如图所示，下列说法正确的是()

A.这列波的振幅为4cm

这列波的周期为

B.8spern

C.此时x=4m处质点速度向右

D.此时x=4m处质点的加速度为0

-J

(2022秋?顺义区校级期中)一列筒谐横波某时刻的波形如图所示，比较介质中的三个质点“、力、c,贝4()

B.此刻力的加速度最大

C.若波沿x轴正方向传播，此刻6向x轴正方向运动

D.若波沿x轴负方向传播，。比。先回到平衡位置

（2021?北京）一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后K质点比£质点先回到平衡位置。下列判断正确

A.该简谐横波沿x轴负方向传播

B.此时K质点沿y轴正方向运动

C.此时K质点的速度比人质点的小

D.此时K质点的加速度比L质点的小

如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形，图中已标出。质点此时的运动方向，下列说法正确的是（）

A.波向右传播

B.质点E此时运动方向与。相同

C.此时4点的运动方向向下

D.质点C比质点B先回到平衡位置

如图为一列简谐横波某时刻的波形图，已知质点。此时的运动方向如图所示，则（

A.波向右传播

B.此时质点”的加速度为零

C.质点〃比〃先回到平衡位置

D.质点c与P的运动方向相同

一列向右传播的简谐波周期为0.8s,在『0时的波形如图所示,质点P处于平衡位苴.在-1.2s时，质点尸（）

A.向上运动

B.位移为30cm

C.向右移动0.6m

D.仍在原来的位置

如图所示，一列简谐横波沿-V轴正向传播，波源从平衡位置开始振动，当波传到x=Im的P点时开始计时.已知在/=0.4s时PM

间第一次形成图示波形，此时,t=4m的M点正好在波谷.下列说法中正确的是（）

A.尸点的振动周期为0.5s

B.。点开始振动的方向沿），轴负方向

C.当M点开始振动时，P点可能在波谷

D.这列波的传播速度是15m/s

（2022?北京）在如图所示的xQy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f=0时，x=0处的质点不开始沿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（）

B./=之7■时，质点名的速度最大

4

c./=1r时，质点巴和乙相位相同

D.该列绳波的波速为包

T

波动图像与振动图像的互判

图甲为一列简谐波在f=0.10s时刻的波形图，2是平衡位置为尸1.0m处的质点，。是平衡位置为x=4.0m处的质点，图乙为质

点。的振动图象，贝11（）

A.在7=0.25s时，质点P的速度方向为y轴正方向

B.质点。简谐运动的表达式为y=1OCsi.n—几t（cm）

C.从1=0.10s到1=0.20s,该波沿.V轴正方向传播了4m

D.从1=0.10s到Z=0.25s,质点P通过的路程为30cm

（2022秋?东城区校级期中）图甲为一列沿x轴传播的简谐横波在/=ls时刻的图像，图甲中某质点的振动情

况如图乙所示。下列说法正确的是（）

A.该时刻起质点、K在Is的时间内沿x轴移动0.2w

B.该时刻起再经0.5s质点K的加速度为正方向最大

C.如果图乙为质点K的振动图像，则波沿x轴负向传播

D.如果图乙为质点L的振动图像，则波沿x轴负向传播

（2022?房山区二模）图甲为一列简谐横波在时的波形图，尸是平衡位置为x=2〃?处的质点，。是平衡

位置为x=4加处的质点，图乙为质点0的振动图像。下列判断正确的是（）

A.该波沿x轴负方向传播

B.1=1.5s时，质点P的位移达到负向最大

C.z=1.5.s•时，质点。的回复力方向沿y轴负方向

D.这列简谐波的波速为8w/s

（2022?昌平区二模）一列简谐横波某时刻的波形图如图甲所示，由该时刻开始计时，质点”的振动图像如图

乙所示。下列说法正确的是（）

A.该波的波长为

B.该波的波速为丽/s

C,波沿x轴负方向传播

D.经过1周期，质点a沿x轴运动了

（2022?朝阳区一模）图1为一列简谐横波在f=0.10s时刻的波形图，P是平衡位置在x=l.0〃?处的质点，。是

平衡位置在x=4.0/〃处的质点；图2为质点。的振动图像。下列说法正确的是（）

A.在f=0.10s时，质点。向y轴正方向运动

B.从f=0.10$到f=0.255,质点。通过的路程为30c/〃

C.从f=0.10s到f=0.25s,该波沿x轴负方向传播了

D.在/=0.25s时，质点，的加速度沿），轴负方向

（2022?石景山区一模）一列沿x轴传播的简谐横波，在，=0时的波形如图甲所示，尸、0是波上的两个质点，此

时质点P沿y轴负方向运动。图乙是波上某一质点的振动图像。下列说法中正确的是（）

A.该波沿x轴负方向传播

B.图乙可能为。点的振动图像

C./=0.10s时，质点〃沿y轴正方向运动

D.该波的波速为80〃〃s

题里三：多解问题

I：因波形的周期性导致的多解问题

已知某列波上。、b两质点之间的距离为£,此时。正处于波峰位置，b正处于波谷位置，求解波的波长.

2:因传播方向的不确定导致的多解问题

如图所示，实线为尸A）时刻机械波的波形，虚线为右人时刻的波形；

OAX

如图所示，实线是某时刻的波形图线，虚线是0.4s后的波形图线.

(1)求该波的波长、振幅和向右传播的最大周期；

(2)若波向左传播，求它的传播速度；

(3)若波速为52.5m/s,求波的传播方向

在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距4m的A、B两点，如图甲、乙分别是A、B两质点的振动图像,

已知该波波长大于2m,求这列波可能的波速。

一列简谐横波沿直线由月向〃传播，相距10.5m的月、B两处的质点振动匿象如图a、b所示,贝")

A.该波的振幅一定是20cm

B.该波的波长可能是14m

C.该波的波速可能是10.5m/s

D.该波由。传播到h可能历时7s

(2J18?北京)如图所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15叫当P运动到上方最大位移处时，Q刚

好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是()

V

pQ

A.0.60/7/B.0.30〃;C.0.206D.0.15w

题型四：机械波的干涉和衍射

1.波的衍射

⑴波的衍射

波能够绕到障碍物的后面传播的现象，叫做波的衍射..

(2)产生明显衍射现象的条件

健、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小.

2.波的干涉

(1)波的叠加原理

在几列波传播的重登区域内，质点要同时参与由几列波引起的的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在

该处引起的振动位移的矢量和，记就是波的叠加原理.

(2)波的干涉

a.若点波源N、S2距离〃的波程差为半波长的偶数倍，即

(-〃=±2上,，k=0,1,2,...,振动加强

b.若点波源6、8距离。的波程差为半波长的奇数倍，即

rt-r2=±(2k+l)y,Z:=0,1,2,...,振动减弱

(3)两列波干涉的必要条件

两列波的频率相同，旦具有固定的相位差.

机械波的干涉

蝉家族中的高音歌手是一种被称做,,双鼓手.'的蝉.它的身体两侧有大大的环形发声器官，身体的中部是可以内外开合的圆盘，圆

盘开合的速度很快，抖动的蝉鸣就是由此发出的；当围绕该蝉歇息的树干走了一圈，能听到忽高忽低的蝉鸣声，这种现象是（）

A.声波的直线传播B.声波的衍射现象

C.声波的干涉现象D.声波引起的共振现象

（多选攻口图所示,是干涉消声器的原理示意图，声波从左管进来，在。处分成上、下两路，然后在b处相遇时发生干涉，使声音

减弱消失.关于该消声器，下列说法正确的是（）

A.为达到较好的消声效果，声波经上下两路的路程差应为半波长的偶数倍

B.为达到较好的消声效果，声波经上下两路的路程差应为半波长的奇数倍

C.该消声器能减弱或消除各种不同频率的声音

D.该消声器只能减弱或消除特定频率的声音

两波源$、乱在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则（）

A.在两波相遇的区域中会发生干涉

如图所示，振幅、频率均相同的两列波相遇，实线与虚线分别表示两列波的波峰和波谷。某时刻，，w点处波峰与波峰相遇，下

列说法中正确的是（）

A.该时刻质点O正处于平衡位置

B.P、N两质点始终处在平衡位置

C.随着时间的推移，质点M将沿波的传播方向向。点处移动

D.从该时刻起，经过二分之一周期，质点M将到达平衡位置

如图所示观察水面波衍射的实验装置，和2力是两块挡板，力“是一个〃守L,。是

中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻的波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下

列描述正确的是（）

①此时能明显观察到波的衍射现象

②如果将引＞力〃扩大，有可能观察不到明显的衍射现象

③挡板前后波纹之间距离相等

④如果孔的大小不变，使波源频率增大，一定能明显观察到衍射现象.

A.只有②④B.只有②C.只有①②③D.①②③④

下列关于波的衍射的说法正确的是（）

A.波要发生衍射现象必须满足一定的条件

B.与光波相比声波容易发生衍射是由于声波波长较大

C.对同一列波，缝、孔或障碍物越大衍射现象越明显

D.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象

在空旷的广场上有一堵较高的墙MN墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源某人从图中A点走到墙后的B点在

此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到（）

A.声音变响亮，男声比女声更响

B.声音变响亮，女声比男声更响

C.声音变弱，男声比女声更弱8・

D.声音变弱，女声比男声更弱wHWN

0

题型5:多普勒效应

波源与观察者保持相对静止时，单位时间内通过观察者的波峰（或空部）数目是一定的，观察到的频率等于波源振动的频率；

当波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰（或密部）数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源与观察者相互

远离时，单位时间内通过观察的波峰（或密部）数目减小，观察到的频率减小.这种现象叫做波的多普勒效应.

如上左图所示，甲接收到的频率大于波源的频率，乙接收到的频率小于波源的频率，在（"为波速）的极限情况下，乙接收不

到s发出的波；

如上右图所示，甲接收到的频率小于波源的频率，乙接收到的频率大于波源的频