高考物理 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 基础课时2 机械波（选修3-4）

基础课时基础课时2机械波机械波知识梳理知识梳理知识点一、机械波横波和纵波知识点一、机械波横波和纵波1.机械波的形成条件机械波的形成条件(1)有发生机械振动的波源。有发生机械振动的波源。(2)有传播介质，如空气、水等。有传播介质，如空气、水等。2.传播特点传播特点(1)机械波传播的只是振动的机械波传播的只是振动的_和和_，质点只在各自的平，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波衡位置附近做简谐运动，并不随波_。(2)介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与_振振动周期和频率相同。动周期和频率相同。形式形式能量能量迁移迁移波源的波源的(3)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为_，位移，位移为为_。3.机械波的分类机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互横波：质点的振动方向与波的传播方向相互_的波，有的波，有_(凸部凸部)和和_(凹部凹部)。(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在纵波：质点的振动方向与波的传播方向在_上的波，上的波，有有_和和_。知识点二、横波的图象波速、波长和频率的关系知识点二、横波的图象波速、波长和频率的关系1.横波的图象横波的图象(1)坐标轴：横轴表示各质点的坐标轴：横轴表示各质点的_，纵轴表示该时刻各，纵轴表示该时刻各质点的质点的_。4A零零垂直垂直波峰波峰波谷波谷同一直线同一直线密部密部疏部疏部平衡位置平衡位置位移位移(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开_的位移。的位移。(3)图象：图象：2.波长、波速、频率及其关系波长、波速、频率及其关系(1)波长波长在波动中，振动相位总是在波动中，振动相位总是_的两个相邻质点间的距离。的两个相邻质点间的距离。(2)波速波速v：波在介质中的传播速度，由波在介质中的传播速度，由_本身的性质决定。本身的性质决定。位置位置平衡平衡相同相同介质介质(3)频率频率f：由波源决定，等于波源的由波源决定，等于波源的_。(4)波长、波速和频率的关系：波长、波速和频率的关系：知识点三、波的干涉和衍射现象多普勒效应知识点三、波的干涉和衍射现象多普勒效应1.波的干涉和衍射波的干涉和衍射波的干涉波的干涉波的衍射波的衍射条件条件两列波的频率必须两列波的频率必须_明显条件：障碍物或孔的明显条件：障碍物或孔的_比波长小或相差不多比波长小或相差不多现象现象形成加强区和减弱区相互形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的隔开的稳定的_波能够波能够_或孔继或孔继续向前传播续向前传播振动频率振动频率f相同相同干涉图样干涉图样尺寸尺寸绕过障碍物绕过障碍物2.多普勒效应多普勒效应(1)条件：声源和观察者之间有条件：声源和观察者之间有_。(2)现象：观察者感到现象：观察者感到_发生变化。发生变化。(3)实质：声源频率实质：声源频率_，观察者接收到的频率，观察者接收到的频率_。相对运动相对运动频率频率不变不变变化变化思考思考下列说法是否正确，正确的画下列说法是否正确，正确的画“”，错误的画，错误的画“”。(1)在机械波传播过程中，介质中的质点随波的传播而迁移。在机械波传播过程中，介质中的质点随波的传播而迁移。()(2)周期或频率，只取决于波源，而与周期或频率，只取决于波源，而与v、无直接关系。无直接关系。()(3)波速波速v取决于介质的性质，它与取决于介质的性质，它与T、无直接关系。只要介质不无直接关系。只要介质不变，变，v就不变；如果介质变了，就不变；如果介质变了，v也一定变。也一定变。()(4)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。()(5)一切波都能发生衍射现象。一切波都能发生衍射现象。()(6)多普勒效应说明波源的频率发生变化。多普勒效应说明波源的频率发生变化。()答案答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)诊断自测诊断自测 1.一振动周期为一振动周期为T、振幅为、振幅为A、位于、位于x0点的波源从平衡位置沿点的波源从平衡位置沿y轴轴正向开始做简谐振动。该波源产生的一维简谐横波沿正向开始做简谐振动。该波源产生的一维简谐横波沿x轴正向传轴正向传播，波速为播，波速为v，传播过程中无能量损失。一段时间后，该振动传，传播过程中无能量损失。一段时间后，该振动传播至某质点播至某质点P，关于质点，关于质点P振动的说法正确的是振动的说法正确的是_。A.振幅一定为振幅一定为AB.速度的最大值一定为速度的最大值一定为vC.开始振动的方向沿开始振动的方向沿y轴正向或负向取决于它离波源的距离轴正向或负向取决于它离波源的距离D.若若P点与波源距离点与波源距离svT，则质点，则质点P的位移与波源的相同的位移与波源的相同解析解析由于没有能量损失，故由于没有能量损失，故P与波源的振幅相同，与波源的振幅相同，A正确；正确；质点的振动速度与波传播的速度是两个概念，故质点的振动速度与波传播的速度是两个概念，故B错误：介质错误：介质中所有质点开始振动的方向都与波源的起振方向相同，故中所有质点开始振动的方向都与波源的起振方向相同，故C错错误；若误；若P点与波源距离点与波源距离svT，则质点，则质点P与波源之间的距离为一与波源之间的距离为一个波长，故质点个波长，故质点P与波源的位移总是相同的，与波源的位移总是相同的，D正确。正确。答案答案AD2.(2015北京理综，北京理综，15)周期为周期为2.0 s的简谐横波沿的简谐横波沿x轴传播，该波轴传播，该波在某时刻的图象如图在某时刻的图象如图1所示，此时质点所示，此时质点P沿沿y轴负方向运动，则轴负方向运动，则该波该波_。图图1A.沿沿x轴正方向传播，波速轴正方向传播，波速v20 m/sB.沿沿x轴正方向传播，波速轴正方向传播，波速v10 m/sC.沿沿x轴负方向传播，波速轴负方向传播，波速v20 m/sD.沿沿x轴负方向传播，波速轴负方向传播，波速v10 m/s答案答案B3.图图2中中S为在水面上振动的波源，为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块是水面上的两块挡块，其中挡块，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得时测得A处水没有振动，为使处水没有振动，为使A处水也能发生振动，可处水也能发生振动，可采用的方法是采用的方法是_。图图2A.使波源的频率增大使波源的频率增大B.使波源的频率减小使波源的频率减小C.移动移动N使狭缝的间距增大使狭缝的间距增大D.移动移动N使狭缝的间距减小使狭缝的间距减小解析解析使孔满足明显衍射的条件即可，或将孔变小，或将波长使孔满足明显衍射的条件即可，或将孔变小，或将波长变大，变大，B、D正确。正确。答案答案BD4.(2016河南洛阳名校联考河南洛阳名校联考)火车上有一个声源发出一定的乐音。火车上有一个声源发出一定的乐音。当火车静止、观测者也静止时，观测者听到并记住了这个乐音当火车静止、观测者也静止时，观测者听到并记住了这个乐音的音调。以下情况中，观测者听到这个乐音的音调比原来降低的音调。以下情况中，观测者听到这个乐音的音调比原来降低的是的是_。A.观测者静止，火车向他驶来观测者静止，火车向他驶来B.观测者静止，火车离他驶去观测者静止，火车离他驶去C.火车静止，观测者乘汽车向着火车运动火车静止，观测者乘汽车向着火车运动D.火车静止，观测者乘汽车远离火车运动火车静止，观测者乘汽车远离火车运动解析解析观测者听到这个乐音的音调比原来降低，也就是观测者观测者听到这个乐音的音调比原来降低，也就是观测者接收到的声波频率降低。根据多普勒效应，声源与观测者相互接收到的声波频率降低。根据多普勒效应，声源与观测者相互远离，选项远离，选项B、D正确。正确。答案答案BD5.如图如图3所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷，此刻，波峰和波谷，此刻，M是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是的是_。图图3答案答案BD考点一波动图象与波速公式的应用考点一波动图象与波速公式的应用1.波动图象的信息波动图象的信息(如图如图4所示所示)图图4(1)直接读取振幅直接读取振幅A和波长和波长，以及该时刻各，以及该时刻各质点的位移。质点的位移。(2)确定某时刻各质点加速度的方向，并能比确定某时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小。较其大小。(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。振动方向确定波的传播方向。2.波速与波长、周期、频率的关系波速与波长、周期、频率的关系【例【例1】(2016苏北四市联考苏北四市联考)一列向右传播的简谐波在一列向右传播的简谐波在t1 s时时刻的波形如图刻的波形如图5所示，再经过所示，再经过0.7 s，x7 m处的质点处的质点P第一次从第一次从平衡位置向上振动，此时平衡位置向上振动，此时O处质点处于处质点处于 (填填“波峰波峰”、“波谷波谷”或或“平衡位置平衡位置”)，该列波的周期，该列波的周期T s。图图5答案答案平衡位置平衡位置0.2 s【例【例2】2015重庆理综，重庆理综，11(2)图图6为一列沿为一列沿x轴正方向传播的轴正方向传播的简谐机械横波某时刻的波形图，质点简谐机械横波某时刻的波形图，质点P的振动周期为的振动周期为0.4 s。求该。求该波的波速并判断波的波速并判断P点此时的振动方向。点此时的振动方向。图图6答案答案2.5 m/s沿沿y轴正方向轴正方向方法提炼方法提炼波的传播方向与质点振动方向的互判方法波的传播方向与质点振动方向的互判方法内容内容图象图象“上下上下坡坡”法法沿波的传播方向，沿波的传播方向，“上坡上坡”时质点时质点向下振动，向下振动，“下坡下坡”时质点向上振时质点向上振动动“同侧同侧”法法波形图上某点表示传播方向和振动波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧方向的箭头在图线同侧“微平微平移移”法法将波形沿传播方向进行微小的平移，将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一再由对应同一x坐标的两波形曲线上坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向的点来判断振动方向【变式训练】【变式训练】1.一列沿一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为轴正方向传播的简谐机械横波，波速为4 m/s。某时刻波。某时刻波形如图形如图7所示，下列说法正确的是所示，下列说法正确的是()图图7A.这列波的振幅为这列波的振幅为4 cmB.这列波的周期为这列波的周期为1 sC.此时此时x4 m处的质点沿处的质点沿y轴负方向运动轴负方向运动D.此时此时x4 m处的质点的加速度为处的质点的加速度为0答案答案D考点二振动图象和波的图象的关联分析考点二振动图象和波的图象的关联分析求解波动图象与振动图象综合类问题可采用求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二一分、一看、二找找”的方法的方法【例【例3】(2014北京理综，北京理综，17)一简谐机械横波沿一简谐机械横波沿x轴正方向传播，轴正方向传播，波长为波长为，周期为，周期为T。t0时刻的波形如图时刻的波形如图8甲所示，甲所示，a、b是波上是波上的两个质点。图乙是波上某一质点的振动图象。下列说法正确的两个质点。图乙是波上某一质点的振动图象。下列说法正确的是的是()图图8A.t0时质点时质点a的速度比质点的速度比质点b的大的大 B.t0时质点时质点a的加速度比质点的加速度比质点b的小的小C.图乙可以表示质点图乙可以表示质点a的振动的振动 D.图乙可以表示质点图乙可以表示质点b的振动的振动解析解析图甲为波的图象，图乙为振动图象。图甲为波的图象，图乙为振动图象。t0时刻，时刻，a质点质点在波峰位置，速度为零，加速度最大；在波峰位置，速度为零，加速度最大；b质点在平衡位置，加质点在平衡位置，加速度为零，速度最大，故选项速度为零，速度最大，故选项A、B错误；在波的图象中根据错误；在波的图象中根据同侧法由传播方向可以判断出质点的振动方向，所以同侧法由传播方向可以判断出质点的振动方向，所以t0时刻，时刻，b点在平衡位置且向下振动，故选项点在平衡位置且向下振动，故选项C错误，错误，D正确。正确。答案答案D(2)t0时，时，a在最大位移处，所以在最大位移处，所以a的振动图象如图。的振动图象如图。答案答案见解析见解析【变式训练】【变式训练】2.(2015天津理综，天津理综，3)图图9甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，a、b两质点的横坐标分别为两质点的横坐标分别为xa2 m和和xb6 m，图乙为质点，图乙为质点b从从该时刻开始计时的振动图象。下列说法正确的是该时刻开始计时的振动图象。下列说法正确的是()图图9A.该波沿该波沿x方向传播，波速为方向传播，波速为1 m/sB.质点质点a经经4 s振动的路程为振动的路程为4 mC.此时刻质点此时刻质点a的速度沿的速度沿y方向方向D.质点质点a在在t2 s时速度为零时速度为零答案答案D2.多普勒效应的成因分析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。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。当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小。【例【例4】(2014全国大纲卷，全国大纲卷，18)两列振动方向相同、振幅两列振动方向相同、振幅分别为分别为A1和和A2的相干简谐横波相遇。下列说法正确的是的相干简谐横波相遇。下列说法正确的是_。A.波峰与波谷相遇处质点的振幅为波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1A2|B.波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1A2C.波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移处质点的位移D.波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅处质点的振幅解析解析波峰与波谷相遇时，振幅相消，故实际振幅为波峰与波谷相遇时，振幅相消，故实际振幅为|A1A2|，故选项故选项A正确；波峰与波峰相遇处，质点的振幅最大，合振正确；波峰与波峰相遇处，质点的振幅最大，合振幅为幅为A1A2，但此处质点仍处于振动状态中，其位移随时间，但此处质点仍处于振动状态中，其位移随时间按正弦规律变化，故选项按正弦规律变化，故选项B错误；振动减弱点和加强点的位错误；振动减弱点和加强点的位移随时间按正弦规律变化，选项移随时间按正弦规律变化，选项C错误；波峰与波峰相遇时错误；波峰与波峰相遇时振动加强，波峰与波谷相遇时振动减弱，加强点的振幅大于振动加强，波峰与波谷相遇时振动减弱，加强点的振幅大于减弱点的振幅，故选项减弱点的振幅，故选项D正确。正确。答案答案AD【变式训练】【变式训练】3.多普勒效应多普勒效应如图如图10所示，向左匀速运动的小车发出频率为所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的的声波，车左侧声波，车左侧A处的静止的人感受到的声波的频率为处的静止的人感受到的声波的频率为f1，车右侧，车右侧B处的静止的人感受到的声波的频率为处的静止的人感受到的声波的频率为f2，则，则_。图图10A.f1f，f2f B.f1f，f2fC.f1f，f2f D.f1f，f2f解析解析本题考查的是对多普勒效应的认识，波源朝向观察者本题考查的是对多普勒效应的认识，波源朝向观察者运动时，观测频率大于波源的频率，波源远离观察者运动时，运动时，观测频率大于波源的频率，波源远离观察者运动时，观测频率小于波源的频率，观测频率小于波源的频率，D正确。正确。D4.波的干涉、衍射波的干涉、衍射一列简谐横波，某时刻的波形图如图一列简谐横波，某时刻的波形图如图11甲所示，甲所示，从该时刻计时，波上质点从该时刻计时，波上质点A的振动图象如图乙所示，则的振动图象如图乙所示，则_。图图11A.若此波传播过程中遇到频率为若此波传播过程中遇到频率为1.25 Hz的同类波，一定会的同类波，一定会发生干涉，产生稳定的干涉图样发生干涉，产生稳定的干涉图样B.若此波传播过程中遇到波长为若此波传播过程中遇到波长为20 m的同类波，一定会发的同类波，一定会发生干涉，产生稳定的干涉图样生干涉，产生稳定的干涉图样C.若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为2 000 m，可能，可能发生明显衍射现象发生明显衍射现象D.该波的传播速度为该波的传播速度为2.5 m/s答案答案AB1.(2015四川理综，四川理综，2)平静湖面传播着一列水面波平静湖面传播着一列水面波(横波横波)，在波的，在波的传播方向上有相距传播方向上有相距3 m的甲、乙两小木块随波上下运动，测得两的甲、乙两小木块随波上下运动，测得两小木块每分钟都上下小木块每分钟都上下30次，甲在波谷时，乙在波峰，且两木块次，甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰。这列水面波之间有一个波峰。这列水面波_。A.频率是频率是30 Hz B.波长是波长是3 mC.波速是波速是1 m/s D.周期是周期是0.1 sC2.(多选多选)2014新课标全国卷新课标全国卷，34(1)如图如图12(a)为一列简谐横波为一列简谐横波在在t2 s时的波形图，图时的波形图，图(b)为媒质中平衡位置在为媒质中平衡位置在 x1.5 m处的处的质点的振动图象，质点的振动图象，P是平衡位置为是平衡位置为x2 m的质点。下列说法正的质点。下列说法正确的是确的是_。图图12A.波速为波速为0.5 m/s B.波的传播方向向右波的传播方向向右C.02 s时间内，时间内，P运动的路程为运动的路程为8 cmD.02 s时间内，时间内，P向向y轴正方向运动轴正方向运动答案答案AC3.(2016天津六校三模天津六校三模)一水平长绳上系着一个弹簧和小球组成的一水平长绳上系着一个弹簧和小球组成的振动系统，小球振动的固有频率为振动系统，小球振动的固有频率为2 Hz，现在长绳两端分别有，现在长绳两端分别有一振源一振源P、Q同时开始以相同振幅同时开始以相同振幅A上下振动了一段时间，某时上下振动了一段时间，某时刻两个振源在长绳上形成的波形如图刻两个振源在长绳上形成的波形如图13所示，两列波先后间隔所示，两列波先后间隔一段时间经过弹簧振子所在位置，观察到小球先后出现了两次一段时间经过弹簧振子所在位置，观察到小球先后出现了两次振动，小球第一次振动时起振方向向上，且振动并不显著，而振动，小球第一次振动时起振方向向上，且振动并不显著，而小球第二次发生了共振现象，则小球第二次发生了共振现象，则_。图图13A.由由P振源产生的波先到达弹簧处振源产生的波先到达弹簧处B.两列波可能形成干涉两列波可能形成干涉C.由由Q振源产生的波的波速较接近振源产生的波的波速较接近2 m/sD.绳上会出现振动位移大小为绳上会出现振动位移大小为2A的点的点答案答案AD4.(2015江苏单科，江苏单科，12B)(1)一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比_。A.波速变大波速变大 B.波速不变波速不变C.频率变高频率变高 D.频率不变频率不变(2)用用2106 Hz的超声波检查胆结石，该超声波在结石和胆汁中的超声波检查胆结石，该超声波在结石和胆汁中的波速分别为的波速分别为2 250 m/s和和1 500 m/s，则该超声波在结石中的波，则该超声波在结石中的波长是胆汁中的长是胆汁中的_倍。用超声波检查胆结石是因为超声波倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波长较短，遇到结石时的波长较短，遇到结石时_(选填选填“容易容易”或或“不容易不容易”)发生衍射。发生衍射。答案答案(1)BC(2)1.5不容易不容易