【物理一轮】2021高中物理一轮复习学案--第十三章 第2讲 机 械 波

第2讲机械波ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU知识梳理·自测巩固知识点1 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__形式__和__能量__，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波__迁移__。

(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。

(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__垂直__的波，有__波峰__(凸部)和__波谷__(凹部)。

(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在__同一直线__上的波，有__密部__和__疏部__。

知识点2 横波的图象1．横波的图象(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(4)应用①直接读取__振幅A__和__波长λ__，以及该时刻各质点的__位移__。

②确定某时刻各质点加速度和速度的__方向__，并能比较大小。

③结合波的传播方向可确定各质点的__振动方向__或由各质点的振动方向确定波的__传播方向__。

2．波长、波速、频率及其关系(1)波长λ：在波动中，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f：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①v＝__λf__；②v＝__λT__。

知识点3 波特有的现象1．波的叠加：观察两列波的叠加过程可知：几列波相遇时，每列波都能够保持各自的状态继续传播而不__互相干扰__，只是在重叠的区域里，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__位移的矢量和__。

2．波的干涉和衍射：波的干涉波的衍射条件两列波的频率必须__相同__ 明显条件：障碍物或孔的__尺寸__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__干涉图样__波能够__绕过障碍物__或孔继续向前传播(1)定义：由于波源和观察者之间有__相对运动__，使观察者感受到波的频率__发生变化__的现象。

(2)实质：声源频率__不变__，观察者接收到的频率__发生变化__。

(3)规律：①波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的__频率增大__；②波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的__频率减小__；③波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率__等于__波源的频率。

思维诊断：(1)在水平方向传播的波为横波。

( ×)(2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。

( √)(3)通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移。

( ×)(4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。

( √)(5)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。

( ×)(6)波速表示介质中质点振动的快慢。

( ×)(7)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。

( ×)(8)一切波都能发生衍射现象。

( √)(9)多普勒效应说明波源的频率发生变化。

( ×)自测巩固ZI CE GONG GU1．(2019·宁夏大学附中月考)(多选)关于机械振动与机械波下列说法正确的是( ACD )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．机械波在介质中传播的速度由介质本身决定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E．质点振动的方向总是垂直于波传播的方向[解析] 本题考查对机械振动和机械波的认识。

机械波的频率是振源的振动频率，由振源决定的，故A正确；机械波的传播速度与介质有关，与振源的振动速度无关，故B错误；机械波在介质中传播的速度由介质本身决定，故C正确；由v＝λT可知，在一个周期内，沿波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离，故D正确；波分横波与纵波，纵波的质点振动方向与波的传播方在同一条直线上，横波的质点振动方向与波的传播方向垂直，故E错误。

2．(2019·上海静安区二模)声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物，这是因为( C )A．声波是纵波，光波是横波B．声波振幅大，光波振幅小C．声波波长较长，光波波长较短D．声波波速较小，光波波速很大[解析] 本题考查波的衍射问题。

波发生明显的衍射现象的条件是孔缝的宽度或障碍物尺寸与波长相比差不多或比波长更短。

由于声波的波长比较长(1.7 cm～17 m)，和楼房的高度相近，故可以发生明显的衍射现象，而可见光的波长很短，无法发生明显的衍射现象。

故C正确。

3．(多选)如图所示，列车上安装一个声源，发出一定频率的乐音。

当列车与观察者都静止时，观察者记住了这个乐音的音调。

在以下情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是( BD )A．观察者静止，列车向他驶来B．观察者静止，列车离他驶去C．列车静止，观察者靠近列车D．列车静止，观察者远离列车[解析] 根据多普勒效应，当观察者与声源相互靠近时，观察者接收到的频率大于声源发出的频率；当观察者与声源相互远离时，观察者接收到的频率小于声源发出的频率，故A、C错误，B、D正确。

4．(多选)关于如图所示的波形图，下列说法中正确的是( ACD )A．此列波的振幅是0.1 mB．x＝15 cm处质点的位移是0.1 mC．若质点A的速度沿y轴正方向，则质点B的速度亦沿y轴正方向D．质点A的速度为沿y轴负方向，而B、C两质点的加速度沿y轴正方向[解析] 从波的图象上可以直接读出振幅、各质点离开平衡位置的位移，A 正确，B错误。

各质点加速度的方向总是指向平衡位置，D正确。

由于A、B两质点在此时刻都在同一“坡”上，根据上、下坡法可以判断C正确。

HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO核心考点·重点突破考点一机械波的传播与图象1．机械波的传播特点：(1)波传到任意一点，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，任一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，它的波长和波速可以改变，但频率和周期都不会改变。

(4)振源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，所以v＝λT＝λf。

2．波的图象特点：(1)质点振动nT(波传播nλ)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时(n＝1,2,3…)，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)λ2(n＝0,1,2,3…)时，它们的振动步调总相反。

3．波的传播方向与质点的振动方向的判断方法内容图象上下坡法沿波的传播方向，上坡时质点向下振动，下坡时质点向上振动同侧法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧微平移法将波形图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定横波在t＝0时的波形如图所示，P、Q两个质点的平衡位置分别位于x＝3.5 m和x ＝6.5 m 处。

此后，在t ＝0.5 s 时，质点P 恰好第二次处于波峰位置。

下列说法中正确的是( BDE )A ．波的周期为0.2 sB ．波速为5 m/sC ．t 1＝0.5 s 时，质点Q 第二次到达平衡位置且向上运动D ．当t 2＝0.9 s 时，质点P 的位移为2 cmE ．P 、Q 两质点的振动方向总是相反[解析] 本题根据波动图象分析波的传播、质点的振动问题。

由题图可知，t ＝0时刻质点P 经平衡位置向上运动，则第二次到达波峰需经54T ＝0.5 s ，解得T ＝0.4 s 。

由图可知32λ＝6.5 m －3.5 m ＝3 m ，解得波长为λ＝2 m ，波速为v ＝λT＝5 m/s ，故A 错误，B 正确；t ＝0时刻质点Q 在平衡位置向下运动，t 1＝0.5 s ＝114T 时Q 第二次到达波谷，故C 错误；当t 2＝0.9 s ＝94T ＝214T 时，质点P 在正向最大位移处，故其位移为2 cm ，故D 正确；P 、Q 两点相距32λ，所以P 、Q 两质点的振动方向总是相反，故E 正确。

〔类题演练1〕(2020·天津一中模拟)如图甲所示，一根水平张紧的弹性长绳上有等间距的Q ′、P ′、O 、P 、Q 质点，相邻两质点间距离为1 m ，t ＝0时刻O 质点从平衡位置开始沿y 轴正方向振动，并产生分别向左、向右传播的波，O 质点振动图象如图乙所示，当O 点第一次达到正方向最大位移的时刻，P 点刚开始振动，则( B )A ．P ′、P 两点距离为半个波长，因此它们的振动步调始终相反B ．当Q ′点振动第一次达到负向最大位移时，P 质点通过的路程是20 cmC ．当波在绳中传播时，绳中所有质点沿x 轴移动的速度大小相等且保持不变D．若O质点振动加快，波的传播速度变大[解析] 本题根据波源振动图象考查波的传播问题。

由图象可知周期T＝4 s，由O点第一次达到正方向最大位移的时刻，P点刚开始振动可知，λ4＝1 m，解得λ＝4 m，波速v＝λT＝1 m/s。

依题，向左、向右传播的两列波关于y轴左右对称，关于O点对称的两点振动步调总是相同，故A错误；由振动图象可知，波源的起振方向向上，当Q′点振动第一次达到负向最大位移时，经历的时间Δt ＝OQ′v＋3T4＝21＋3×44s＝5 s，对质点P，有Δt＝OPv＋Δt′，解得Δt′＝4 s ＝T，故P通过的路程为s＝4A＝4×5 cm＝20 cm，故B正确；横波在x轴上传播时，绳上各质点在y轴方向做简谐运动，不沿x轴方向移动，绳中所有质点振动的速度不等，而且速度在周期性地变化，故C错误；机械波的传播速度由介质决定，O质点振动加快，不影响波的传播速度，故D错误。

考点二波动图象与振动图象综合两种图象的比较图象类型振动图象波的图象研究对象某一振动质点沿波传播方向上的所有质点研究内容某一质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义表示某质点各个时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)各时刻质点位移(4)各时刻速度、加速度方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判形象比喻记录着一个人一段时间内活动的录像带记录着许多人某时刻动作、表情的集体照片图象变化随时间推移，图象延续，但已有形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移一完整曲线占横坐标距离表示一个周期表示一个波长刻的波形图，图乙为介质中x＝2 m处的质点P的振动图象。