高考物理一輪 （考綱自主研讀+命題探究+高考全程解密） 第2講機(jī)械波（含解析） 新人教版選修3-4

第2講機(jī)械波eq\f(對應(yīng)學(xué)生,用書P215)機(jī)械波、橫波和縱波Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】(多選)(·新課標(biāo)全國卷)一振動周期為T、振幅為A，位于x＝0點(diǎn)的波源從平衡位置沿y軸正向開始做簡諧振動．該波源產(chǎn)生的一維簡諧橫波沿x軸正向傳播，波速為v，傳播過程中無能量損失．一段時(shí)間后，該振動傳播至某質(zhì)點(diǎn)P，關(guān)于質(zhì)點(diǎn)P振動的說法正確的是()．A．振幅一定為AB．周期一定為TC．速度的最大值一定為vD．開始振動的方向沿y軸向上或向下取決于它離波源的距離E．若P點(diǎn)與波源距離x＝vT，則質(zhì)點(diǎn)P的位移與波源的相同解析機(jī)械波是將波源的振動形式和能量向外傳遞的過程，對簡諧波而言，介質(zhì)中各振動質(zhì)點(diǎn)的振幅和周期都與波源的相同，A、B正確；質(zhì)點(diǎn)P的振動速度不是波的傳播速度v，C錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)P開始振動的方向與波源開始振動的方向相同，與它們的距離無關(guān)，D錯(cuò)誤；若P點(diǎn)與波源距離x＝vT＝λ，相差波長λ整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)振動情況都相同，故E正確．答案ABE【知識存盤】1．機(jī)械波的形成條件(1)有發(fā)生機(jī)械振動的波源．(2)有傳播介質(zhì)，如空氣、水等．2．傳播特點(diǎn)(1)機(jī)械波傳播的只是振動的形式和能量，質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做簡諧運(yùn)動，并不隨波遷移．(2)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同，振動周期和頻率都與波源的振動周期和頻率相同．(3)一個(gè)周期內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動，通過的路程為4A，位移為零．3．機(jī)械波的分類(1)橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向相互垂直的波，有波峰(凸部)和波谷(凹部)．(2)縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向在同一直線的波，有密部和疏部．橫波的圖象Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】(單選)如圖1－2－1圖1－2－1所示為一列沿x軸負(fù)方向傳播的簡諧橫波在t＝0時(shí)的波形圖，當(dāng)Q點(diǎn)在t＝0時(shí)的振動狀態(tài)傳到P點(diǎn)時(shí)，則()．A．1cm<x<3cm范圍內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)正在向y軸的負(fù)方向運(yùn)動B．Q處的質(zhì)點(diǎn)此時(shí)的加速度沿y軸的正方向C．Q處的質(zhì)點(diǎn)此時(shí)正在波峰位置D．Q處的質(zhì)點(diǎn)此時(shí)運(yùn)動到P處解析由波沿x軸負(fù)方向傳播知，當(dāng)Q點(diǎn)在t＝0時(shí)的振動狀態(tài)傳到P點(diǎn)時(shí)，波形如圖中虛線所示，所以此時(shí)1cm<x<2cm范圍內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)正在向y軸正方向運(yùn)動，因此選項(xiàng)A錯(cuò)誤；Q處質(zhì)點(diǎn)此時(shí)正在波谷位置，加速度沿y軸的正方向，故選項(xiàng)B正確、選項(xiàng)C錯(cuò)誤；波傳播的是振動的形式和能量，質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案B【知識存盤】橫波的圖象項(xiàng)目內(nèi)容坐標(biāo)軸以橫軸表示各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱軸表示該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移意義表示在波的傳播方向上，某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移圖象應(yīng)用①直接讀取振幅A和波長λ，以及該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移.②確定某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)加速度和速度的方向，并能比較大小.③結(jié)合波的傳播方向可確定各質(zhì)點(diǎn)的振動方向或由各質(zhì)點(diǎn)的振動方向確定波的傳播方向.波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】(多選)關(guān)于公式v＝λf，正確的說法是()．A．v＝λf適用于一切波B．由v＝λf知，f增大，則波速v也增大C．v、λ、f三個(gè)量中，對同一列波來說，在不同介質(zhì)中傳播時(shí)保持不變的只有fD．由v＝λf知，波長是2m的聲音比波長是4m的聲音傳播速度小解析因波速公式具有普遍意義，故A對；波的頻率由波源決定，故C對．答案AC【知識存盤】1．波長：在波動中，振動相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離，用λ表示．2．波速：波在介質(zhì)中的傳播速度．由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定．3．頻率：由波源決定，等于波源的振動頻率．4．波長、波速和頻率的關(guān)系①v＝λf②v＝eq\f(λ,T)波的干涉和衍射Ⅰ多普勒效應(yīng)Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】圖1－2－2(單選)兩波源S1、S2在水槽中形成的波形如圖1－2－2所示，其中實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，則()．A．在兩波相遇的區(qū)域中會產(chǎn)生干涉B．在兩波相遇的區(qū)域中不會產(chǎn)生干涉C．a(chǎn)點(diǎn)的振動始終加強(qiáng)D．a(chǎn)點(diǎn)的振動始終減弱解析由題圖知，兩列波的波長不相等，不滿足波的干涉條件，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤．答案B【知識存盤】波的干涉與波的衍射的比較內(nèi)容衍射和干涉定義現(xiàn)象可觀察到明顯現(xiàn)象的條件相同點(diǎn)波的衍射波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象波能偏離直線而傳到直線傳播以外的空間縫、孔或障礙物的尺寸跟波長相差不多或者小于波長干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象波的干涉頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動減弱的現(xiàn)象干涉圖樣穩(wěn)定，振動強(qiáng)弱區(qū)域相間分布，加強(qiáng)區(qū)、減弱區(qū)位置不變兩列波的頻率相同2.多普勒效應(yīng)(1)波源不動eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(觀察者向波源運(yùn)動，接收頻率增大,觀察者背離波源運(yùn)動，接收頻率減小))(2)觀察者不動eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(波源向觀察者運(yùn)動，接收頻率增大,波源背離觀察者運(yùn)動，接收頻率減小))eq\f(對應(yīng)學(xué)生,用書P216)考點(diǎn)一對機(jī)械波的理解及圖象的應(yīng)用機(jī)械波的特點(diǎn)及各物理量之間的關(guān)系(1)介質(zhì)依存性：機(jī)械波離不開介質(zhì)．(2)能量信息性：機(jī)械波傳播的是振動的形式、能量和信息．(3)傳播不移性：在傳播方向上，各質(zhì)點(diǎn)只在各自平衡位置附近振動，并不隨波遷移．(4)時(shí)空重復(fù)性：機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)不斷地重復(fù)著振源的振動形式．(5)周期、頻率同源性：介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動周期均等于振源的振動周期且在傳播中保持不變．(6)起振同向性：各質(zhì)點(diǎn)開始振動的方向與振源開始振動方向相同．(7)波長、波速和頻率的關(guān)系：v＝λf，f由波源決定，v由介質(zhì)決定．【典例1】(單選)如圖1－2－3所示，圖1－2－3實(shí)線是沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形圖，虛線是這列波在t＝0.05s時(shí)刻的波形圖．已知該波的波速是80cm/s，則下列說法中正確的是()．A．這列波有可能沿x軸正方向傳播B．這列波的波長是10cmC．t＝0.05s時(shí)刻x＝6cm處的質(zhì)點(diǎn)正在向下運(yùn)動D．這列波的周期一定是0.15s解析由波的圖象可看出，這列波的波長λ＝12cm，B錯(cuò)誤；根據(jù)v＝eq\f(λ,T)，可求出這列波的周期為T＝eq\f(λ,v)＝eq\f(12,80)s＝0.15s，D正確；根據(jù)x＝vt＝80×0.05cm＝4cm可判斷，波應(yīng)沿x軸負(fù)方向傳播，根據(jù)波的“微平移”法可判斷t＝0.05s時(shí)刻x＝6cm處的質(zhì)點(diǎn)正在向上運(yùn)動，A、C錯(cuò)誤．答案D【變式跟蹤1】如圖1－2－7圖1－2－7所示為波源O振動1.5s時(shí)沿波的傳播方向上部分質(zhì)點(diǎn)振動的波形圖，已知波源O在t＝0時(shí)開始沿y軸負(fù)方向振動，t＝1.5s時(shí)它正好第二次到達(dá)波谷，問：(1)何時(shí)x＝5.4m的質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波峰？(2)從t＝0開始至x＝5.4m的質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波峰這段時(shí)間內(nèi)，波源通過的路程是多少？解析(1)由題圖知λ＝60cm＝0.6m，由題知1.5s＝1eq\f(1,4)T，所以T＝eq\f(4×1.5s,5)s＝1.2s，設(shè)經(jīng)過t＝1.5s波傳播的距離為x，因此波速v＝eq\f(x,t)＝eq\f(λ,T)，所以x＝eq\f(λt,T)＝eq\f(0.6×1.5,1.2)m＝0.75m，即t＝1.5s時(shí)波剛好傳到距波源0.75m的質(zhì)點(diǎn)，前面距離該質(zhì)點(diǎn)最近的波峰是位于x＝0.3m的質(zhì)點(diǎn)，設(shè)再經(jīng)過t′最近的波峰傳到x＝5.4m處，因此波速v＝eq\f(Δx,t′)＝eq\f(λ,T)，所以t′＝eq\f(ΔxT,λ)＝eq\f(（5.4－0.3）×1.2,0.6)s＝10.2s，故t″＝1.5s＋10.2s＝11.7s時(shí)x＝5.4m的質(zhì)點(diǎn)，第一次到達(dá)波峰．(2)由(1)知從t＝0開始至x＝5.4m的質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波峰經(jīng)歷的時(shí)間為11.7s，即歷時(shí)9eq\f(3,4)T，所以s源＝4A×9＋3A＝39A＝1.95m.答案(1)11.7s(2)1.95m,以題說法質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向的互判方法1．上下坡法沿波的傳播方向看，“上坡”的點(diǎn)向下運(yùn)動，“下坡”的點(diǎn)向上運(yùn)動，簡稱“上坡下，下坡上”如圖1－2－4所示．圖1－2－42．帶動法如圖1－2－5所示，在質(zhì)點(diǎn)P靠近波源一方附近的圖象上另找一點(diǎn)P′，若P′在P上方，則P向上運(yùn)動，若P′在P下方，則P向下運(yùn)動．圖1－2－53．微平移法圖1－2－6原理：波向前傳播，波形也向前平移．方法：作出經(jīng)微小時(shí)間Δt后的波形，如圖1－2－6虛線所示，就知道了各質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過Δt時(shí)間到達(dá)的位置，此刻質(zhì)點(diǎn)振動方向也就知道了，圖中P點(diǎn)振動方向向下．考點(diǎn)二波的圖象與振動圖象的綜合應(yīng)用【典例2】(多選)(·大綱全國卷，20)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，圖1－2－8(a)是t＝0時(shí)刻的波形圖，圖(b)和圖(c)分別是x軸上某兩處質(zhì)點(diǎn)的振動圖象．由此可知，這兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置之間的距離可能是()．圖1－2－8A.eq\f(1,3)mB.eq\f(2,3)mC．1mD.eq\f(4,3)m解析由題圖(a)知，波長λ＝2m，在t＝0時(shí)刻，題圖(b)中的質(zhì)點(diǎn)在波峰位置，題圖(c)中的質(zhì)點(diǎn)在y＝－0.05m處，且振動方向向下(設(shè)為B位置，其坐標(biāo)為x＝eq\f(11,6)m)．若題圖(b)中質(zhì)點(diǎn)在題圖(c)中質(zhì)點(diǎn)的左側(cè)，則兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置之間的距離Δx＝nλ＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11,6)－\f(1,2)))m(n＝0，1，2，…)當(dāng)n＝0時(shí)，Δx＝eq\f(4,3)m；當(dāng)n＝1時(shí)，Δx＝eq\f(10,3)m，……若題圖(b)中質(zhì)點(diǎn)在題圖(c)中質(zhì)點(diǎn)的右側(cè)，則兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置之間的距離Δx′＝nλ＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,2)－\f(11,6)))m(n＝0，1，2，…)當(dāng)n＝0時(shí)，Δx′＝eq\f(2,3)m；當(dāng)n＝1時(shí)，Δx′＝eq\f(8,3)m，……綜上所述，選項(xiàng)B、D正確．答案BD【變式跟蹤2】(多選)圖1－2－9甲為一列簡諧橫波在t＝0.10s時(shí)刻的波形圖，P是平衡位置為x＝1m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置為x＝4m處的質(zhì)點(diǎn)，圖乙為質(zhì)點(diǎn)Q的振動圖象，則()．圖1－2－9A．t＝0.15s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q的加速度達(dá)到正向最大B．t＝0.15s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P的運(yùn)動方向沿y軸負(fù)方向C．從t＝0.10s到t＝0.25s，該波沿x軸正方向傳播了6mD．從t＝0.10s到t＝0.25s，質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為30cm解析對A選項(xiàng)，由乙圖象看出，t＝0.15s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q位于負(fù)方向的最大位移處，而簡諧運(yùn)動的加速度大小與位移成正比，方向與位移方向相反，所以加速度為正向最大值；對B選項(xiàng)，由乙圖象看出，簡諧運(yùn)動的周期為T＝0.20s，t＝0.10s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)Q的速度方向沿y軸負(fù)方向，由甲圖可以看出，波的傳播方向應(yīng)該沿x軸負(fù)方向，因甲圖是t＝0.10s時(shí)刻的波形圖，所以t＝0.15s時(shí)，經(jīng)歷了0.05s＝eq\f(T,4)的時(shí)間，圖甲的波形向x軸負(fù)方向平移了eq\f(λ,4)＝2m的距離，如圖中虛線所示，因波向x軸負(fù)方向傳播，則此時(shí)P點(diǎn)的運(yùn)動方向沿y軸負(fù)方向；對C選項(xiàng)，從t＝0.10s到t＝0.25s，波沿x軸負(fù)方向傳播了6m；對D選項(xiàng)，由圖甲可以看出，由于t＝0.10s時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P不處于平衡位置，故從t＝0.10s到t＝0.25s質(zhì)點(diǎn)P通過的路程不為30cm.本題正確選項(xiàng)為A、B.答案AB,借題發(fā)揮1．振動圖象和波的圖象的辨析振動圖象波的圖象研究對象一振動質(zhì)點(diǎn)沿波傳播方向上的所有質(zhì)點(diǎn)圖象意義一質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間的變化規(guī)律某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)相對平衡位置的位移圖象特點(diǎn)圖象信息質(zhì)點(diǎn)振動周期、振幅；各時(shí)刻的位移、速度方向、加速度方向波長、振幅、任意一質(zhì)點(diǎn)此刻的位移、任意一質(zhì)點(diǎn)此刻的加速度方向圖象變化隨時(shí)間推移圖象延續(xù)，但已有形狀不變隨時(shí)間推移，圖象沿傳播方向平移一完整曲線對應(yīng)橫坐標(biāo)一個(gè)周期一個(gè)波長2.巧解圖象問題求解波動圖象與振動圖象綜合類問題可采用“一分、一看、二找”的方法(1)分清振動圖象與波動圖象．此問題最簡單，只要看清橫坐標(biāo)即可，橫坐標(biāo)為x則為波動圖象，橫坐標(biāo)為t則為振動圖象．(2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位．尤其要注意單位前的數(shù)量級．(3)找準(zhǔn)波動圖象對應(yīng)的時(shí)刻．(4)找準(zhǔn)振動圖象對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)．3．圖象問題的易錯(cuò)點(diǎn)：(1)不理解振動圖象與波的圖象的區(qū)別；(2)誤將振動圖象看做波的圖象或?qū)⒉ǖ膱D象看做振動圖象；(3)不知道波傳播過程中任意質(zhì)點(diǎn)的起振方向就是波源的起振方向；(4)不會區(qū)分波的傳播位移和質(zhì)點(diǎn)的振動位移；(5)誤認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)隨波遷移．考點(diǎn)三波的特有現(xiàn)象圖1－2－10【典例3】(單選)(·江蘇卷，12B(1))如圖1－2－10所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是()．A．同時(shí)被照亮B．A先被照亮C．C先被照亮D．無法判斷解析由多普勒效應(yīng)知，C先被照亮，A、B、D錯(cuò)，C對．答案C【變式跟蹤3】(單選)利用發(fā)波水圖1－2－11槽得到的水面波形如圖1－2－11a、b所示，則()．A．圖a、b均顯示了波的干涉現(xiàn)象B．圖a、b均顯示了波的衍射現(xiàn)象C．圖a顯示了波的干涉現(xiàn)象，圖b顯示了波的衍射現(xiàn)象D．圖a顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖b顯示了波的干涉現(xiàn)象解析題圖a中可以看出只有一條狹縫，穿過水波發(fā)生明顯的衍射；圖b中有兩個(gè)振源，有些區(qū)域振動加強(qiáng)，有些區(qū)域振動減弱，是干涉現(xiàn)象．答案D,借題發(fā)揮1．波的干涉(1)產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件：頻率相同；振動方向相同；有固定的相位差．(2)干涉區(qū)域內(nèi)某點(diǎn)是振動最強(qiáng)點(diǎn)還是振動最弱點(diǎn)的充要條件：①最強(qiáng)：該點(diǎn)到兩個(gè)波源的路程之差是波長的整數(shù)倍，即δ＝nλ.②最弱：該點(diǎn)到兩個(gè)波源的路程之差是半波長的奇數(shù)倍，即δ＝eq\f(λ,2)(2n＋1)．2．波的衍射衍射總是存在，只是明顯與不明顯而已，很不明顯時(shí)表現(xiàn)為直線傳播．eq\f(對應(yīng)學(xué)生,用書P218)一、波的特有現(xiàn)象1．(多選)關(guān)于機(jī)械波，下列說法正確的是()．A．在傳播過程中能傳遞能量B．頻率由波源決定C．能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象D．能在真空中傳播解析由機(jī)械波的性質(zhì)可知：機(jī)械波的頻率由波源決定，波在傳播過程中能傳遞能量；機(jī)械波能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象；機(jī)械波傳播時(shí)需要介質(zhì)，真空中不能傳播機(jī)械波，故A、B、C項(xiàng)皆正確．考生應(yīng)注意區(qū)分機(jī)械波和電磁波的性質(zhì)，否則會導(dǎo)致選D項(xiàng)的錯(cuò)誤．答案ABC2．(多選)對聲波的各種現(xiàn)象，以下說法中正確的是()．A．在空房子里講話，聲音特別響，這是聲音的共振現(xiàn)象B．繞正在發(fā)音的音叉走一圈，可以聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音，這是聲音的干涉現(xiàn)象C．火車遠(yuǎn)去時(shí)，音調(diào)變低D．把耳朵貼在鐵軌上可以聽到遠(yuǎn)處的火車聲，屬于聲波的衍射現(xiàn)象解析在空房子里講話，聲音特別響，是波的疊加現(xiàn)象，故選項(xiàng)A錯(cuò)；把耳朵貼在鐵軌上可以聽到遠(yuǎn)處的火車聲，屬于聲波在鐵軌中的傳播，故選項(xiàng)D錯(cuò)．答案BC二、對機(jī)械波的形成及圖象的理解3．(單選)(·浙江卷，16)圖1－2－12用手握住較長軟繩的一端連續(xù)上下抖動，形成一列簡諧橫波．某一時(shí)刻的波形如圖1－2－12所示，繩上a、b兩質(zhì)點(diǎn)均處于波峰位置．下列說法正確的是()．A．a(chǎn)、b兩點(diǎn)之間的距離為半個(gè)波長B．a(chǎn)、b兩點(diǎn)振動開始時(shí)刻相差半個(gè)周期C．b點(diǎn)完成全振動次數(shù)比a點(diǎn)多一次D．b點(diǎn)完成全振動次數(shù)比a點(diǎn)少一次解析波的圖象中相鄰波峰間的兩質(zhì)點(diǎn)間的距離為一個(gè)波長，且振動開始時(shí)刻相差一個(gè)周期，所以選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)b開始振動的時(shí)刻比質(zhì)點(diǎn)a晚一個(gè)周期，因此質(zhì)點(diǎn)b完成全振動的次數(shù)比質(zhì)點(diǎn)a少一次，所以選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．答案D4．(單選)(·安徽卷，15)一列簡諧波沿x軸正方向傳播，在t＝0時(shí)波形如圖1－2－13所示，已知波速為10m/s.則t＝0.1s時(shí)正確的波形應(yīng)是下圖中的()．圖1－2－13解析由題知：波長λ＝4.0m，波在t＝0.1s內(nèi)傳播的距離x＝vt＝10×0.1m＝1m＝eq\f(1,4)λ，故將原波形圖沿波的傳播方向(即x軸正方向)平移eq\f(1,4)λ即可，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤．答案C圖1－2－145．(多選)(·天津卷，7)沿x軸正方向傳播的一列簡諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形如圖1－2－14所示，M為介質(zhì)中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，該波