《新高考物理一轮复习专题10.2 机械波 精品讲义（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习专题10.2 机械波 精品讲义（含解析）（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题10.2机械波【讲】【讲核心素养】1.物理观念：横波、纵波、干涉、衍射。（1）通过观察，认识波的特征。能区别横波和纵波。能用图像描述横波。理解波速、波长和频率的关系。（2）.知道波的反射和折射现象。通过实验，了解波的干涉与衍射现象。2.科学思维：横波的规律及图象。掌握波速、波长和频率的关系，会分析波的图象。3.科学态度与责任：多普勒效应。通过实验，认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例。【讲考点题型】【知识点一】机械波的形成与传播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
2、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vf。2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法内容图像“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”法将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一横坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向【例1】（多选）（2022山东青岛高三开学考试）一列沿x轴正方向传播的简谐横波，t=0时刻波源质点
3、O从平衡位置开始振动，图甲是简谐横波在时的部分波形图，图乙是这列波上处的质点从时刻开始振动的图像，下列说法正确的是（）A波源的起振方向向上B时，处的质点在波谷处C波的频率D波源的振动方程为【答案】 BD【解析】A质点振动方向与波源振动方向相同，由图乙可知，x=0.7m处质点的起振方向向下，则波源起振方向向下，故A错误；B由图甲可知，该波的波长为0.4m，根据图中信息，t=0.6s时，x=0.1m处的质点位于波谷，故B正确；C由题意可知该波的波速为结合上述分析，可得波的周期为频率为故C错误；D有图可知，波的振幅A=5cm，根据上述分析可得，波源的振动方程为带入数据可得故D正确。故选BD。【素养升
4、华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。【变式训练1】（2022湖南省沅陵县枫香坪九校高三开学考试）坐标原点处的质点从平衡位置开始振动，形成的振动沿x轴正向传播，波传播到处开始计时，处的质点P的振动方程为，时刻，在坐标原点与之间第二次出现如图所示的波形，则下列判断正确的是（）A波源处的质点起振方向沿y轴正向B波的传播速度大小为1m/sCD时刻，质点P已运动的路程为160cm【答案】 D【解析】A由质点P的振动方程可知：波刚传到质点P时，质点向y轴负向振动，波源处的质点起振方向沿y轴负方向，故A错误；B由图可知，波的波长周期则波速故B错误；C波从计时开始传播到处的时间处质点从开始振动到第
5、二次达到正向位移最大处的时间则故C错误；D时刻，质点P已运动的路程为故D正确。故选D。【方法总结】（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）介质中每个质点做的都是受迫振动，所以任一质点的振动频率和周期都与波源相同因此可以断定：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（3）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，所以有vf.（4）质点振动nT（波传播n）时，波形不变（5）相隔波长整数倍的两质点，振动状态总相同；相隔半波长奇数倍的两质点，振动状态【知识点二】波的图像和振动图像的理解和应用振动图象和波
6、的图象的比较比较项目振动图象波的图象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图象正（余）弦曲线正（余）弦曲线横坐标表示时间表示各质点的平衡位置物理意义某质点在各时刻的位移某时刻各质点的位移振动方向的判断（看下一时刻的位移）（将波沿传播方向平移）t后的图形随时间推移，图象延续，但已有形状不变随时间推移，图象沿波的传播方向平移，原有波形做周期性变化联系（1）纵坐标均表示质点的位移（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象【例2】（多选）（2022山西太原二模）时，一
7、列沿轴正方向传播的简谐横波的波形如图（a）所示；在范围内，一质点P的振动图像如图（b）所示。已知质点P在内通过的路程为，则下列说法正确的是（）A该简谐波的频率为B该简谐波的波速为C该波源的振幅为D质点P平衡位置的坐标一定是E质点P平衡位置的坐标可能是【答案】 BCD【解析】AB由图（a）可知波长设质点P的振动方程为时当时解得则周期则频率波速故B正确，A错误；C在1.2s内即20T，质点P的的路程解得故C正确；DE质点P在范围内，根据同侧法结合图（a）和图（b）及数学知识可知质点P平衡位置的x坐标一定是，故D正确，E错误。故选BCD。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。【变式训练2】（
8、2022山西怀仁市第一中学校模拟预测）如图所示，甲为某一简谐横波在t0时刻的图像，x2m处的质点P的振动图像如图乙所示。（1）确定波的传播方向；（2）求该波的波速v；（3）求时质点P的位置坐标和内质点P运动的路程。【答案】 （1）x轴正方向传播；（2）；（3）；【解析】（1）由图乙可知t0时，质点P向y轴正方向振动，由图甲可知该波沿x轴正方向传播。（2）由题图甲知由题图乙知所以波速（3）题图乙的函数式为由得则时横坐标不变，所以P的坐标为。又则质点P经过的路程为【技巧方法】“一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象综合类问题【方法总结】波形图与振动图象的对应关系【知识点三】波的多解性波的多解问题
9、成因分析1周期性时间周期性：时间间隔t与周期T的倍数关系不明空间周期性：传播距离x与波长的倍数关系不明波经t由质点O传到相距x的质点A，两质点振动情况始终相同，所以tnT，xn.2双向性传播方向双向性：无法确定传播方向时，两个传播方向都要考虑振动方向双向性：无法确定质点位移方向或振动方向时要考虑正负两个方向3波形的隐含性只给出完整波形的一部分，或只给出几个质点的振动情况和质点之间的联系，而其余信息处于隐含状态，这时波形可能有多种情况例：波上两个恰好处于平衡位置的质点间只有一个波峰【例3】（多选）（2022山东高考真题）一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如图所示。当时，
10、简谐波的波动图像可能正确的是（）ABCD【答案】 AC【解析】由O点的振动图像可知，周期为T=12s，设原点处的质点的振动方程为则解得在t=7s时刻因则在t=7s时刻质点在y轴负向向下振动，根据“同侧法”可判断若波向右传播，则波形为C所示；若波向左传播，则波形如A所示。故选AC。【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念与科学思维。【变式训练3】（多选）（2022河北高三开学考试）x轴上一条长绳，其左端在坐标原点，时刻，某同学抓住绳左端在竖直方向做简谐振动，经过所形成的波形如图中实线所示，已知此列绳波传播的速度为，时刻绳波的部分波形如图中的虚线所示，下列说法正确的是（）A该绳波的波长为B在时
11、间内，绳左端通过的路程为C与周期T的关系式为D虚线波形所对应的时刻可能为【答案】 BD【解析】A由题意绳左端就是波源，结合图像可知经过，波传播的距离为结合波速可得解得故A错误；B由得由图像可知绳波的振幅，在时间内，绳左端通过的路程为故B正确；C由题意知绳波向右传播，当实线向右平移到虚线的位置，绳波向右传播的距离为由波动的空间周期性和时间周期性可得与的差值为则有故C错误；D结合，解得当时故D正确。故选BD。【方法总结】解决波的多解问题的思路一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系t或x，若此关系为时间，到tnTt（n0，1，2）；若此关系为距离，则xnx（n0，1，2）。2
12、求解波的多解问题一般思路（1）根据初末两时刻的波形图确定传播距离与波长的关系通式。（2）根据题设条件判断是唯一解还是多解。（3）根据波速公式v或vf求波速。【知识点四】波的干涉、衍射和多普勒效应1.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r。当两波源振动步调一致时若rn（n0，1，2，），则振动加强；若r（2n1）（n0，1，2，），则振动减弱。当两波源振动步调相反时若r（2n1）（n0，1，2，），则振动加强；若rn（n0，1，2，），则振动减弱。（2）图像法在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰（或波谷与波谷）的交点，一
13、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而成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。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全波的个数。（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4】（2022江苏扬州模拟预测）医学上利用超声波进行身体检查，探头发出一定频率的超声波，指向需要检查的部位，超声波射入人体后，在机体的组织器官形成反射波，回声返回到探头，经过信号转换之后形成
14、影像，用于诊断。下列说法正确的是（）。A超声波在空气中传播时，质点的振动方向与传播方向垂直B为提高成像分辨力应使超声波的波长比探测目标小的多C若被检界面向探头运动，回声频率比发射频率降低D进行超声探测时，探头与人体表面间需留有空隙【答案】 B【解析】A超声波在空气中传播时，质点的振动方向与传播方向平行，A错误；B为提高成像分辨力应使超声波不能发生明显衍射现象，所以超声波波长比探测目标小的多，B正确；C根据多普勒效应，若被检界面向探头运动，回声频率比发射频率升高，C错误；D进行超声探测时，探头与人体表面间不需留有空隙，超声检查时，探头与病人皮肤之间的空气将阻碍超声波传入人体，为获得高质量的清晰图像，需要使用液性传导介质来连接探头与病人体表，这种介质就是常用的超声耦合剂，D错误。故选B。【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。【变式训练4】
