专题20 机械波的传播问题 ——【备考2023】高考物理计算题专题精讲精练学案（原卷版+解析版）

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①机械波的频率：；
②机械波的波速：；
在解机械波的传播问题时，首先要构造模型，分析振源的起振方向（或波的传播方向），从而确定确定波的传播方向（或某质点的起振方向）。
其次要分析波的传播规律：
①结合题意或图像挖掘已知条件；
②把握两个关键量：波长、周期；
③综合波速、波长以及频率的关系分析问题。
最后，对结果的可能性进行分析。
1.波的时间周期性
在波的传播方向上取一质点，它在时刻的振动情况与在t时刻的振动情况(包括位移、速度、加速度等)完全相同。这样，在t时刻的波形与在t+nT时刻的波形必然相同，显现出机械波的时间周期性，出现多解。
2.波的空间周期性
如图所示，在机械波传播方向上有一点。点的振动完全重复波源O的振动，只是时间上比O点要落后时间，且。在波的传播方向上，质点所在的平衡位置的坐标与点坐标x之差为波长整数倍的，在同一时刻的位移、速度、加速度等也都与质点完全相同，出现多解。
3.波传播的双向性
如图所示，某波由实线波形经时间t后变为虚线波形，波向左、向右传播均可，出现多解。
4.两质点间的波形不确定形成多解
例如M点在左，N点在右，t时刻，M、N两质点振动正好经过平衡位置，并且M、N之间只有一个波峰。波形的可能情况如图所示。
典例1：（2021·海南·高考真题）一列沿x轴正方向传播的简谐横波，其波源的平衡位置在坐标原点，波源在0 ~ 4s内的振动图像如图（a）所示，已知波的传播速度为0.5m/s。
（1）求这列横波的波长；
（2）求波源在4s内通过的路程；
（3）在图（b）中画出t = 4s时刻的波形图。
典例2：（2021·全国·高考真题）均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB=16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v=20cm/s，波长大于20cm，振幅为A=1cm，且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔△t=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。求
（1）从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；
（2）t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。
1．（2022·四川巴中·模拟预测）周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播，该波在t=1.0s时刻的图像如图所示，此时质点P沿y轴负方向运动，求∶
（1）该波的传播速度v和波的传播方向
（2）写出P点的振动方程
2．（2022·宁夏六盘山高级中学三模）一列简谐横波，在时刻的波形如图所示，质点振动的振幅为10cm，P、Q两点的坐标分别为1m和9m，波的传播方向由左向右，已知t=0.3s时，P点第一次出现波峰。试计算：
（1）这列波的传播速度和周期；
（2）当Q点第一次出现波峰时，P点通过的路程为多少。
3．（2022·青海·海东市第一中学二模）一列简谐横波在x轴上传播，a、b是x轴上相距的两质点。时，b质点正好到达正方向最大位移处，且b质点到x轴的距离，而此时a质点恰好经过平衡位置向下运动。已知这列波的频率。
（1）求经过时间，a质点运动的路程s；
（2）若大于一个波长，求该波的波速v。
4．（2022·新疆·模拟预测）地震波中既有横波又有纵波。图甲是地震波中的一列横波在t=0.5s时刻部分质点的波形图，图乙是由这列横波引起的x=2km处质点P的振动图像，求：
（1）该列横波的传播方向和速度；
（2）t=1.75s时，x=66km处的质点偏离平衡位置的位移。（t=0时刻该质点已振动）
5．（2022·河南·模拟预测）如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波，t=0时刻0~25m部分的波形图如图中实线所示，经过=0.6s该部分波形图如图中虚线所示，已知虚线上波峰对应的平衡位置到原点O的距离为12.5m，质点A平衡位置的横坐标为xA= 7.5m。
（1）求该简谐横波的波速。
（2）当波速取最小值时，求质点A的振动方程。
6．（2022·山东·三模）如图为一列简谐横波的波形图，实线是某时刻的波形图，虚线是经过1s后的波形图，已知波的周期T>0.5s。
（1）若波沿轴负方向传播，求该列波1s传播的距离；
（2）若波沿轴正方向传播，求波速；
（3）若波速是7m/s，请确定波的传播方向。
7．（2022·辽宁·渤海大学附属高级中学模拟预测）水波是一种常见的波，相对于普通的机械波，水波的运动形式要复杂一些，有科研人员总结出水波的传播规律，水波的周期为式中h为水的深度，、β为复杂的系数。水的深度远大于波长时，称为深水区，此时，；反之水的深度远小于波长时称为浅水区，此时，。（g取10m/s2，计算结果均保留三位有效数字，)
（1）某次海啸时，海啸的波长为400km，太平洋的平均深度为4km，求海啸在太平洋上的传播速度。
（2）两船出海作业时，海洋深度约为1000m，海浪的波长为100m，两船在海浪的传播方向上相距150m，计算两个小船先后到达波峰的最小时间间隔。
8．（2022·江苏南京·模拟预测）一列简谐横波沿x轴正方向传播，在和处的两个质点A、B的振动图像如图所示，求：
（1）波由质点A传到质点B的时间；
（2）这列波的波速。
9．（2022·湖北·黄冈中学三模）一列沿x轴传播的简谐横波，在t=0.2s时刻的波形如图实线所示，在t1=0.4s时刻的波形如图虚线所示。在t到t1时间内，x=2m处的P质点运动的路程为s，且0.2m＜s＜0.4m。试求：
（1）波的传播的方向和传播速度的大小；
（2）P质点第二次出现波谷的时刻。
10．（2022·山西吕梁·三模）一列绳波某时刻的部分波形图如图甲所示，M、N为绳上的两个质点，此时N质点刚开始振动，M质点的振动图像如图乙所示。求：
（1）该波传播方向及波速；
（2）在0～1.6s内质点M运动的路程。