新高考物理一轮复习重难点练习专题30 机械波（2份打包，原卷版+解析版）

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1.知道机械波的形成及特点.
2.掌握波速、波长和频率的关系，会分析波的图像.
3.知道波的干涉、衍射和多普勒效应，掌握干涉、衍射的条件．
考点一 机械波与波的图像
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．
③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．
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．
2．波的图像
(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)图像(如图)
3．波长、波速、频率及其关系
(1)波长λ：在波的传播方向上，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(周期)的关系：v＝eq \f(λ,T)＝λf.
1．波的周期性
(1)质点振动nT(n＝1,2,3，…)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(n＝1,2,3，…)时，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)eq \f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)时，它们的振动步调总相反．
2．波的传播方向与质点振动方向的互判
【典例1】（2022·全国·高三课时练习）关于机械波的形成与传播，下列说法中错误的是（ ）
A．物体做机械振动，不一定产生机械波
B．后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步
C．参与振动的质点都有相同的频率
D．机械波经过的区域质点随波迁移，同时机械波将波源的能量传递出去
【典例2】（2022·全国·高三专题练习）一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，关于质点P的说法正确的是（ ）
A．该时刻速度沿y轴正方向B．该时刻加速度沿y轴正方向
C．此后 SKIPIF 1 < 0 周期内通过的路程为AD．此后 SKIPIF 1 < 0 周期内沿x轴正方向迁移为 SKIPIF 1 < 0
考点二 波的图像与振动图像的综合应用
振动图像和波的图像的比较
【典例3】（2022·北京市十一学校三模）图甲为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图，图乙为质点P的振动图像。下列说法正确的是（ ）
A．在t=0.10s时，质点P的速度为零
B．从t=0.10s到t=0.25s，质点P的路程为10cm
C．这列简谐横波沿x轴正方向传播
D．在t=0.25s时，质点P的加速度沿y轴负方向
【典例4】（2022·河北·模拟预测）图甲为一列简谐横波在 SKIPIF 1 < 0 时刻的波形图，图乙为该波中平衡位置坐标为 SKIPIF 1 < 0 处质点P的振动图像，则下列说法中正确的是（ ）
A．该波的传播方向沿 SKIPIF 1 < 0 轴正方向
B．在 SKIPIF 1 < 0 时刻，图甲中质点P相对平衡位置的位移为 SKIPIF 1 < 0
C．在 SKIPIF 1 < 0 时刻，平衡位置在 SKIPIF 1 < 0 处的质点的位移为 SKIPIF 1 < 0
D．从 SKIPIF 1 < 0 时刻开始至 SKIPIF 1 < 0 时刻结束，在这段时间内，平衡位置在 SKIPIF 1 < 0 处的质点通过的路程为 SKIPIF 1 < 0
考点三 波传播的周期性与多解性问题
造成波动问题多解的主要因素
(1)周期性
①时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确．
②空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确．
(2)双向性
①传播方向双向性：波的传播方向不确定．
②振动方向双向性：质点振动方向不确定．
【典例5】（2022·山东·高三专题练习）一简谐横波沿x轴负向传播， SKIPIF 1 < 0 时刻的波形如图甲所示， SKIPIF 1 < 0 处的质点振动图像如图乙所示，以下说法正确的是（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 时刻 SKIPIF 1 < 0 处的质点沿y轴负方向运动
B．该质点的振动方程为 SKIPIF 1 < 0
C．若该波的波长大于0.50m，则该波波长一定为4m
D．若该波的波长小于0.50m，则该波波长可能为0.4m
【典例6】（2022·海南中学高三阶段练习）如图所示，一列简谐横波沿x轴传播，实线为t=0时刻的波形图，虚线为t=0.5s时的波形图，已知质点P的坐标x1=6m，质点Q的坐标x2=7.5m，波的周期T>0.5s。下列说法正确的是（ ）
A．波的周期一定是2sB．波速一定是6m/s
C． SKIPIF 1 < 0 时，质点Q点的位移一定是零D． SKIPIF 1 < 0 时，质点Q点的位移可能最大
考点四 波的干涉、衍射 多普勒效应
1．波的叠加
在波的叠加中，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)eq \f(λ,2)(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)eq \f(λ,2)(n＝0,1,2，…)，则振动加强；
若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，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形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．
3．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．
【典例7】（2022·重庆·模拟预测）如图所示，甲、乙两列简谐横波在同一介质中沿x轴正方向传播，波速均为 SKIPIF 1 < 0 。在 SKIPIF 1 < 0 时，两列波的波峰正好在 SKIPIF 1 < 0 处重合，则下列说法正确的是（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 时刻，乙波上 SKIPIF 1 < 0 质点振动方向沿y轴正方向
B． SKIPIF 1 < 0 时刻，甲波上 SKIPIF 1 < 0 质点振动方向沿y轴正方向
C．简谐横波甲的周期 SKIPIF 1 < 0
D．甲、乙两列波叠加会产生干涉现象
【典例8】（2022·山东·高三学业考试）如图甲所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，在传播方向上有P、Q两个质点，两质点置坐标分别为xP＝0.6m、xQ＝1.5m，某时刻简谐波刚好传到Q点，而此刻质点P恰好位于波峰，并且P、Q之间只有一个波谷。此后质点Q的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．该简谐波的传播速度为0.3m/s
B．该简谐波的波长为3.6m
C．经t＝6s，质点P沿传播方向运动了30cm
D．一观察者沿x轴靠近波源运动时，其观测到该波的频率将小于0.25Hz
一、单选题
1．（2022·上海市崇明中学模拟预测）一列简谐横波沿x轴正方向传播，在x轴上有相距2cm的P和Q两点，从P点振动开始计时，两点的振动图像分别如图中的实线和虚线所示，则由此可以判断该波的（ ）
A．频率4HzB．波长是4cm
C．波速是2cm/sD．振幅是20cm
2．（2022·辽宁·沈阳二中三模）如图所示，在坐标原点O处有一波源S，它沿y轴做频率为50Hz；振幅为2cm的简谐振动，形成的波可沿x轴正、负方向传播，波速为20m/s，开始振动时S恰好经过O点沿y轴正方向运动，则波传到坐标为 SKIPIF 1 < 0 的N点时 SKIPIF 1 < 0 的质点M运动状态是（ ）
A．处于平衡位置且向下运动
B．处于平衡位置且向上运动
C．处于波峰位置
D．处于波谷位置
3．（2022·北京·杨镇第一中学模拟预测）某同学使用如图所示的实验装置观察水面波衍射，AC、BD是挡板，AB是一个孔，O是波源。图中曲线中，每两条相邻波纹之间距离是一个波长，波经过孔之后，下列描述正确的是（ ）
A．不能观察到明显的波的衍射现象
B．挡板前后波纹间距离不相等
C．如果将孔AB扩大，仍可能观察到明显的衍射现象
D．如果孔的大小不变，使波源频率减小，仍能观察到明显的衍射现象
4．（2022·上海黄浦·二模）一列简谐横波某时刻的波形如图所示，此后L质点比K质点先回到平衡位置。则该波的传播方向和此刻K质点的速度方向分别为（ ）
A．x轴正方向、y轴正方向
B．x轴正方向、y轴负方向
C．x轴负方向、y轴正方向
D．x轴负方向、y轴负方向
5．（2022·上海金山·二模）如图为两波源S1、S2在水槽中产生的波形，其中实线表示波峰，虚线表示波谷。为使两波在相遇区域能发生干涉，应（ ）
A．增大S1与S2的间距B．降低S1的振动频率
C．将槽中的水换成油D．增大S2的振动周期
6．（2022·北京·101中学三模）气流流动的过程中都会发出噪声，如图所示的消声器可以用来削弱高速气流产生的噪声。波长为 SKIPIF 1 < 0 的声波沿水平管道自左向右传播，在声波到达a处时，分成上下两束波，这两束声波在b处相遇时可削弱噪声，则（ ）
A．该消声器在b处可削弱噪声，是因为上下两束波到达b处的波速不同
B．该消声器在b处可削弱噪声，是因为上下两束波在b处振幅不同
C．该消声器在b处削弱噪声时，上下两束波从a到b的路程差可能为 SKIPIF 1 < 0
D．该消声器在b处削弱噪声时，上下两束波从a到b的路程差可能为 SKIPIF 1 < 0
7．（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
8．（2022·湖北·天门市教育科学研究院高三学业考试）一列简谐横波沿x轴在介质中传播，M、N是x轴上介质中的两个质点。图甲是 SKIPIF 1 < 0 的该简谐横波的波形图，图乙是质点N的振动图像， SKIPIF 1 < 0 时刻质点M的纵坐标为2 SKIPIF 1 < 0 ，下列说法不正确的是（ ）
A．该列简谐横波沿着x轴的正方向传播
B．该列简谐横波的传播速度为4.0 SKIPIF 1 < 0
C．当 SKIPIF 1 < 0 时，质点N在波峰，加速度最小
D．当 SKIPIF 1 < 0 时，质点M第一次到达波峰
9．（2022·江苏·模拟预测）一列简谐横波在 SKIPIF 1 < 0 时刻的波形如图甲所示，质点P、Q在x轴上的位置为 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 。从此时开始，P质点的振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．该波沿x轴正向传播
B．此后P、Q两点速度大小始终不相等
C． SKIPIF 1 < 0 时，Q质点的位移为 SKIPIF 1 < 0
D．若此波遇到另一列简谐横波发生了干涉现象，则所遇到的波的频率为 SKIPIF 1 < 0
10．（2022·山东济宁·三模）如图甲所示，在x轴上相距1.5m的O、M两点有两波源，t = 0时刻，两波源开始振动，振动图像分别如图乙、丙所示。已知两波的传播速度为1m/s，x轴上的P点与O点相距1.2m，则（ ）
A．两列波不能发生干涉现象B．M点波源的振动方程为 SKIPIF 1 < 0
C．P点为振动加强点，振幅为7cmD．t = 0.5s时，P点沿y轴正向振动
二、填空题
11．（2022·全国·高三专题练习）介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 ，二者做简谐运动的振幅相等，周期均为 SKIPIF 1 < 0 。当 SKIPIF 1 < 0 过平衡位置向上运动时， SKIPIF 1 < 0 也过平衡位置向上运动。若波速为 SKIPIF 1 < 0 ，则由 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 发出的简谐横波的波长均为______m。P为波源平衡位置所在水平面上的一点，与 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 平衡位置的距离均为 SKIPIF 1 < 0 ，则两波在P点引起的振动总是相互______（填“加强”或“削弱”）的；当 SKIPIF 1 < 0 恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P处的质点______（填“向上”或“向下”）运动。
12．（2022·广东·模拟预测）一列横波沿x轴负方向传播，实线和虚线分别表示t1=0和t2=0.13s时的波形图。在t3=0.42s时第8次出现图中实线的波形（t1=0时为第1次出现实线波形），该波的传播速度为________m/s，在0