2025高考物理一轮总复习第8章机械振动机械波第21讲机械波课件

这是一份2025高考物理一轮总复习第8章机械振动机械波第21讲机械波课件，共58页。PPT课件主要包含了知识梳理·易错辨析，同一直线，平衡位置，振幅A，波长λ，振动方向，传播方向，振动频率，互相干扰，位移的矢量和等内容，欢迎下载使用。

一、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．机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互_______的波，有_______(凸部)和_______(凹部)。(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在___________上的波，有_______和_______。
二、横波的图像1．横波的图像(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
(4)应用①直接读取_________和_________，以及该时刻各质点的______。②确定某时刻各质点加速度_______，并能比较大小。③结合波的传播方向可确定各质点的___________或由各质点的振动方向确定波的___________。
2．波长、波速、频率及其关系(1)波长λ：在波动中，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、波速和频率的关系①v＝_______；②v＝______。
三、波特有的现象1．波的叠加观察两列波的叠加过程可知：几列波相遇时，每列波都能够保持各自的状态继续传播而不_________，只是在重叠的区域里，质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的_____________。
3.多普勒效应(1)定义：由于波源和观察者之间有___________，使观察者感受到波的频率___________的现象。(2)实质：波源频率_______，观察者接收到的频率___________。(3)规律①波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的___________；②波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的___________；③波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率_______波源的频率。
1.在水平方向传播的波为横波。( 　　)2．在机械波中各质点不随波的传播而迁移。( 　　)3．通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移。( 　　)4．机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。( 　　)5．机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。( 　　)6．波速表示介质中质点振动的快慢。( 　　)7．两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。( 　　)8．一切波都能发生衍射现象。( 　　)9．多普勒效应说明波源的频率发生变化。( 　　)
(能力考点·深度研析)1．波在传播过程中的特点(1)介质中各质点并不随波迁移，只是传递振动形式，并伴随着能量和信息的传播。(2)波从一种介质进入另一种介质，频率不变，波速和波长改变。
(4)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向，各质点的起振方向与波源的起振方向相同。(5)后面质点的振动状态落后于先振动的质点，每隔一个波长，振动落后一个周期。
2．波的图像特点(1)质点振动nT(波传播nλ)时，波形不变。
3．波的传播方向与质点的振动方向的判断方法
►考向1　机械波的形成与传播规律 (2021·全国甲卷)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＝16 cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v＝20 cm/s，波长大于20 cm，振幅为y＝1 cm，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Δt＝0.6 s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。
[解析]　(1)t1时刻质点A位于波峰，波长λ>20 cm，xAB<λ，则t1时刻后质点B第一次到达波峰时，波传播的距离为xAB＝16 cm，解得t＝0.8 s。
(2)由题意知，该波的传播周期T＝2Δt＝1.2 s，则波长λ＝vT，可得λ＝24 cm，质点B位于x＝16 cm处，t1时刻的波形图如图所示，
[答案]　(1)0.8 s　(2)－0.5 cm
►考向2　波动图像 (多选)(2023·天津卷)一列机械波的波源是坐标轴原点，从t＝0时波源开始振动，t＝0.5 s时波形如图，则下列说法正确的有( )A．在这种介质中波速v＝4 m/sB．x＝1 m处质点在t＝0.3 s时位于波谷C．波源振动方程y＝0.02sin(5πt＋π)mD．x＝－1 m处质点半个周期内向左平移半个波长
【跟踪训练】(波的图像)(多选)B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射。探头接收到的超声波信号形成B超图像。如图为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像，t＝0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为1×107 Hz，下列说法正确的是( )
(波的传播)(多选)如图所示，波源O从平衡位置开始竖直向上振动，产生的简谐波向左、右两个方向传播，波速均为v＝50 m/s。经过一段时间后，A、B两点开始振动，已知OA＝1.5 m，OB＝3.25 m，波的振动频率为f＝50 Hz，则下列说法正确的是( )A.波的周期为0.01 sB．波的波长为1 mC．A、B两点的起振方向均竖直向上D．当质点B开始振动时，质点A已振动了2个周期
波动图像与振动图像综合
(能力考点·深度研析)两种图像的比较
(多选)(2023·全国乙卷)一列简谐横波沿x轴传播，图(a)是t＝0时刻的波形图；P是介质中位于x＝2 m处的质点，其振动图像如图(b)所示。下列说法正确的是( )A．波速为2 m/sB．波向左传播C．波的振幅是10 cmD．x＝3 m处的质点在t＝7 s时位于平衡位置
三步求解波的图像与振动图像综合问题
【跟踪训练】 (多选)(2022·山东卷)一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如下图所示。当t＝7 s时，简谐波的波动图像可能正确的是( )
(能力考点·深度研析)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。
3．波形的隐含性形成多解在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态。这样波形就有多种情况，形成波动问题的多解性。
►考向1　波传播的双向性和时间周期性引起的多解问题
解决波的多解问题的一般思路(1)首先找出造成多解的原因，比如考虑传播方向的双向性，可先假设波向右传播，再假设波向左传播，分别进行分析。(2)根据周期性列式，若题目给出的是时间条件，则列出t＝nT＋Δt(n＝0,1,2，…)；若给出的是距离条件，则列出x＝nλ＋Δx(n＝0,1,2，…)进行求解。
►考向2　空间周期性引起的多解问题 (2023·海南卷)下面左右两图分别是一列机械波在传播方向上相距6 m的两个质点P、Q的振动图像，下列说法正确的是( 　　)A．该波的周期是5 sB．该波的波速是3 m/sC．4 s时P质点向上振动D．4 s时Q质点向上振动
(基础考点·自主探究)1．波的干涉中振动加强点和减弱点的判断(1)根据干涉图样判断①波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点；②波峰与波谷的交点一定是减弱点。
波的干涉、衍射、多普勒效应
(2)根据路程差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路程差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；
2．对波的衍射的理解(1)衍射是否明显，要看孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的比值，比值越小，衍射现象相对越明显。(2)任何时候都会产生衍射现象，只有明显和不明显的差异。当衍射现象弱时，可认为波沿直线传播。
3．多普勒效应的成因与判断(2)判断方法：当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，相互远离时，接收到的频率变小。
【跟踪训练】 (波的叠加)(2023·湖南卷)如图(a)，在均匀介质中有A、B、C和D四点，其中A、B、C三点位于同一直线上，AC＝BC＝4 m，DC＝3 m，DC垂直AB。t＝0时，位于A、B、C处的三个完全相同的横波波源同时开始振动，振动图像均如图(b)所示，振动方向与平面ABD垂直，已知波长为4 m。下列说法正确的是( 　　)
A．这三列波的波速均为2 m/sB．t＝2 s时，D处的质点开始振动C．t＝4.5 s时，D处的质点向y轴负方向运动D．t＝6 s时，D处的质点与平衡位置的距离是6 cm
D处的质点向y轴负方向运动，C正确；t＝6 s时，波源C处的横波传播到D处后振动时间为t2＝t－tC＝3 s，由振动图像可知此时D处为波源C处传播横波的波谷；t＝6 s时，波源A、B处的横波传播到D处后振动时间为t3＝t－tAB＝1 s，由振动图像可知此时D处为波源A、B处传播横波的波峰。根据波的叠加原理可知此时D处质点的位移为y＝2A－A＝2 cm，故t＝6 s时，D处的质点与平衡位置的距离是2 cm，D错误。故选C。
(波的干涉)(2023·浙江卷)如图所示，置于管口T前的声源发出一列单一频率声波，分成两列强度不同的声波分别沿A、B两管传播到出口O。先调节A、B两管等长，O处探测到声波强度为400个单位，然后将A管拉长d＝15 cm，在O处第一次探测到声波强度最小，其强度为100个单位。已知声波强度与声波振幅平方成正比，不计声波在管道中传播的能量损失，则( 　　)A．声波的波长λ＝15 cmB．声波的波长λ＝30 cmC．两声波的振幅之比为3∶1D．两声波的振幅之比为2∶1
(波的干涉图样)(多选)两列频率相同、振幅分别为5 cm和7 cm的横波发生干涉时，某一时刻的图样如图所示，实线表示波峰，虚线表示波谷，下列关于K、M、N三点的说法正确的是( )
A．质点K为振动减弱的点B．经过一段时间，质点M、N的位移大小可能相等C．质点N的振幅为2 cm
(波的衍射)如图所示，正中心O点是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻相邻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于( 　　)A．整个区域 B．阴影Ⅰ以外区域C．阴影Ⅱ以外区域 D．阴影Ⅲ以外区域
[解析]　由题图可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多，而小孔B与波长长度差不多。根据波发生明显衍射的条件知，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，故选项A、C、D错误；该波的波长与小孔B差不多，能够发生明显的衍射，故在阴影区Ⅱ、Ⅲ之内存在明显的衍射波的波形，故选项B正确。
(多普勒效应)蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，有效利用超声脉冲导航，这种超声脉冲以持续1 ms或不到1 ms的时间短促发射，且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为35 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的过程中，下列说法正确的是( 　　)A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于35 000 HzB．墙壁接收到的超声脉冲频率大于35 000 HzC．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率小于35 000 HzD．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于35 000 Hz