2024版高考物理一輪總復(fù)習專題十二機械振動光學第2講機械波及其圖像課件

第2講機械波及其圖像一、機械波1.形成條件：有發(fā)生機械振動的________；有傳播________，如空氣、水等.

2.傳播特點：傳播振動形式、傳遞________、傳遞信息；質(zhì)點不隨波遷移.

3.分類：橫波，振動方向與傳播方向________；縱波，振動方向與傳播方向在同一直線上.

波源

介質(zhì)

能量

垂直

相同

波源

介質(zhì)

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________，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.

平衡位置

位移

平衡位置

四、波的衍射和干涉1.波的衍射定義：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.

3.波的疊加原理：幾列波相遇時能保持各自的運動狀態(tài)，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.相差不多

小于波長

4.波的干涉.①定義：頻率相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振動________、某些區(qū)域的振動________，這種現(xiàn)象叫作波的干涉.

②條件：兩列波的頻率相同.5.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.五、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)發(fā)生衍射是無條件的，發(fā)生明顯衍射是有條件的.1.[簡諧振動和簡諧波](多選)關(guān)于機械振動與機械波，下列說法正確的是(

)A.機械波的頻率等于振源的振動頻率B.機械波的傳播速度與振源的振動速度相等C.質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向D.在一個周期內(nèi)，沿著波的傳播方向，振動在介質(zhì)中傳播一個波長的距離【答案】AD2.[波的圖像](多選)如圖所示為一橫波在某時刻的波形圖，已知質(zhì)點F此時運動方向向下，則(

)A.波向左傳播B.質(zhì)點H與質(zhì)點F的運動方向相同C.質(zhì)點C比質(zhì)點B先回到平衡位置D.此時質(zhì)點C的加速度為零【答案】AC3.[波形圖](多選)簡諧橫波某時刻的波形如圖所示.P為介質(zhì)中的一個質(zhì)點，波沿x軸的正方向傳播.以下說法正確的是(

)A.質(zhì)點P此時刻的速度沿x軸的正方向B.質(zhì)點P此時刻的加速度沿y軸的正方向C.再過半個周期時，質(zhì)點P的位移為負值D.經(jīng)過一個周期，質(zhì)點P通過的路程為4A【答案】CD

【解析】波沿x軸正方向傳播，波形向右平移，可知P點正沿y軸正方向運動，A錯誤；加速度總是與位移方向相反，所以加速度沿y軸的負方向，B錯誤；再過半個周期時P點運動到關(guān)于x軸對稱的位置，位移為負值，C正確；經(jīng)過一個周期，質(zhì)點通過的路程都為4A，D正確.4.[波的衍射](多選)關(guān)于機械波的特性，下列說法正確的是(

)A.只有波長比障礙物的尺寸小或相差不多的時候才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B.火車鳴笛時向我們駛來，聽到的笛聲頻率將比聲源發(fā)出的頻率高C.向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血液的速度，這種方法應(yīng)用的是多普勒效應(yīng)D.只要是性質(zhì)相同的波，都可以發(fā)生干涉【答案】BC

【解析】只有障礙物的尺寸比波長小或相差不多的時候才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，A錯誤；根據(jù)多普勒效應(yīng)，火車鳴笛時向我們駛來，聽到的笛聲頻率將比聲源發(fā)出的頻率高，B正確；向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血液的速度，這種方法應(yīng)用的是多普勒效應(yīng)，C正確；只有在同一介質(zhì)中傳播的頻率相同的同類波，才能發(fā)生干涉，D錯誤.考點1波的形成與傳播[能力考點]1.波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法(1)已知波的傳播方向和某時刻的圖像判斷各質(zhì)點的振動方向.圖像方法

微平移法：沿波的傳播方向?qū)⒉ǖ膱D像進行一段微小平移，然后由兩條波形曲線來判斷.如圖A→A'，B→B'，C→C'，故A、C處質(zhì)點向下振動，B處質(zhì)點向上振動圖像方法

上下坡法：沿傳播方向看，上坡的點向下振動，下坡的點向上振動，即“上坡下、下坡上”.如圖所示，向右看，A、C“下坡”，向上振動，B“上坡”，向下振動

同側(cè)法：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在波的圖像的同一側(cè)，如圖所示

逆向描跡法：逆著傳播方向用鉛筆描波形曲線，筆頭向上動，質(zhì)點向上振動，筆頭向下動，質(zhì)點向下振動(2)當已知質(zhì)點振動方向判斷波的傳播方向時，仍應(yīng)用上述方法，只不過是上述方法的逆向思維.2.由t時刻的波形確定t＋Δt時刻的波形

【答案】4

0.5向下運動

1.(2022年廣東卷)如圖所示，某同學握住軟繩的一端周期性上下抖動，在繩上激發(fā)了一列簡諧波.從圖示時刻開始計時，經(jīng)過半個周期，繩上M處的質(zhì)點將運動至__________(填“N”“P”或“Q”)處.加快抖動，波的頻率增大，波速__________(填“增大”“減小”或“不變”).

【答案】P不變【解析】經(jīng)過半個周期，波向右傳播半個波長，而M點只在平衡位置附近上下振動，恰好運動到最低點P點.波速是由介質(zhì)決定的，與頻率無關(guān)，波的頻率增大，而波速度仍保持不變.2.(2021年全國乙卷)如圖中實線為一列簡諧橫波在某一時刻的波形曲線.經(jīng)過0.3s后，其波形圖曲線如圖中虛線所示.已知該波的周期大于0.3s.若波是沿x軸正方向傳播的，則該波的速度大小為________m/s，周期為________s；若波是沿x軸負方向傳播的，該波的周期為________s.

【答案】0.5

0.4

1.2

考點2

振動圖像與波動圖像的綜合應(yīng)用[能力考點]對比項振動圖像波動圖像對象某質(zhì)點傳播方向的所有質(zhì)點研究內(nèi)容質(zhì)點的位移隨時間的變化規(guī)律某時刻所有質(zhì)點的空間分布規(guī)律圖像

物理意義同一質(zhì)點在各時刻的位移某時刻各質(zhì)點的位移對比項振動圖像波動圖像圖像信息①振動周期、振幅②某一質(zhì)點在各時刻的位移③各時刻速度、加速度的方向①波長、振幅②該時刻任意質(zhì)點的位移和加速度方向③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，波形沿傳播方向平移周期曲線的橫軸長表示一個時間周期表示一個波長例2

(2021年湖南卷)(多選)均勻介質(zhì)中，波源位于O點的簡諧橫波在xOy水平面內(nèi)傳播，波面為圓.t＝0時刻，波面分布如圖甲所示，其中實線表示波峰，虛線表示相鄰的波谷.A處質(zhì)點的振動圖像如圖乙所示，z軸正方向豎直向上.下列說法正確的是(

)A.該波從A點傳播到B點，所需時間為4sB.t＝6s時，B處質(zhì)點位于波峰C.t＝8s時，C處質(zhì)點振動速度方向豎直向上D.t＝10s時，D處質(zhì)點所受回復(fù)力方向豎直向上【答案】AC

甲

乙

1.(2021年山東卷)(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(

)ABCD【答案】AC

2.(2022年惠州模擬)圖甲為某列簡諧橫波在t＝0時刻的波形圖，a、b、c、d是橫波上的四個質(zhì)點，圖乙是橫波上質(zhì)點b的振動圖像，四個質(zhì)點中加速度最大的是________點，0~0.5s振動路程最大的是________點.

【答案】a

c

考點3

波的干涉、多普勒效應(yīng)[基礎(chǔ)考點]1.波的干涉現(xiàn)象中振動加強點、減弱點的兩種判斷方法2.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)接收到的完整波的個數(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小.例3

(2022年全國卷)介質(zhì)中平衡位置在同一水平面上的兩個點波源S1和S2，二者做簡諧運動的振幅相等，周期均為0.8s，當S1過平衡位置向上運動時，S2也過平衡位置向上運動.若波速為5m/s，則由S1和S2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S1、S2平衡位置的距離均為10m，則兩波在P點引起的振動總是相互________(填“加強”或“削弱”)的；當S1恰好在平衡位置向上運動時，平衡位置在P處的質(zhì)點________(填“向上”或“向下”)運動.

【答案】4加強向下1.(2021年浙江卷)兩列頻率、振幅均相同的簡諧波Ⅰ和Ⅱ分別從繩子的兩端持續(xù)相向傳播，在相遇區(qū)域發(fā)生了干涉，在相距0.48m的A、B間用頻閃相機連續(xù)拍攝，依次獲得1、2、3、4、5五個波形，如圖所示，且1和5是同一振動周期內(nèi)繩上各點位移都達到最大值時拍攝的波形.已知頻閃時間間隔為0.12s，下列說法正確的是(

)A.簡諧波Ⅰ和Ⅱ的波長均為0.24mB.簡諧波Ⅰ和Ⅱ的周期均為0.48sC.繩上各點均做振幅相同的簡諧運動D.兩波源到A點和C點的路程差之差的絕對值是0.48m【答案】D

2.(2022年廣州培正中學模擬)高鐵進站過