2014届高考物理《机械波》核心考点解读

《机械波》核心考点解读“机械波”是高中物理的重要章节，是整个物理学的基础内容，是高考的重点内容之一。仔细研究高考试题不难发现本章的核心考点主要有机械波、横波和纵波、横波的图像、波速波长和频率（周期）的关系、波的干涉和衍射、多普勒效应等。选择题、填空题、计算题都有可能，难度中等。本文通过典型例题解读这些核心考点，希望对同学们的学习有所帮助。考点1：机械波机械振动在介质中的传播过程叫机械波。机械波的产生有两个条件：波源和介质。简谐波的产生过程是前面的质点带动后面的质点，或者说是后面的质点重复前面质点的振动形式，只不过从时间上晚了一点。例1：（2013•北京高考题）一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为4m/s．某时刻波形如图所示，下列说法正确的是（）A．这列波的振幅为4cmB．这列波的周期为1sC．此时x=4m处质点沿y轴负方向运动D．此时x=4m处质点的加速度为0【解析】由波的图象读出振幅和波长，由波速公式v＝λT，算出周期．由波的传播方向判断质点的振动方向，根据质点的位置分析质点的加速度．振幅等于y的最大值，故这列波的振幅为A=2cm．故A错误．由图知，波长λ=8m，由波速公式v＝λT，得周期T=2s．故B错误．简谐机械横波沿x轴正方向传播，由波形平移法得知，此时x=4m处质点沿y轴正方向运动．故C错误．此时x=4m处质点沿处于平衡位置，加速度为零．故D正确．【答案】D【点评】根据波的图象读出振幅、波长、速度方向及大小变化情况，加速度方向及大小变化情况等，是应具备的基本能力．考点2：波的传播机械波从一种介质进入另一种介质，频率不变，但波速、波长都改变．波在传播过程中，传播的是振动形式，振动的能量，质点在传播过程中，只是在平衡位置附近振动，并不随波迁移波的图像描述的是介质中的一系列质点在某时刻偏离平衡位置的位移。例2：（2012·天津高考题）沿x轴正向传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波形如图所示，M为介质中的一个质点，该波的传播速度为40m/s，则t＝140s时()A．质点M对平衡位置的位移一定为负值B．质点M的速度方向与对平衡位置的位移方向相同C．质点M的加速度方向与速度方向一定相同D．质点M的加速度方向与对平衡位置的位移方向相反【解析】由波形图可读出该波的波长为4m，由λ＝vT知该机械波的周期T＝0.1s，故t＝140s＝14T.由于机械波沿x轴正方向传播，所以t＝0时刻质点M运动方向沿y轴正方向，经14T时间，质点M的速度方向沿y轴负方向，对平衡位置的位移方向仍沿y轴正方向，加速度方向沿y轴负方向，故选项C、D正确．【答案】CD【点评】同种机械波波速主要由介质来决定，一般可认为无论波的频率关系如何，两列同性质的波在同种介质中传播的波速相同，固体、液体中的波速比空气中大．考点3：波长、频率和波速的关系波长λ：在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离。频率f：波的频率等于质点振动的频率，由波源决定，在任何介质中频率不变。波速v：单位时间内振动向外传播的距离，波速由介质决定。波长、频率和波速的关系v=λf。例3：（2013·重庆高考题）一列简谐波沿直线传播，某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距6m，且这两质点之间的波峰只有一个，则该简谐波可能的波长为（）A．4m、6m和8mB．6m、8m和12mC．4m、6m和12mD．4m、8m和12m【解析】根据两质点间状态关系，结合波形图象，确定距离与波长的关系．两质点间可能没有波谷、可能一个波谷，也可能有两个波谷，得到波长有三个值．由题，两质点都经过平衡位置，两质点之间的波峰只有一个，两质点间可能没有波谷、可能一个波谷，也可能有两个波谷，设波长为λ，则可能有λ=2×6m=12m，也可能λ=6m，也可能λ=2/3×6m=4m．故选C【答案】C【点评】本题是波动中多解问题，要考查可能的各种情况，结合波形分析波长考点4：横波的图象波的图象表示波中各质点在某时刻的位移．振动图象表示某质点位移随时间的变化规律．区分波的图象和振动图象关键是看横轴表示位移x还是时间t，如果是位移x则为波的图象，如果是时间t则为振动图象．例4：（2013·福建高考题）如图，t=0时刻，波源在坐标原点从平衡位置沿y轴正方向开始振动，振动周期为0.4s，在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波．下图中能够正确表示t=0.6时波形的图是（）【解析】由题，波源形成向右和向左传播的两列横波，左右具有对称性，根据t=0.6与周期的关系，分析形成的波形的长度，分析波源的状态，即可确定图象．由题，该波的周期为T=0.4s，则时间t=0.6s=1.5T，向左和向右分别形成1.5个波长的波形．由于波源在坐标原点从平衡位置沿y轴正方向开始振动，则t=0.6时的振动方向沿y轴负方向，故C正确．【答案】C【点评】本题的解题关键是抓住对称性，分析波源振动状态和波形的长度，即可得到答案．考点5：波的叠加几列波相遇时能够保持各自的状态而不相互干扰，在几列波重叠的区域里，任何一个质点的总位移，都等于这几列波分别引起的位移的矢量和。例5：（2013•山东高考题）如图所示，在某一均匀介质中，A、B是振动情况完全相同的两个波源，其简谐运动表达式为x=0.1πsin（20πt）m，介质中P点与A、B两波源间距离分别为4m和5m，两波源形成的简谐横波分别沿AP、BP方向传播，波速都是10m/s．①求简谐横波的波长．②②P点的振动（填“加强”或“减弱”）【解析】①由简谐运动表达式为x=0.1πsin（20πt）m知，角频率ω=20πrad/s，则周期为T=2π/ω=0.1m/s，由v=λT得，波长λ=vT=1m；②根据P点与A、B两波源的路程差与波长的关系，分析P点的振动情况，若路程差是波长的整数倍，则振动加强；若路程差是半个波长的奇数倍，则振动减弱．△S=5m-4m=1m=λ，故P点的振动加强．【答案】①λ=1m，②加强【点评】本题要掌握简谐运动的表达式x=Asinωt，即可读出ω，求出周期和波长．根据路程与波长的关系，确定质点的振动强弱是常用的方法．考点6：波的干涉波的干涉：频率相同的两列波相遇，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强与振动减弱的区域互相间隔的现象。例5：（2011·上海卷）两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则A．在两波相遇的区域中会产生干涉B．在两波相遇的区域中不会产生干涉C．a点的振动始终加强D．a点的振动始终减弱【解析】从图中可看出，波源S2的波长较大，对同一水介质来说，机械波的波速相同，根据波长、频率和波速的关系可知，两列波的频率一定不同，故两波相遇的区域不会产生干涉，A错B对。不产生稳定的干涉，就不会出现振动的始终加强或减弱，C、D均错。【答案】B【点评】本题考查波的干涉图样，要求考生知道两列波产生干涉的条件。考点7：多普勒效应由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者接收到的波的频率发生变化的现象叫多普勒效应．波源的频率不变，只是观察者接收到的波的频率发生变化．如果二者相互接近，观察者接收到的波的频率变大；如果二者相互远离，观察者接收到的波的频率变小．例7：（2013·海南高考题）下列选项与多普勒效应有关的是（）A．科学家用激光测量月球与地球间的距离B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡D．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度E．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度【解析】多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家多普勒而命名的，他于1842年首先提出了这一理论．主要内容为：接受到的物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化．多普勒效应不仅仅适用于声波，它也适用于所有类型的波，包括电磁波．科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用光速快，故A错误；医生利用超声波探测病人血管中血液的流速利用声波的多普勒效应，故B正确；技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡是利用穿透能力强，故C错误；交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度是利用超声波的多普勒效应，故D正确；科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度，是光的多普勒效应，故E正确；故选BDE．【答案】BDE【点评】本题考查了多普勒效应的应用，是利用发射波与接受波间的波长变化（或者频率变化）来判断相对运动的情况．