高考物理一轮复习第十三章第2讲机械波课件PPT

这是一份高考物理一轮复习第十三章第2讲机械波课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了第2讲机械波，内容索引，课时精练，机械波与波的图像，平衡位置，振动频率，答案见解析，解得λ＝8m，答案9cm等内容，欢迎下载使用。

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
考点二　波的图像与振动图像的综合应用
考点三　波传播的周期性与多解性问题
考点四　波的干涉、衍射　多普勒效应
1.机械波(1)机械波的形成条件①有发生机械振动的 .②有传播 ，如空气、水等.(2)传播特点①机械波传播的只是振动的 和 ，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波 .②波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向 .
③介质中每个质点都做 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 .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 ，纵轴表示该时刻各质点的 .(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开 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 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 本身的性质决定.(3)频率f：由波源决定，等于波源的 .(4)波长、波速和频率(周期)的关系：v＝ ＝ .
1.在机械波传播过程中，介质中的质点沿着波的传播而移动.(　　)2.通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移.(　　)3.机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同.(　　)4.机械波在一个周期内传播的距离是振幅的4倍.(　　)5.波速表示介质中质点振动的快慢.(　　)
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) (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
例1　如图所示，A、B两点为某简谐横波上的质点，已知波的传播方向由A到B，t＝0时刻该波刚好传到A点，且A点的振动方向竖直向上，经时间t0质点B刚好起振.已知波的传播周期为T、传播速度为v，则下列说法正确的是A.振源位于A的左侧，且起振方向竖直向下B.质点B振动后，其振动周期一定为TC.质点B每次经过平衡位置的速度一定为vD.质点B的起振方向与A、B两点之间的距离有关
考向1　波的形成及传播
因为质点A刚起振时的振动方向竖直向上，因此振源的起振方向竖直向上，又由于波的传播方向由A到B，因此振源位于A的左侧，故A错误；质点B的振动周期等于振源的振动周期，等于波的传播周期，则一定为T，故B正确；波的传播速度与质点的振动速度是两个不同的概念，则质点B经过平衡位置的速度不一定为v，故C错误；A、B之间各质点在振源的带动下做受迫振动，则开始振动的方向与振源开始起振的方向相同，与A、B两点之间的距离无关，故D错误.
例2　(2022·江苏连云港市高三模拟)一列简谐横波沿x轴正方向传播，其波速为10 m/s，t＝0时刻的波形如图所示，下列说法正确的是A.t＝0.2 s时刻，质点Q速度最大B.t＝0.6 s时刻，质点M向＋y方向运动C.质点M比质点P早到达平衡位置处D.若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为80 m，能发生明显衍射现象
由同侧法可知质点M向＋y方向运动，故B正确；t＝0时刻质点P向下振动，M先向上振动，再向下振动，所以质点P比质点M早到达平衡位置处，故C错误；
经过0.6 s，波向前传播 λ＝6 m，则t＝0.6 s时刻的波形图如图中虚线所示
发生明显衍射现象的条件是障碍物的尺寸比波长小或相差不多，由题可知障碍物的尺寸远大于波的波长，故不能发生明显的衍射现象，故D错误.
例3　(2021·湖北省1月选考模拟·5)一列简谐横波沿x轴正方向传播，其波速为10 m/s，t＝0时刻的波形如图所示.下列说法正确的是A.0～0.6 s时间内，质点P运动的路程为18 cmB.t＝0.6 s时刻，质点P相对平衡位置的位移是6 cmC.t＝1.2 s时刻，质点Q加速度最大D.t＝1.4 s时刻，质点M沿y轴负方向运动
由波形图可知A＝6 cm，λ＝8 m，因为v＝10 m/s，所以T＝ ＝0.8 s,0～0.6 s时间内，质点P运动的路程s＝3A＝18 cm，A正确；
t＝0.6 s时，即经过 T，质点P恰好回到平衡位置，相对平衡位置的位移为0，B错误；t＝1.2 s＝ T时，质点Q处于平衡位置，加速度为0，C错误；t＝1.4 s＝1 T时，质点M处于波谷和平衡位置之间，正沿y轴正方向运动，D错误.
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
例4　(2021·江苏省1月适应性考试·8)渔船上的声呐利用超声波来探测远方鱼群的方位.某渔船发出的一列超声波在t＝0时的波动图像如图甲所示，图乙为质点P的振动图像，则A.该波的波速为1.5 m/sB.该波沿x轴负方向传播C.0～1 s时间内，质点P沿x轴运动了1.5 mD.0～1 s时间内，质点P运动的路程为2 m
由题图乙知，质点P在t＝0时刻，振动方向向上，结合题图甲波形图由“上下坡”法可知，该波沿x轴正方向传播，B错误；质点P只在平衡位置附近振动，不沿x轴运动，C错误；由题图甲知，质点P的振幅为5×10－6 m,0～1 s内，质点完成了 次全振动，故质点P运动的路程为N×4A＝2 m，故选D.
由题图甲知该波波长λ＝1.5×10－2 m，由题图乙知该波的周期为T＝1×10－5 s，则该波的波速为v＝ ＝1.5×103 m/s，A错误.
例5　如图所示，图甲是t＝5 s时刻一简谐横波沿x轴正方向传播的波形图，图乙为这列波上某质点的振动图像，则A.该列波的波速为4 m/sB.图乙可能是质点b的振动图像C.质点c的振动方程为y＝6sin( ＋π) cmD.t＝10 s时，a点的振动方向向上
由题图甲可得λ＝8 m，由题图乙可得T＝4 s，所以横波的波速为v＝ ＝2 m/s，故A错误；
由题图甲可知，t＝5 s时，质点b位于平衡位置且向上振动，由题图乙可知，5 s时质点处于波峰位置，故B错误；由题图甲可知，质点c的振动方程为y＝6sin( t＋π) cm，故C正确；t＝5 s时质点a处于波峰，经过5 s＝(1＋ )T，质点a运动到平衡位置且向下振动，故D错误.
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.
例6　如图，实线是一列简谐横波在t1＝0时刻的波形，虚线是这列波在t2＝0.5 s时刻的波形.(1)写出这列波的波速表达式；
由题图可知λ＝8 m当波向右传播时，在Δt＝t2－t1时间内波传播的距离为
当波向左传播时，在Δt＝t2－t1时间内波传播的距离为
(2)若波速大小为74 m/s，波的传播方向如何？
若波速大小为74 m/s，在Δt＝t2－t1时间内波传播的距离为s＝v·Δt＝74×0.5 m＝37 m.
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 ；若Δr＝(2n＋1) (n＝0,1,2，…)，则振动 .
②当两波源振动步调相反时.若Δr＝(2n＋1) (n＝0,1,2，…)，则振动 ；若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动 .(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 点，而波峰与波谷的交点一定是 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 ，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率 .
1.两列波在介质中相遇，一定产生干涉现象.(　　)2.两列波发生干涉时，加强区的质点振幅变大，质点一直处于位移最大处.(　　)3.一切波都能发生衍射现象.(　　)4.发生多普勒效应时，波源的真实频率没有发生变化.(　　)
例7　甲、乙两列简谐横波在同一均匀介质中传播，甲波沿x轴正方向传播，乙波沿x轴负方向传播，t＝0时刻两列波恰好在坐标原点相遇，波形图如图所示.已知甲波的频率为4 Hz，则A.两列波的传播速度均为4 m/sB.两列波叠加后，x＝0处的质点振动减弱C.两列波叠加后，x＝0.5 m处的质点振幅为30 cmD.两列波叠加后，介质中振动加强和减弱区域的位置稳定不变
由于甲、乙两波的波长相同，在x＝0处为峰峰相遇，谷谷相遇，两列波叠加后，x＝0处的质点振动加强，故B错误；x＝0处的质点振动加强，x＝0.5 m处的质点振动减弱，振幅为10 cm，故C错误；
加强和减弱区的形成是两列波在某一点叠加的结果，对于两列稳定的波，在固定的一点，两列波如果在该处引起的质点的振动是相同的，则总是相同，故D正确.
例8　(2017·全国卷Ⅰ·34(1))如图(a)，在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，－2).两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示.两列波的波速均为1.00 m/s.两列波从波源传播到点A(8，－2)的路程差为___m，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互______(填“加强”或“减弱”)，点C(0,0.5)处质点的振动相互_____(填“加强”或“减弱”).
波长λ＝vT＝2 m，由几何关系可知两波源到A点的距离分别为AS1＝10 m，AS2＝8 m，所以两波源到A点的路程差为2 m；同理可得，BS1－BS2＝0，为波长的整数倍，由振动图像知两波源振动方向相反，故B点振动减弱；两波源到C点的路程差为Δx＝CS1－CS2＝1 m＝ ，所以C点振动加强.
例9　关于多普勒效应，下列说法正确的是A.若声源向观察者靠近，则观察者接收到的频率小于声源发出声波的频率B.发生多普勒效应的原因是波源的频率发生了改变C.多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动(距离发生变化)而产 生的D.只有声波才有多普勒效应
1.(2020·全国卷Ⅰ·34(1)改编)在下列现象中，不可以用多普勒效应解释的有A.天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两 颗恒星)光谱随时间的周期性变化B.超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化C.观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低D.同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同
观察者与双星的距离发生变化，接收到的频率发生变化，产生周期性变化的光谱，属于多普勒效应，A正确；探测器接收到的超声波频率发生变化，是由于血液发生流动，探测器与血液的观测点的距离发生变化引起的，可以用多普勒效应解释，故B正确；观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调变低，是由于列车与观察者的距离发生变化引起的，可以用多普勒效应解释，故C正确；声波在空气中和水中的传播速度不同，是由于进入不同介质，波长发生变化引起的，故D错误.
2.一根同种材料粗细均匀的弹性绳，右端固定在墙上，抓着绳子左端S点上下振动，产生向右传播的绳波，某时刻的波形如图所示.下列说法中正确的是A.此时刻质点P在做减速运动B.波源的起振方向向上C.波的传播速度逐渐减小D.波源振动的频率逐渐减小
根据上下坡法，此时刻质点P在上坡阶段，则质点P向下振动，向平衡位置振动，则做加速运动，所以A错误；
刚要振动的质点处于上坡阶段，则波源的起振方向向下，所以B错误；波的传播速度由介质决定，同一介质波速不变，所以C错误；由题图可知该波的波长逐渐增大，根据f＝ 知波源振动的频率逐渐减小，所以D正确.
3.青岛濒临黄海，是国内著名的滨海旅游城市，长达800多公里的海岸线，拥有众多优良海水浴场.在石老人海水浴场，某同学漂浮在海面上；水波以3 m/s的速率向着海滩传播，该同学记录了第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间为18 s.下列说法正确的是A.该同学很快就会漂流到沙滩上B.该水波的周期为1.8 sC.该水波的波长为6 mD.该水波可以绕过石老人继续传播属于波的干涉现象
该同学只会在平衡位置附近振动，不会随波迁移，A错误；
由波长公式得λ＝vT＝6 m，C正确；该水波可以绕过石老人继续传播属于波的衍射现象，D错误.
4.(2020·天津卷·4)一列简谐横波沿x轴正方向传播，周期为T，t＝0时的波形如图所示.t＝ 时A.质点a速度方向沿y轴负方向B.质点b沿x轴正方向迁移了1 mC.质点c的加速度为零D.质点d的位移为－5 cm
t＝ 时，此列简谐横波的波形如图所示.质点a正在经过平衡位置，速度方向沿y轴正方向，故A错误；
波传播过程中，质点只能在平衡位置附近振动，不会随波迁移，故B错误；质点c处在平衡位置，加速度a＝0，故C正确；质点d的位移为5 cm，故D错误.
5.(2021·浙江6月选考·9)将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳，它们处于同一水平面上.在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端，同时用相同频率和振幅上下持续振动，产生的横波以相同的速率沿细绳传播.因开始振动时的情况不同，分别得到了如图甲和乙所示的波形.下列说法正确的是A.甲图中两手开始振动时的方向并不相同B.甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置C.乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形D.乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形
题图甲中两手开始振动时的方向相同，则题图甲中分叉点是振动加强的位置，所以A、B错误；题图乙中两手开始振动时的方向恰好相反，则题图乙中分叉点是振动减弱的位置，在分叉点的右侧始终见不到明显的波形，所以C正确，D错误.
6.(2021·辽宁省1月适应性测试·5) 如图所示，在xOy平面内有两个沿z轴方向(垂直xOy平面)做简谐运动的点波源S1(1,0)和S2(4,0)，振动方程分别为zS1＝Asin(πt＋ )、zS2＝Asin(πt－ ).两列波的波速均为1 m/s，两列波在点B(2.5,3)和点C(4,4)相遇时，分别引起B、C处质点的振动总是相互A.加强、加强 B.减弱、减弱C.加强、减弱 D.减弱、加强
由振动方程可知两波源频率相同，振动步调相反，T＝2 s，由v＝ 得λ＝vT＝2 m.两列波从波源传到B点路程差相等，两列波从波源传到C点路
程差ΔsC＝ m－4 m＝5 m－4 m＝1 m，为波长的一半，因两波源振动步调相反，所以B处质点振动减弱，C处质点振动加强，故D选项正确.
7.(2021·重庆市1月适应性测试·16(1))如图所示，a、b、c、d是一简谐横波上的质点，某时刻a、d位于平衡位置且相距为9 m，c在波谷，该波的波速为2 m/s.若此时a经平衡位置向上振动，则A.此波向右传播B.b点振动周期为3 sC.c点运动速度大小为2 m/sD.此波在a、d两点之间传播需3 s
此时a经平衡位置向上振动，根据“上下坡”法可知，波是向左传播的，故A错误；
c点在波谷，所以此时c点运动速度大小为0，故C错误；
8.(2021·广东省1月适应性测试·16(1))一列简谐波沿AB方向传播，A、B两点相距20 m.A每分钟上下振动15次，这列波的周期是____ s；当A点位于波峰时，B点刚好位于波谷，此时A、B间有两个波峰，这列波的传播速率是____ m/s.
A每分钟上下振动15次，这列波的周期是
当A点位于波峰时，B点刚好位于波谷，此时A、B间有两个波峰，说明A、B之间的距离
9.一列简谐横波在均匀介质中沿x轴传播，图甲为t＝2 s时的波形图，图乙为x＝2 m处的质点P的振动图像，质点Q为平衡位置x＝3.5 m的质点.下列说法错误的是A.波沿x轴正方向传播B.波的传播速度为1 m/sC.t＝2 s时刻后经过0.5 s，质点P通过的路程等于0.05 mD.t＝3.5 s时刻，质点Q经过平衡位置
由题图乙可知，t＝2 s时质点P向上振动，根据“微平移法”，结合题图甲可知波沿x轴正方向传播，A正确；
根据振动图像可知，波的周期为T＝4 s，根据波形图可知，波长λ＝4 m，所以波速v＝ ＝1 m/s，B正确；
Δt＝1.5 s，Δx＝vΔt＝1.5 m＝PQ，根据波的传播方向可知，t＝3.5 s时刻，质点Q经过平衡位置，D正确.
11.(2021·湖南卷·16改编)均匀介质中，波源位于O点的简谐横波在xOy水平面内传播，波面为圆.t＝0时刻，波面分布如图(a)所示，其中实线表示波峰，虚线表示相邻的波谷.A处质点的振动图像如图(b)所示，z轴正方向竖直向上.下列说法不正确的是A.该波从A点传播到B点，所需时间为4 sB.t＝6 s时，B处质点位于波峰C.t＝8 s时，C处质点振动速度方向竖直向上D.E处质点起振后，12 s内经过的路程为12 cm
由题图(a)、(b)可看出，该波的波长、周期分别为λ＝10 m，T＝4 s
则该波从A点传播到B点，所需时间为
由选项A可知，该波从A点传播到B点，所需时间为4 s，则在t＝6 s时，B点运动了2 s，即 ，则B处质点位于波谷，B错误；
则t＝8 s时，C处质点振动了3.1 s，则此时质点速度方向竖直向上，C正确；
由选项A知T＝4 s,12 s＝3T一个周期内质点运动的路程为4 cm，则12 s内质点运动的路程为12 cm，D正确.
12.(2021·全国乙卷·34(1))图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线，经过0.3 s后，其波形曲线如图中虚线所示.已知该波的周期T大于0.3 s，若波是沿x轴正方向传播的，则该波的速度大小为_____ m/s，周期为____ s，若波是沿x轴负方向传播的，该波的周期为_____ s.
由题图可知波长λ＝20 cm＝0.2 m，
若波是沿x轴正方向传播的，则波传播了Δx＝15 cm＝0.15 m，设波速为v，周期为T，则该波的速度大小为
若波是沿x轴负方向传播的，则波传播了Δx′＝5 cm＝0.05 m，设波速为v′，周期为T′，则该波的速度大小为
13.(2018·全国卷Ⅰ·34(2))一列简谐横波在t＝ s时的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点.图(b)是质点Q的振动图像.求：(1)波速及波的传播方向；
答案　18 cm/s　沿x轴负方向传播
由题图(a)可以看出，该波的波长为λ＝36 cm由题图(b)可以看出，周期为T＝2 s
由题图(b)知，当t＝ s时，Q点向上运动，结合题图(a)可得，波沿x轴负方向传播.
(2)质点Q的平衡位置的x坐标.
设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ.
由题图(b)知，在t＝0时Q点处于平衡位置，经Δt＝ s，其振动状态向x轴负方向传播至P点处，由此及③式有xQ－xP＝vΔt＝6 cm由④⑤式得，质点Q的平衡位置的x坐标为xQ＝9 cm.
由题图(a)知，x＝0处y＝－ ＝Asin(－30°)，
14.在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距4 m的A、B两点，如图甲、乙分别是A、B两质点的振动图像.已知该波波长大于2 m，求这列波可能的波速.
由振动图像得质点振动周期T＝0.4 s，若波由A向B传播，B点比A点晚振动的时间Δt＝nT＋ T(n＝0,1,2,3，…)，
因为λ>2 m，所以n＝0,1
若波由B向A传播，A点比B点晚振动的时间Δt＝nT＋ T(n＝0,1,2,3，…)，所以A、B间的距离为
因为λ>2 m，所以n＝0,1当n＝0时，λ1＝16 m，v1＝40 m/s，当n＝1时，λ2＝ m，v2＝8 m/s.