2025秋高考物理复习专题十二机械振动光学第2讲机械波及其图像课件（49页PPT）

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第2讲　机械波及其图像
一、机械波
1.形成条件：有发生机械振动的　　　　；有传播　　　　，如空气、水等.
2.传播特点：传播振动形式、传递　　　　、传递信息；质点不随波迁移.
3.分类：横波，振动方向与传播方向　　　　；纵波，振动方向与传播方向在同一直线上.
波源
介质
能量
垂直
二、描述机械波的物理量
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.用“λ”表示.
2.频率f：在波动中，介质中各质点的振动频率都是相同的，等于
　　　　的振动频率.
3.波速v、波长λ和频率f、周期T的关系.
机械波的速度大小由　　　决定，与机械波的频率无关.
相同
波源
介质
三、机械波的图像
1.图像：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的　　　　　　，用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的　　　　，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图像，简谐波的图像是正弦（或余弦）曲线.
2.物理意义：某一时刻介质中各质点相对　　　　　的位移.
平衡位置
位移
平衡位置
四、波的衍射和干涉
1.波的衍射定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象.
2.发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长　　　　，或者　　　　时，才会发生明显的衍射现象.
3.波的叠加原理：几列波相遇时能保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的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矢量和.
相差不多
小于波长
4.波的干涉.
（1）定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动　　　　、某些区域的振动　　　　，这种现象叫作波的干涉.
（2）条件：两列波的频率相同.
5.干涉和衍射是波特有的现象，波同时还可以发生反射、折射.
五、多普勒效应
由于波源与观察者互相　　　　或者互相　　　时，接收到的波的
　　　　与波源频率不相等的现象.
加强
减弱
靠近
远离
频率
（1）在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.
（2）已经形成的波跟波源无关，即使波源停止振动，波仍然继续向前传播.
（3）发生衍射是无条件的，发生明显衍射是有条件的.
1.［简谐振动和简谐波］（多选）关于机械振动与机械波，下列说法正确的是 （　　）
A.机械波的频率等于振源的振动频率
B.机械波的传播速度与振源的振动速度相等
C.质点振动的方向总是垂直于波传播的方向
D.在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离
AD
2.［波的图像］（多选）如图所示为一横波在某时刻的波形图，已知质点F此时运动方向向下，则 （　　）
A.波向左传播
B.质点H与质点F的运动方向相同
C.质点C比质点B先回到平衡位置
D.此时质点C的加速度为零
AC
3.［波形图］（多选）简谐横波某时刻的波形如图所示.P为介质中的一个质点，波沿x轴的正方向传播.以下说法正确的是 （　　）
A.质点P此时刻的速度沿x轴的正方向
B.质点P此时刻的加速度沿y轴的正方向
C.再过半个周期时，质点P的位移为负值
D.经过一个周期，质点P通过的路程为4A
CD　
【解析】波沿x轴正方向传播，波形向右平移，可知P点正沿y轴正方向运动，A错误；加速度总是与位移方向相反，所以加速度沿y轴的负方向，B错误；再过半个周期时P点运动到关于x轴对称的位置，位移为负值，C正确；经过一个周期，质点通过的路程都为4A，D正确.
4.［波的衍射］（多选）关于机械波的特性，下列说法正确的是 （　　）
A.只有波长比障碍物的尺寸小或相差不多的时候才会发生明显的衍射现象
B.火车鸣笛时向我们驶来，听到的笛声频率将比声源发出的频率高
C.向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血液的速度，这种方法应用的是多普勒效应
D.只要是性质相同的波，都可以发生干涉
BC
【解析】只有障碍物的尺寸比波长小或相差不多的时候才会发生明显的衍射现象，A错误；根据多普勒效应，火车鸣笛时向我们驶来，听到的笛声频率将比声源发出的频率高，B正确；向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血液的速度，这种方法应用的是多普勒效应，C正确；只有在同一介质中传播的频率相同的同类波，才能发生干涉，D错误.
考点1　波的形成与传播　［能力考点］
1.波的传播方向与质点振动方向的互判方法
（1）已知波的传播方向和某时刻的图像判断各质点的振动方向.
图像 方法
微平移法：沿波的传播方向将波的图像进行一段微小平移，然后由两条波形曲线来判断.如图A→A'，B→B'，C→C'，故A、C处质点向下振动，B处质点向上振动
图像 方法

上下坡法：沿传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向上振动，即“上坡下、下坡上”.如图所示，向右看，A、C“下坡”，向上振动，B“上坡”，向下振动

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，如图所示
逆向描迹法：逆着传播方向用铅笔描波形曲线，笔头向上动，质点向上振动，笔头向下动，质点向下振动
例1　（2024年广东卷）一列简谐横波沿x轴正方向传播.波速为1 m/s，t=0时的波形如图所示.t=1 s时，x=1.5 m处的质点相对平衡位置的位移为 （　　）
A.0 B.0.1 m
C.-0.1 m D.0.2 m
B
1.（2024年湖南卷）如图，健身者在公园以每分钟60次的频率上下抖动长绳的一端，长绳自右向左呈现波浪状起伏，可近似为单向传播的简谐横波.长绳上A、B两点平衡位置相距6 m，t0时刻A点位于波谷，B点位于波峰，两者之间还有一个波谷.下列说法正确的是 （　　）
A.波长为3 m
B.波速为12 m/s
C.t0+0.25 s时刻，B点速度为0
D.t0+0.50 s时刻，A点速度为0
D
2.（2024年江门模拟）（多选）B超成像时血管探头发送的简谐超声波图像如图所示，t=0时刻超声波恰好传到质点M，超声波的周期T=8.0×10-8 s，下列说法正确的是 （　　）
A.超声波的波长为8.0×10-2 mm
B.质点M开始振动的方向沿y轴负方向
C.超声波在血管中的传播速度为1 000 m/s
D.t=6.0×10-8 s时，质点M在平衡位置
AC
3.（2024年梅州模拟）如图，海面上有A、B两个导航浮标，两个浮标间距为30 m，一列水波（看作简谐横波）沿海面从A浮标向B浮标传播，B浮标比A浮标振动落后30 s.两个浮标随波上下振动，每分钟完成20次全振动，振动最高点和最低点间的距离为20 cm，A、B浮标均看作质点，求：
（1）水波的波长；
（2）当A位于波峰时，以此时为计时零点，在0~1.5 s内，浮标B通过的路程为多少？
考点2　 振动图像与波动图像的综合应用　［能力考点］
对比项 振动图像 波动图像
对象 某质点 传播方向的所有质点
研究内容 质点的位移随时间的变化规律 某时刻所有质点的空间分布规律
图像

物理意义 同一质点在各时刻的位移 某时刻各质点的位移
图像信息 ①振动周期、振幅
②某一质点在各时刻的位移
③各时刻速度、加速度的方向 ①波长、振幅
②该时刻任意质点的位移和加速度方向
③传播方向、振动方向的互判
图像变化 随时间推移，图像延续，但已有形状不变 随时间推移，波形沿传播方向平移
周期曲线
的横轴长 表示一个时间周期 表示一个波长
例2　（2023年全国乙卷）（多选）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=2 m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2 m/s
B.波向左传播
C.波的振幅是10 cm
D.x=3 m处的质点在t=7 s时位于平衡位置
E.质点P在0~7 s时间内运动的路程为70 cm
ABE
1.（2023年海南卷）下面左右两图分别是一列机械波在传播方向上相距6 m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5 s
B.该波的波速是3 m/s
C.4 s时P质点向上振动
D.4 s时Q质点向上振动
C
A　
B　
C　
D　
A
考点3　 波的干涉、多普勒效应　［基础考点］
1.波的干涉现象中振动加强点、减弱点的两种判断方法
2.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整波的个数.
（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.
例3　（2023年广东卷）渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物.声波在水中传播速度为1 500 m/s，若探测器发出频率为1.5×106 Hz的声波，下列说法正确的是 （　　）
A.两列声波相遇时一定会发生干涉
B.声波由水中传播到空气中，波长会改变
C.该声波遇到尺寸约为1 m的被探测物时会发生明显衍射
D.探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关
B
1.（2024年安徽卷）某仪器发射甲、乙两列横波，在同一均匀介质中相向传播，波速v大小相等.某时刻的波形图如图所示，则这两列横波 （　　）
A.在x=9.0 m处开始相遇
B.在x=10.0 m处开始相遇
C.波峰在x=10.5 m处相遇
D.波峰在x=11.5 m处相遇
C
2.（2024年浙江卷）频率相同的简谐波源S1、S2，和接收点M位于同一平面内，S1、S2到M的距离之差为6 m.t=0时，S1、S2同时垂直平面开始振动，M点的振动图像如图所示，则 （　　）
A.两列波的波长为2 m
B.两列波的起振方向均沿x正方向
C.S1和S2在平面内不能产生干涉现象
D.两列波的振幅分别为3 cm和1 cm
B
知识巩固练
1.（多选）下列说法正确的是 （　　）
A.发生多普勒效应时，波源的频率变化了
B.发生多普勒效应时，观察者观察到的频率发生了变化
C.多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的
D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的
（本栏目对应学生用书P435）
BCD
2.（多选）如图所示，A、B为振幅均为D的相干波源，产生的两列波相遇后，在重叠的区域形成如图所示的图样：图中实线表示波峰，虚线表示波谷，且向外传播过程中振幅衰减不计，则下列叙述正确的是 （　　）
A.Q点始终处于波峰
B.R、S两点始终静止
C.P、Q的振幅均为2D
D.仅增大A的振幅，两列波依然相干
BCD
3.（2024年全国卷）（多选）一列简谐横波沿x轴传播，周期为2 s，t=0 时刻的波形曲线如图所示，此时介质中质点b向y轴负方向运动，下列说法正确的是 （　　）
A.该波的波速为1.0 m/s
B.该波沿x轴正方向传播
C.t=0.25 s时质点a和质点c的运动方向相反
D.t=0.5 s时介质中质点a向y轴负方向运动
ACD　
综合提升练
4.（2024年全国卷）（多选）位于坐标原点O的波源在t=0 时开始振动，振动图像如图所示，所形成的简谐横波沿x轴正方向传播.平衡位置在x=3.5 m处的质点P开始振动时，波源恰好第2次处于波谷位置，则 （　　）
A.波的周期是0.1 s
B.波的振幅是0.2 m
C.波的传播速度是10 m/s
D.平衡位置在x=4.5 m处的质点Q开始振动时，质点P处于波峰位置
BC　
5.一列简谐横波沿x轴正方向传播.波速为10 m/s.在传播方向上有P、Q两质点，坐标分别为xP=1 m，xQ=6 m.波传播到P点开始计时，该点的振动图像如图所示，则简谐波的波长为　　　　m，经过　　　　s，Q点第一次到达正向最大位移处.
2
0.55
6.（2024年华师附中测试）某次水袖舞表演中，演员甩出水袖的波浪可简化为如图所示沿x轴方向传播的简谐横波，其中实线为t=0时刻的波形图，虚线为t=0.2 s时刻的波形图，波的周期大于0.7 s，则 （　　）
A.t=0 时刻，x=1.0 m的质点向下振动
B.演员的手1.6 s内全振动4次
C.若手振动变慢，波长变短
D.波传播的速度大小为2.5 m/s
D