高中物理高考 考点64 机械波——备战2021年高考物理考点一遍过

这是一份高中物理高考 考点64 机械波——备战2021年高考物理考点一遍过，共27页。试卷主要包含了机械波，波的干涉和衍射，多普勒效应等内容，欢迎下载使用。


一、机械波
1．机械波的形成条件：（1）波源；（2）介质。
2．机械波的特点
（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）各质点开始振动（即起振）的方向均相同。
（4）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．波长、波速、频率及其关系
（1）波长
在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，用λ表示。
（2）波速
波在介质中的传播速度。由介质本身的性质决定。
（3）频率
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=fλ。
特别提醒1．机械波从一种介质进入另一种介质，频率不变，波速、波长都改变。
2．机械波的波速仅由介质来决定，波速在固体、液体中比在空气中大。波速的计算方法：或。
二、波的干涉和衍射
1．波的干涉
（1）产生稳定干涉的条件：频率相同的两列同性质的波相遇。
（2）现象：两列波相遇时，某些区域振动总是加强，某些区域振动总是减弱，且加强区和减弱区互相间隔。
（3）对两个完全相同的波源产生的干涉来说，凡到两波源的路程差为一个波长整数倍时，振动加强；凡到两波源的路程差为半个波长的奇数倍时，振动减弱。
2．波的干涉中振动加强点和减弱点的判断
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Δr。
（1）当两波源振动步调一致时
若Δr=nλ（n=0，1，2，…），则振动加强；
若Δr=（2n+1）（n=0，1，2，…），则振动减弱。
（2）当两波源振动步调相反时
若Δr=（2n+1）（n=0，1，2，…），则振动加强；
若Δr=nλ（n=0，1，2，…），则振动减弱。
3．波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。
4．产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔（缝）的尺寸跟波长差不多，或者比波长更小。
三、多普勒效应
1．波源不动
观察者向波源运动，接收频率增大；
观察者背离波源运动，接收频率减小。
2．观察者不动
波源向观察者运动，接收频率增大；
波源背离观察者运动，接收频率减小。



（2020·北京师大附中高三模拟）平静湖面传播着一列水面波（横波），在波的传播方向上有相距3m的甲、乙两小木块随波上下运动，测得两个小木块每分钟都上下30次，甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰．这列水面波
A．频率是30Hz B．波长是3m C．波速是1m/s D．周期是0.1s
【答案】C
【解析】木块的上下运动反映了所在位置水面质点的振动情况，即波传播方向上的质点每分钟完成30次全振动，因此其周期为：T＝s＝2s，故选项D错误；频率为：f＝＝0.5Hz，故选项A错误；又因为甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰，所以sAB＝，解得波长为：λ＝＝2m，故选项B错误；根据波长、波速、周期间关系可知，这列水面波的波速为：v＝＝m/s＝1m/s，故选项C正确．

1．如图所示为一横波在某一时刻的波形图，已知质点F此时刻运动方向向下，则

A．该波向左传播
B．质点B和质点D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F与质点H的加速度相同
【答案】ACD
【解析】根据题意，此时刻质点F的运动方向向下，根据波形的平移法可知，该波向左传播，故A正确；根据波形平移法判断得知，质点B向上运动，而质点D向下运动，两者的运动方向相反，故B错误；因为质点B向上振动，故质点C比质点B先回到平衡位置，故C正确；此时质点F和H的位移相同，简谐运动的特点：F=–kx可知，此时质点F和H的回复力相同，加速度相同，故D正确；故选ACD。
【名师点睛】本题关键根据质点的振动方向判断出波的传播方向，所用的方法可以用“波形平移法”或者“同侧法”等，知道同一波峰或波谷两侧附近的各点振动方向相反。
2．（2020·山东高三二模）如图，两种不同材料的弹性细绳在处连接，时刻开始从平衡位置向上抖动点，形成以点为波源向左和向右传播的简谐横波①和②，时点第二次到达波峰，此时绳上距离点处的质点第一次到达波峰，已知波②的传播速度为，间距离为，下列说法正确的是（　　）

A．点的振动周期为
B．波①的传播速度为
C．波②的波长为
D．点起振时，点处于平衡位置
【答案】D
【解析】A．B点振动周期和波源振动周期一致，根据题意时点第二次到达波峰可知，波源振动周期为
解得
即B点振动周期为4s，A错误；
B．时距离点处的质点第一次到达波峰，即从O到A传播了4s，所以
B错误；
C．波②的波长为
C错误；
D．传播到B点时，需要用时
此时质点A振动了2s，即半个周期，正好回到平衡位置，故点起振时，点处于平衡位置，D正确。
故选D。


（2020·上海高三模拟）如图是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰（实线）和波谷（虚线）；S1的振幅A1=4 cm，S2的振幅A2=3 cm，则下列说法正确的是（　　）

A．质点D是振动减弱点 B．质点A、D在该时刻的高度差为7 cm
C．再过半个周期，质点B、C是振动加强点 D．质点C的振幅为1 cm
【答案】D
【解析】A．由图像可知，D点为两波谷相遇应该是加强点，故A错误；
B．此时A点在加强后的最高点，D点在加强后的最低点，由合成叠加关系可知A、D质点在该时刻的高度差为14 cm，故B错误；
C．由于两波的频率相等，叠加后会形成稳定的干涉图像，所以A、D点始终是加强点，B、C点始终是减弱点，故C错误；
D．质点C为减弱点，振幅为两振幅之差，为1 cm，故D正确。
故选D。
【名师点睛】波的叠加满足矢量法则，当振动情况相同则相加，振动情况相反时则相减，且两列波互不干扰，例如当该波的波峰与波峰相遇时，此处相对平衡位置的位移为振幅的二倍；当波峰与波谷相遇时此处的位移为零。

1．在水波槽里放两块挡板，当中留一窄缝，已知窄缝的宽度为0.5 cm，所用水波的波长为5 cm，则如图所示的衍射图样中正确的是

【答案】C
【解析】窄缝宽度0.5 cm明显小于水波波长5 cm，符合发生明显衍射的条件，且水波是以水中“某点”为中心的弧线，故只有选项C正确。
2．（2020·山东高三二模）小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在平静水面上的一片树叶，俯视如图所示。现在S处以某一频率拍打水面，使形成的水波能带动树叶A明显振动起来，可以采用的方法是（　　）

A．以较低的频率拍打水面 B．以较高的频率拍打水面
C．只要拍打，A就会明显振动 D．无论怎样拍打，A都不会明显振动
【答案】A
【解析】拍打水面时，水波中的质点上下振动，形成的波向前传播，以较高的频率拍打水面，则质点振动的频率增加，波的频率与振动的频率相等，波速不变，频率增大，根据可知波长减小，衍射现象不明显；反之以较低的频率拍打水面，波长增大，衍射现象更明显。故以较低的频率拍打水面，可以使衍射现象明显，以带动树叶A明显振动起来，选项A正确，BCD错误。
故选A。


（2020·北京高三一模）机械波和电磁波都能产生多普勒效应。下列现象中不属于利用多普勒效应的是（　　）
A．交通警察利用测速仪向行进中的车辆发射频率已知的超声波，根据反射波的频率变化判断车速
B．医生向人体内发射频率已知的超声波，根据接收到的被血管中的血流反射后的超声波的频率变化，判断血流的速度是否正常
C．发生雷电时，人们利用看见闪电与听见雷声的时间间隔来估算自己与雷电发生处之间的距离
D．天文学上通过对比某些元素在遥远天体上的发光频率与其静止在地球上的发光频率，判断天体相对于地球的运动速度
【答案】C
【解析】A．交通警察利用测速仪向行进中的车辆发射频率已知的超声波，根据反射波的频率变化判断车速利用了声波多普勒效应的原理，故A正确，不符合题意；
B．医生向人体内发射频率已知的超声波，根据接收到的被血管中的血流反射后的超声波的频率变化，判断血流的速度是否正常也属于声波多普勒效应的应用，故B正确，不符合题意；
C．发生雷电时，人们利用看见闪电与听见雷声的时间间隔来估算自己与雷电发生处之间的距离是通过光速远大于声速，用这个时间间隔乘以声速来估算的，故它不属于多普勒效应的应用，故C错误，符合题意；
D．天文学上通过对比某些元素在遥远天体上的发光频率与其静止在地球上的发光频率，判断天体相对于地球的运动速度是属于光波的多普勒效应的原理应用，故D正确，不符合题意。
故选C。
多普勒效应是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者接受到的频率不同于振源频率的现象，据此判断即可。
本题考查的是多普勒效应在实际生活中的应用，能够很好地体现物理就在身边，物理与生活中的一些现象息息相关的新课改理念，是一道非常好的试题。

1．关于多普勒效应，下列说法中正确的是
A．发生多普勒效应时，波源频率发生了变化
B．要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动
C．火车向你驶来时，你听到的汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听到的汽笛声音调变高
D．机械波不能发生多普勒效应
【答案】B
【解析】发生多普勒效应时，波源频率并没有发生变化，故A错误；要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动，故B正确；根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距变小时，观察者接收到的频率一定比波源频率高，当波源和观察者间距变大时，观察者接收到的频率一定比波源频率低，故C错误；机械波能发生多普勒效应，故D错误。
2．（2020·山东高三一模）汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是 ACC 自适应巡航控制，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。汽车使用的传感器主要是毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f ¢，则（　　）
A．当 f ¢ =f 时，表明前车一定做匀速直线运动 B．当 f ¢ =f 时，表明前车一定处于静止状态
C．当 f ¢ >f 时，表明前车正在减速行驶 D．当 f ¢ 0的某位置（不是位于波谷），选项C正确D错误；若此波传入另一介质中，周期T不变，其波速变为v=0.80 m/s，由λ=vT可得它在该介质中的波长为λ=0.80×0.4 m=0.32 m，选项E正确。
28．C【解析】绳波中质点的振动方向与波的传播方向垂直，属于横波，纵波的传播方向和质点的振动方向在同一直线上，故A错误，根据波形图和波的传播方向可知，位移恰好为零且速度方向竖直向上的质点与O点的距离应为，其中n=0、1、2……，波长，可知当n=0时有波长的最大值，为，故B错误；0~内P由平衡位置振动到波峰，~内P由波峰回动到平衡位置，可知时P在平衡位置上方向上振动，时P在平衡位置上方向下振动，故C正确，D错误。