文档文本内容
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第26 讲 机械振动、机械波
目
录
01 考情解码· 命题预警.........................................................................................................................................2
02 体系构建 ·思维可视.........................................................................................................................................3
03 核心突破· 靶向攻坚.........................................................................................................................................5
考点一 简谐运动的特征 ..............................................................................................................................5
知识点一 受力和运动特征........................................................................................................................5
知识点二 能量特征....................................................................................................................................5
知识点三 周期性特征................................................................................................................................5
考向1 简谐运动的理解和基本物理量的分析...........................................................................................6
考向2 简谐运动的周期性与对称性...........................................................................................................6
考向3 简谐运动的判断...............................................................................................................................7
考点二 简谐运动的描述 ............................................................................................................................9
知识点一 简谐运动的表达式....................................................................................................................9
知识点二 简谐运动的图像........................................................................................................................9
考向1 简谐运动的图像法描述及应用.......................................................................................................9
考向2 简谐运动的解析法描述及应用.....................................................................................................11
考点三 单摆 ..............................................................................................................................................12
知识点一 单摆模型及条件......................................................................................................................12
1.模型及特点：..........................................................................................................................................12
知识点二 对单摆的动力学分析..............................................................................................................12
考向 单摆模型及应用................................................................................................................................13
考点四 受迫振动与共振 ..........................................................................................................................15
知识点 简谐运动、受迫振动和共振的比较..........................................................................................15
考向 受迫振动与共振................................................................................................................................15
考点五 简谐运动与力学的综合问题 ......................................................................................................16
知识点 简谐运动与力学的综合问题分析..............................................................................................17
考向1 弹簧振子的力学综合问题.............................................................................................................17
考向2 单摆的力学综合问题.....................................................................................................................19
考点六 机械波的形成与传播 ..................................................................................................................20
知识点一 机械振动与机械波的区别和联系..........................................................................................20
知识点二 波的传播方向与质点振动方向的互判方法..........................................................................21
考向 机械波的形成与传播........................................................................................................................21
考点七 波动图像及其与振动图像的综合应用 .................................................................................23
知识点 波动图像和振动图像的比较......................................................................................................23
考向1 波的图像的理解及应用.................................................................................................................23
考向2 波动图像和振动图像的综合应用.................................................................................................25
考点八 波的多解问题 ..............................................................................................................................26
知识点 造成波的多解问题的主要因素..................................................................................................26
考向1 波的双向性多解问题.....................................................................................................................26
考向2 波的周期性多解问题.....................................................................................................................28
考点九 波的干涉、衍射、多普勒效应 ............................................................................................28
知识点一 波的干涉中加强点和减弱点的判断方法..............................................................................29
知识点二 多普勒效应的成因分析..........................................................................................................29
考向1 波的干涉、衍射、多普勒效应的基本理解.................................................................................29
考向2 波的叠加的分析计算.....................................................................................................................31
考向3 波的干涉的分析计算.....................................................................................................................32
04 真题溯源 ·考向感知......................................................................................................................................33
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2
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考点要求
考察形式
2025 年
2024 年
2023 年
简谐运动
选择题
非选择题
受迫振动与共振
选择题
非选择题
简谐运动与力学
的综合问题
选择题
非选择题
安徽卷T10，4 分
机械波的形成与
传播
选择题
非选择题
安徽卷T2，4 分
安徽卷T1，6 分
波动图像及其与
振动图像的综合
应用
选择题
非选择题
波的多解问题
选择题
非选择题
波的干涉、衍
射、多普勒效应
选择题
非选择题
安徽卷T3，4 分
考情分析：
“机械振动与机械波的考查主要以选择题形式出现，大概率以单选题形出现。难度不大，大部分情况出现
在前面四个选择题中，主要以机械波的形成与传播和机械振动的结合考查。
试题情境
生活实践类：水袖舞、“战绳”、机器振动、等；
学习探究类：波的干涉中的加强点和减弱点个数的分析与计算。
复习目标：
目
一：
标
理解
运
的特征和表述且会判断
运
简谐
动
简谐
动。
目
二：
标
掌握波的
像与振
像且会
理波的
像与振
像的
合
。
图
动图
图
动图
综
问题
处
目标三：掌握波的叠加与干涉，且会
行相
的分析与
算。
应
进
计
3
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4
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考点一 简谐运动的特征
知识点一 受力和运动特征
1.回复力F＝－kx，“－”表示回复力的方向与位移方向相反，k 是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数。
2.做简谐运动的物体加速度与物体偏离平衡位置的位移大小成正比而方向相反，为变加速运动。远离平衡
位置时，x、F、a 均增大，v 减小，靠近平衡位置时则相反。
知识点二 能量特征
简谐运动的能量包括动能Ek和势能Ep，简谐运动过程中，系统动能与势能相互转化，系统的机械能守恒。
振幅越大，能量越大。远离平衡位置时，Ek减小，Ep增大；靠近平衡位置时则相反。
知识点三 周期性特征
1.相隔nT(n 为正整数)的两个时刻，物体处于同一位置且振动状态相同。
2.做简谐运动的物体的位移、回复力、加速度和速度均随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周
期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为。
3.相隔或(n 为正整数)的两个时刻，物体位置关于平衡位置对称，位移、速度、加速度、回复力大小相等、
方向相反，动能、势能相等。
得分速记
判断简谐运动的方法：证明物体的回复力满足：F＝－kx，“－”表示回复力的方向与位移方向相反。
考向1 简谐运动的理解和基本物理量的分析
例1 （2025·四川雅安·二模）（多选）如图所示，光滑的斜面上有一弹簧振子，O 为其平衡位置，物块在
P、Q 两点间做周期为T 的简谐运动。下列说法正确的是（ ）
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A．物块动量变化的周期为T
B．弹簧弹性势能变化的周期为T
C．物块在O 点时，弹簧处于原长
D．物块在P、Q 两点加速度相等
分析简谐运动的技巧
(1)分析
运
中各物理量的
化情况
简谐
动
变
时，要以位移
梁
为桥
，位移增大时，振
点的回复力、加速度、
动质
能均增大
势
，速度、
能均减小；反之
动
，
生相反的
化。另外
则产
变
，各矢量均在其
零
改
方向。
值为
时
变
(2)分析
程中要特
注意
运
的周期性和
称性。
简谐
动
过
别
对
(3)若没有
出开始
刻
点的振
方向
给
时
质
动
，
分情况
还须
讨论，以防
解。
丢
【变式训练1】（2025·湖北·二模）小汽车已成我们家庭的重要交通工具，若某国产小汽车的驾驶员与汽车
总质量为
，其减震系统由四个相同的竖直弹簧组成，每个弹簧的劲度系数为
。当汽车
行驶过路面凸起后，车身在竖直方向做简谐振动（设在水平方向上汽车做匀速直线运动，不计空气阻力，
取重力加速度
），若振幅为
，则振动过程中的最大加速度大小为（ ）
A．
B．
C．
D．
【变式训练2·变考法】关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列说法正确的是（ ）
A．位移减小时，加速度减小，速度增大
B．位移方向总和加速度方向相反，和速度方向总相同
C．物体的速度增大时，加速度不一定减小
D．物体向平衡位置运动时，速度方向和位移方向相同
考向2 简谐运动的周期性与对称性
例2 如图所示，由轻弹簧和小球组成的弹簧振子，第一次放在光滑的水平地面上，第二次竖直放置，O1、
O2为两次的平衡位置。小球分别从A、B 位置由静止释放，
，忽略空气阻力。经过相等的时间，
下列物理量一定相同的是（ ）
6
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A．加速度大小
B．弹力大小
C．弹簧长度
D．弹性势能
【变式训练1】如图所示，在水平光滑杆上的以弹簧振子沿x 轴在A、B 两点之间做简谐运动，A、B 两点
之间 的距离为16cm，C、D 和O 点的距离相同。某时刻从平衡位置 O 开始计时，振子向右运动，经过
0.3s 时，振子第一次经过C 点，又经过了0.2s，振子第二次经过C 点，下列说法正确的是 ( )
A．在 A 点时，质点具有正向的最大加速度和位移
B．振子还需 1.2s 第三次经过 C 点
C．振子从开始计时经 6.8s 经过的路程为 136cm ，位移为 8cm
D．改变该弹簧振子的振幅，振子的周期和系统的机械能均发生改变
【变式训练2·变考法】如图所示，沿水平方向做简谐振动的质点，依次通过相距L 的A、B 两点。已知质
点在A 点的位移大小为振幅的一半，B 点位移大小是A 点的
倍，质点经过A 点时开始计时，t 时刻第二
次经过B 点，该振动的振幅和周期可能是（ ）
A．
，3t
B．
，5t
C．
，
t
D．
，
t
考向3 简谐运动的判断
例3（2025·山西·二模）（多选）未来人类设计的真空列车隧道，可使列车在地球表面任意两地间的运行
时间缩短到42min。如图所示，把地球看作质量均匀分布、半径为R 的球体，在不考虑地球自转的情况下，
质量为m 的列车（不需要引擎）从A 点由静止进入隧道，从地球另一端的B 点离开隧道，此过程中列车做
简谐运动，所用的时间等于地球表面近地卫星周期的一半，图中O'为隧道的中点，到球心O 的距离为h。
已知质量均匀分布的球壳对内部物体的引力为零，地球表面的重力加速度大小为g，物体做简谐运动的最
大速度等于振幅乘以角速度，即
，下列说法正确的是（ ）
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A．地球的第一宇宙速度为
B．列车从A 点运动到B 点的时间为
C．列车在O'点受到的支持力大小为
D．列车在O'点的速度大小为
解题思路：
【变式训练1】（2025·山东菏泽·二模）粗细均匀的一根木筷，下端绕几圈细铁丝，竖直浮在较大的装有水
的杯中，把木筷往上提起一段距离A 后放手，木筷就在水中上下振动。已知木筷横截面积为S，木筷与铁
丝总质量为m，水的密度为ρ，重力加速度为g。以木筷静止时其下端所在位置为原点，竖直向为正方向。
(1)证明木筷做简谐运动；
(2)已知简谐运动的周期
，其中m 是做简谐运动物体的质量，k 为回复力与位移比值的绝对值。
写出放手后木筷位移x 随时间t 变化的关系式。
【变式训练2·变考法】（2025·河北邢台·三模）内壁光滑的汽缸固定在水平面上，用质量为m 的活塞密封
一段长度为L 的理想气体，活塞的横截面积为S，给活塞一个向左的初速度
，活塞向左移动
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速度恰好为零。已知大气体压强为
，汽缸导热性能良好，环境温度保持不变。
(1)求该过程气体放出的热量Q；
(2)证明活塞的运动是简谐运动。
考点二 简谐运动的描述
知识点一 简谐运动的表达式
1．表达式
(1)动力学表达式：F＝－
kx
，其中“－”表示回复力与位移的方向相反。
(2)运动学表达式：x＝A sin(
ωt
＋
φ 0)，其中A 表示振幅，ω＝＝2πf 表示简谐运动的快慢，ωt＋φ0表示简谐运
动的相位，φ0叫作初相位。
知识点二 简谐运动的图像
2．简谐运动的图像
(1)如图所示。
(2)物理意义：表示振动质点的位移随时间变化的规律。
考向1 简谐运动的图像法描述及应用
例1 （2025·安徽阜阳·模拟预测）图甲为用手机和轻弹簧制作的一个振动装置。手机速度传感器记录了手
机在竖直方向的振动情况，以向上为正方向，得到手机振动过程中速度v 随时间t 变化的曲线为正弦曲线，
如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
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A．在0~0.2s 内，弹簧弹力逐渐减小
B．手机振动的频率大小为0.8Hz
C．在t=0 时刻，手机的加速度为零
D．v 随t 变化的关系式为
【变式训练1】（2025·河北保定·一模）（多选）如图甲所示，某弹簧振子在竖直方向上做简谐运动，其振
动图像如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．弹簧振子振动的圆频率为
B．弹簧振子的振动方程为
C．在
和
时刻弹簧的弹性势能相同
D．从
到
时间内弹簧振子运动的路程大于
【变式训练2】（2025·安徽池州·二模）已知弹簧振子做简谐运动的周期公式为
，其中T 是简谐
运动的周期，k 是轻质弹簧的劲度系数，
是振子的质量。小明同学想以该公式为原理研究橡皮筋的劲度
系数。橡皮筋可看成轻质弹簧。现让橡皮筋上端固定，下端连接一重物，质量为0.1kg。现用手把重物向
上托起，使重物从橡皮筋原长处由静止释放，不计空气阻力，重物将沿竖直方向做简谐运动。从某时刻开
始计时，取竖直向上为正方向，重物的振动图像如图所示。已知重力加速度为g=10m/s2。橡皮筋的劲度系
数为 N/m，重物在
时的加速度大小为 m/s2，重物在
时间内运动的路
程为 m。
考向2 简谐运动的解析法描述及应用
例2（2025·湖北·模拟预测）某弹簧振子的振动方程
关于该振子的运动，下列说法正确
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的是（ ）
A．振子在0.5s 和1.5s 时速度相同
B．振子动能变化的周期为2s
C．
时振子的加速度最大
D．振子从
处运动到
处的最短时间为
【变式训练1】 （2025·江西南昌·模拟预测）（多选）如图甲所示，某弹簧振子在竖直方向上做简谐运动，
其振动图像如图乙所示，下列说法正确的是 （ ）
A．弹簧振子振动的圆频率为
B．弹簧振子的振动方程为
C．在t=3s 和t=5s 时刻弹簧的弹性势能相同
D．在t=3s 和t=5s 时刻弹簧的弹性势能不同
【变式训练2】（2025·四川成都·模拟预测）如图甲所示，轻质弹簧下端固定一盏带灯罩的灯，灯泡大小可
忽略，灯罩为圆锥形，点光源在地面上的投影点为
点，点光源静止时位于O 点，离地高度为
。现使点光源在竖直方向做简谐运动，振动图像如图乙所示。光源向左照射的最远点记为P 点，
当点光源距离地面最近时P 在a 点，距离地面最远时P 在e 点，图甲中
，
，则下列说法正确
的是（ ）
A．P 在b 点时点光源的速度和在d 点时点光源的速度相同
B．P 过b 点后经过0.5s，点光源通过的路程一定为0.3m
C．点光源在地面照亮区域面积最大值与最小值之比为
D．点光源的振动方程为
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考点三 单摆
知识点一 单摆模型及条件
1.模型及特点：
(1)摆线为不可伸缩的细线；
(2)细线的质量与小球相比可忽略；
(3)球的直径与线的长度相比可忽略；
(4)空气等阻力可以忽略
2.条件：大摆角θ<5°
知识点二 对单摆的动力学分析
1.回复力：摆球重力沿轨迹切线方向的分力提供回复力，F 回＝－mgsinθ＝－x＝－kx，负号表示回复力F 回
与位移x 的方向相反。
2.向心力：细线的拉力和重力沿细线方向的分力的合力充当向心力，F 向＝FT－mgcosθ。
两点说明：
（1）当摆球在最高点时，F 向＝＝0，FT＝mgcosθm。
（2）当摆球在最低点时，F 向＝，F 向最大，FT＝mg＋m。
考向 单摆模型及应用
例 （2025·河北秦皇岛·一模）如图甲所示是一个单摆，摆球在竖直面做小角度摆动，摆球经过平衡位置
时的速度大小为，设摆球向右运动为正方向，图乙是这个单摆的振动图像，由此可知（ ）
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A．该单摆振动的频率为
B．振动方程为
C．
时，摆球速度大小为
D．
时，摆球加速度为零
应用单摆周期公式T＝2π 的注意事项
(1)公式的适用条件：单摆的最大偏角θm很小时，单摆的运动才能近似看作简谐运动，公式T＝2π 才适用。
一般要求最大偏角θm<5°。
(2)在等效单摆模型中，公式可变换为T＝2π 。
①l′——等效摆长：摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离。如图甲所示的双线摆在垂直于纸面的平面内摆动，
等效摆长l′＝r＋Lcosα。乙图中小球(可看作质点)在半径为R 的光滑圆槽中A 点的附近振动，其等效摆长为
l′＝R。
②g′——等效重力加速度：与单摆所处物理环境有关。
a．在不同星球表面，若忽略星球的自转，g′＝，M 为星球的质量，R 为星球的半径。
b．单摆处于超重或失重状态下的等效重力加速度分别为g′＝g＋a 和g′＝g－a，a 为超重或失重时单摆系统
整体竖直向上或竖直向下的加速度大小。
c．如图丙所示，空间有竖直向下的电场强度大小为E 的匀强电场，小球的质量为m、所带电荷量为＋q，
细线绝缘，则等效重力加速度g′＝g＋。
【变式训练1·变载体】（2025·陕西宝鸡·一模）如图甲所示，小明同学利用漏斗做简谐运动实验，他将漏
斗下方的薄木板沿箭头方向拉出，漏斗4s 内漏出的细沙在板上形成了如图乙所示曲线AE，当地重力加速
度大小
。下列说法正确的是（ ）
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A．该沙摆的摆动频率为2Hz
B．该沙摆的摆长约为2m
C．由图乙可知薄木板做匀加速直线运动， 且加速度大小约为0.03m/s2
D．当图乙中的D 点通过沙摆正下方时， 薄木板的速度大小约为0.25m/s
【变式训练2】（2025·吉林·二模）如图，在竖直分界线ab 左侧有竖直向下的匀强电场，右侧有水平向里
的匀强磁场。带正电、可视为质点的橡胶小物块用一根绝缘细线悬挂于
处。
时，小物块经过最低点
向右运动，且在竖直面内摆动的最大摆角小于5°。用v 表示小物块的速度，规定向右为正方向，忽略空气
阻力，下列图像可能正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
考点四 受迫振动与共振
知识点 简谐运动、受迫振动和共振的比较
振动类型
项目
简谐运动
受迫振动
共振
受外力情况
没有外力干预，仅受系统
内部的相互作用力
受到周期性的驱动力作
用
受到周期性的驱动力
作用
振动周期
和频率
由系统本身的性质决定，
即固有周期和固有频率
由驱动力的周期和频率
决定：T＝T 驱，f＝f 驱
T 驱＝T 固
f 驱＝f 固
振动能量
振动系统的机械能守恒
由产生驱动力的物体提
振动物体获得的能量
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供
最大
常见例子
弹簧振子，单摆(θ<5°)
机器运转时底座发生的
振动
共振筛，
转速计
考向 受迫振动与共振
例 （2025·辽宁沈阳·模拟预测）如图，一个竖直圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T 形支架
在竖直方向振动，T 形支架下面系着一个弹簧和小球组成的振动系统，小球浸没在水中。当圆盘静止时，
让小球在水中振动，其阻尼振动的频率约为1Hz。现使圆盘以4s 的周期匀速转动，经过一段时间后，小球
振动达到稳定，它振动的周期是（ ）
A．1s
B．
C．2s
D．4s
【变式训练1·变载体】 （2025·贵州黔东南·模拟预测）为了提升汽车行驶过程中的平顺性和稳定性，在汽
车车身和底座间装有弹簧和减震器来减缓震动。如图所示，图甲为某汽车正匀速通过某路口的连续等间距
的减速带，图乙为该车车身的振幅A 和车速v 的关系图像，图像最高点对应的速度为
。已知两相邻减速
带间的距离为1m，该车车身的固有频率为10Hz，该车经过该减速带过程中，下列说法正确的是（ ）
A．该车经过减速带时车身上下振动的频率随车速增大而减小
B．该车经过减速带时车身上下振动的频率恒为10Hz
C．图乙中
D．不同车辆经过该减速带时
一定相同
【变式训练2】（2025·甘肃平凉·模拟预测）镇楼阻尼器是通过提供运动阻力，耗减运动能量，从而减少高
层建筑物振动幅度和摇晃程度。上海中心大厦的千吨重巨型阻尼器“上海慧眼”成功抵御了“贝碧嘉”台
风，保障了大厦安全，展现了现代建筑技术科学性。上海中心大厦在最高处圆周上均匀分布有12 根长为
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25m 的钢索并悬挂重物，重物质量为
（可视为质点），若圆周半径为15m，重力加速度g 取
10
，下列说法正确的是（ ）
A．无台风时每根钢索承受的拉力大小为
B．有台风时重物摆动方向与大厦摆动方向一致
C．有台风时重物做的是简谐振动
D．有台风时每根钢索所受拉力大小相同
考点五 简谐运动与力学的综合问题
知识点 简谐运动与力学的综合问题分析
1.简谐运动与力学的综合问题简介
高中阶段常见的简谐运动模型主要是弹簧振子、单摆，除了分析这类力学模型的运动规律，有时还会涉及
动力学、能量分析计算，这就要综合运用力学规律解决。
2．弹簧振子的力学综合问题
对于弹簧振子的简谐运动，常见的问题有：弹簧振子的振幅、小球最大速度、所受的最大力的分析、计算。
(1)弹簧振子的动力学分析通常用到回复力公式及牛顿第二定律。
(2)水平弹簧振子的能量由弹簧的最大弹性势能决定，它等于小球的最大动能。
3．单摆的力学综合问题
对于单摆的简谐运动，常见的问题有：单摆的振幅、摆球的最大速度、摆球所受的最小力、最大力的分析、
计算。
(1)单摆的动力学分析通常用到回复力公式、圆周运动规律及牛顿第二定律。
(2)单摆的能量由振幅(用弧长表示)、摆长及摆球的质量共同决定：E＝Epm＝mgl(1－cosθm)。 它等于摆球的
最大动能。
考向1 弹簧振子的力学综合问题
例1（2025·甘肃白银·模拟预测）如图所示，轻弹簧左端固定，右端与一放在水平面上且可视为质点的滑
块相连，弹簧始终与水平面平行，水平面上各处粗糙程度相同，弹簧处于原长时滑块位于
点。现将滑块
拉至A 点并由静止释放，
点为
中点，弹簧始终在弹性限度内。已知滑块刚释放时加速度大小为
，
第一次经过
点时加速度大小为
，则滑块第二次经过
点时加速度大小为（ ）
A．
B．
C．
D．
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简谐运动的动力学和能量问题求解关键
对于这类问题，关键是从动力学角度、能量的角度结合简谐运动的对称性、周期表达式等解
题。
(1)动力学角度的分析通常要用到回复力表达式、力学平衡方程、牛顿第二定律及向心力表达
式。
(2)能量角度的分析通常要用到机械能守恒定律、功能关系。
【变式训练1·变载体】（2025·广东·模拟预测）（多选）如下左图，一个质量为M 的大圆环直立在水平面
上，圆环顶端固定了一根劲度系数为k 的轻质弹簧，弹簧下面拴接了一个质量为m 的小球（可视为质点），
用力向下拉住小球，然后释放，小球开始上下振动，不计空气阻力，以向上为正方向，小球振动的位移时
间图像是一个余弦函数，如下右图所示。小球振动过程中，大圆环始终与地面接触，且对地面的最小压力
为0，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．图中t1时刻，大圆环对地压力大小为Mg
B．图中t2时刻，小球的加速度大小为
C．图中t4时刻，大圆环对地压力大小为Mg+2mg
D．图中
【变式训练2】（2025·山东·模拟预测）（多选）如图所示，水平地面上有一倾角
的斜面体，一根
不可伸长的细绳一端连在物块
上，另一端绕过光滑轻质定滑轮通过劲度系数为
的轻弹簧与物块
相连，
的质量为
，
的质量为
，斜面体的质量为
。初始时刻，用手握住物块
，使弹簧处于原长，此时
恰好不动，松手后，物块
开始运动，整个过程中物块
未着地且弹簧都在弹性限度内，物块
和斜面体
始终保持静止。重力加速度为
，则下列判断正确的是（ ）
A．
的质量
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B．弹簧的最大弹性势能为
C．
向下运动过程中，
与斜面体间的摩擦力一定一直减小
D．
向下运动过程中，地面对
的支持力始终小于
考向2 单摆的力学综合问题
例2 如图所示，倾角为
的斜面固定在水平面上，一根不可伸长的轻绳一端连接在置于斜面的物体a 上，
另一端绕过光滑的定滑轮与小球b 连接，轻绳与斜面平行，定滑轮到小球b 的距离为L。用手按住物体a
不动，把小球b 拉开很小的角度
后释放，使小球b 做单摆运动，稳定后放开物体a。当小球运动
到最高点时，物体a 恰好不下滑，整个过程物体a 始终静止。忽略空气阻力及定滑轮的大小，重力加速度
为g。下列说法正确的是（ ）
A．小球b 多次经过同一位置的动量相同
B．小球b 摆到最低点时，物体a 受到的摩擦力一定沿斜面向下
C．物体a 与斜面间的摩擦因数
D．物体a 受到的摩擦力变化的周期
【变式训练1·变载体】 （2025·北京大兴·一模）惠更斯发现“单摆做简谐运动的周期T 与重力加速度的二
次方根成反比”。为了通过实验验证这一结论，某同学创设了“重力加速度”可以认为调节的实验环境：
如图1 所示，在水平地面上固定一倾角θ 可调的光滑斜面，把摆线固定于斜面上的O 点，使摆线平行于斜
面。拉开摆球至A 点，静止释放后，摆球在ABC 之间做简谐运动，摆角为α。在某次实验中，摆球自然悬
垂时，通过力传感器（图中未画出）测得摆线的拉力为
；摆球摆动过程中，力传感器测出摆线的拉力随
时间变化的关系如图2 所示，其中
、
、
均已知。当地的重力加速度为g。下列选项正确的是（
）
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A．多次改变图1 中α 角的大小，即可获得不同的等效重力加速度
B．在图2 的测量过程中，单摆n 次全振动的时间为
C．多次改变斜面的倾角θ，只要得出
就可以验证该结论成立
D．在图2 的测量过程中，满足
关系
【变式训练2】（2025·广东汕头·三模）（多选）用轻质绝缘细绳悬挂带正电的小球，小球可视为质点，如
图1 所示。将装置分别放入图2 所示的匀强电场，图3 所示的匀强磁场中。将小球从偏离竖直方向左侧的
一个小角度
位置由静止释放，在图中三种情况下，小球均在竖直平面内周期性往复运动，周期分
别为
、
、
，小球第1 次到达轨迹最低点时的速度大小分别为
、
、
，拉力大小分别为
，不计空气阻力。图中三种情况，下列说法正确的是（ ）
A．图1 和图3 的小球在运动过程中机械能都守恒
B．三个小球运动的周期大小关系
C．三个小球第1 次到达最低点时拉力大小关系
D．三个小球第1 次到达最低点时的速度大小关系
考点六 机械波的形成与传播
知识点一 机械振动与机械波的区别和联系
名称
机械振动
机械波
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项目
区别
运动
特点
机械振动是单个质点以平衡
位置为中心所做的往复运动
机械波是介质中大量质点依次发生受迫
振动而形成的“集体运动”
产生
原因
机械振动是质点受到回复力
作用的结果
机械波是从波源处开始，由近及远，介
质中质点依次施力带动相邻质点发生受
迫振动形成的
能量
变化
情况
机械振动过程中，动能和势
能不断地相互转化，总机械
能守恒
波源将能量传递给相邻质点，相邻质点
再将能量传递给它的相邻质点，由近及
远，每个质点在不断地吸收和放出能
量，从而把波源的能量传播出去，是一
个能量的传播过程
联系
(1)机械波是机械振动在介质中传播形成的；
(2)机械波的周期等于介质中质点机械振动的周期；
(3)有机械振动不一定有机械波，但有机械波一定有机械振动；
(4)波源停止振动后，介质中的机械振动并不立即停止传播，而是继续向
远处传播，直到振动能量全部损耗完
知识点二 波的传播方向与质点振动方向的互判方法
方法解读
图像演示
“上下
坡”法
沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振
动，“下坡”时质点向上振动
“同侧”
法
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
“微平
移”法
将波形沿传播方向进行微小的平移，再由同
一x 坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向
考向 机械波的形成与传播
例 （2025·四川巴中·模拟预测）质点A 沿竖直方向做简谐运动，某时刻A 开始振动经过
在绳上形成的
波传到质点C 时的波形如图所示，已知AB 相距10m，AC 相距12m。则（ ）
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A．质点A 开始振动时向上运动
B．
时质点A 在平衡位置且振动方向向下
C．这列波的传播速度大小为
D．A、C 两质点之间（不包括A）与质点C 振动状态完全相同的点还有两个
计算波速的两种思路
(1)速度的定
：
义v＝，Δx 表示波向前
播的距离
传
，Δt 表示波
播
传
Δx 所用的
。
时间
【变式训练1·变载体】（2025·河南洛阳·模拟预测）某时刻手握水平绳一端沿竖直方向振动，振幅为
0.1m，经过0.6s 停止振动，形成一列简谐波沿绳传播。某一时刻的波形如实线所示，又经过
，波形如虚
线所示，M、N 两点间的距离为1.5m。下列说法正确的是（ ）
A．手握的是绳左端，起振方向向上
B．
为0.4s
C．波速为5m/s
D．M 处质点经过的总路程为0.3m
【变式训练2】（2025·湖北武汉·模拟预测）（多选）图甲表示一根没有发生形变的弹簧，上面用数字标出
一些质点的平衡位置；图乙表示弹簧中产生纵波时，某一时刻各个质点相对于各自的位移；把该时刻各质
点的位移画到纵轴的方向上，纵坐标为正表示位移向右，为负表示位移向左，得到了图丙所示的图像。已
知1 为波源，类比横波相关知识，可知（ ）
A．此时质点2 速度向左
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B．此时质点3 回复力为零
C．质点2 比质点5 先回到平衡位置
D．质点4 和质点8 的振动速度总是等大反向
考点七 波动图像及其与振动图像的综合应用
知识点 波动图像和振动图像的比较
振动图像
波动图像
研究
对象
一振动质点
沿波传播方向的所有质点
研究
内容
一质点的位移随时间的变化规律
某时刻介质中所有质点的空间分布规律
图像
物理
意义
表示同一质点在各时刻偏离平衡
位置的位移
表示介质中的各个质点在某一时刻偏离
平衡位置的位移
图像
信息
(1)质点振动周期；
(2)质点振幅；
(3)质点在各时刻偏离平衡位置的
位移；
(4)质点在各时刻速度、加速度的
方向
(1)波长、振幅；
(2)任意一质点在该时刻偏离平衡位置的
位移；
(3)任意一质点在该时刻的加速度方向；
(4)已知波的传播方向，可判断介质中各
质点的振动方向；已知介质中某一质点
的振动方向，可判断波的传播方向
图像
变化
随时间推移，图像延续，但已有
形状不变
随时间推移，波形沿传播方向平移
连续重复
的最短完
整曲线占
横坐标的
距离
表示一个周期
表示一个波长
考向1 波的图像的理解及应用
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例1（2025·安徽·模拟预测）如图所示，一列简谐横波沿x 轴传播，
时刻的波形如图所示，质点A、
B、C 三点的平衡位置分别在
、
、
处，质点B 的振动方程为
，
则下列判断正确的是（ ）
A．该波沿x 轴正向传播
B．该波的传播速度为
C．质点A 和质点C 的振动完全相同
D．
时刻，质点A 的位移一定是
【变式训练1·变载体】 （2025·安徽·一模）在某均匀介质中，沿 x 轴正方向传播的简谐横波，
时刻
的波形如图所示。经过1s，质点 A 首次到达波峰，则下列说法正确的是（ ）
A．图示时刻质点A 的速度方向沿y 轴负方向
B．波源振动的周期为
C．该简谐波的波速大小为
D．一个周期内质点A 沿x 轴正方向移动16m
【变式训练2】（2025·山东·模拟预测）（多选）一列沿x 轴传播的简谐横波在t = 0 时刻的波形图如图所
示，此时P 点偏离平衡位置的位移大小是振幅的二分之一。已知该波的波速v = 8 m/s，则此后P 点第二次
达到平衡位置的时间可能是（ ）
A．
B．
C．
D．
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考向2 波动图像和振动图像的综合应用
例2 （2025·安徽合肥·模拟预测）如图甲为一列简谐波在
时刻的波形图，P 是平衡位置为
处的质点，Q 是平衡位置为
处的质点，图乙为质点Q 的振动图像，则（ ）
A．该简谐波沿x 轴正方向传播
B．在
时，质点P 的速度方向沿y 轴正方向
C．质点Q 做简谐运动的表达式为
D．从
到
，该波沿x 轴正方向传播了4m
求解波动图像与振动图像综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法
【变式训练1·变载体】（2025·安徽·模拟预测）在模拟地震波传播的物理实验中，研究人员将波源置于水
平的二维坐标平面原点处，用于模拟振源的振动。从开启波源计时，即
时刻，波源沿
轴正方向进行
简谐运动，其振动随时间变化的情况记录如图甲所示。波源持续振动一个周期后，因实验设置而停止振动。
当
时，在介质中形成的类似地震波的简谐波呈现出如图乙的波形。以下说法正确的是（ ）
A．质点
的平衡位置坐标为
B．质点
从计时开始到
时运动的路程为30cm
C．该简谐波的波长为
D．质点
的平衡位置坐标
【变式训练2】（2025·陕西榆林·模拟预测）某介质中有一列沿着
轴传播的简谐横波，
时的波形图如
图甲所示，图乙为其传播方向上的某质点的振动图像，则距该质点
的质点振动图像可能是（ ）
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A．
B．
C．
D．
考点八 波的多解问题
知识点 造成波的多解问题的主要因素
(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。
如：a.只知道质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能。
b．只知道质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下(或向左、向右)两种可能。
c．只告诉波速而未说明波的传播方向，则波传播的方向有两种情形，即沿x 轴正方向或沿x 轴负方向传播。
考向1 波的双向性多解问题
例1 （2025·贵州贵阳·二模）一列简谐横波在
时刻的波形图如图中虚线所示，从此刻起，经3s 波形
图如图中实线所示。若波传播的速度大小为
，求：
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(1)波的周期以及判断波的传播方向；
(2)从
时刻开始，
处的质点的振动方程。
解决波的多解问题的一般思路：
(1)首先考虑是否存在多解，若存在多解，分析造成多解的原因，从双向性、周期性分别进行考虑。
(2)对于双向性问题，两个方向对应的情形都要分别考虑。对于周期性因素造成多解的情况，一般采用从特
殊到一般的思维方法，即先找出一个周期内Δt 或Δx 满足条件的关系，若为时间关系，则t＝nT＋Δt(n＝
0，1，2，…)；若为距离关系，则x＝nλ＋Δx(n＝0，1，2，…)。
(3)注意题目是否有其他限制条件，如波的周期、波长、波速有限定，求出符合限定条件的解。
【变式训练1·变载体】（2025·内蒙古包头·二模）一列简谐横波沿
轴传播，如图所示，实线为
时刻
的波形图，虚线为
时刻的波形图。
(1)若已知
处的质点在
内运动的路程为
，求
处的质点的振动方程（用正弦函数形式表
达）；
(2)若波沿
轴正向传播，求波的传播速度大小。
【变式训练2】（2025·四川德阳·二模）（多选）一只青蛙从一片荷叶跳入平静的湖水中，平静的水面以青
蛙的入水点开始上下做简谐运动，在水面上激起一层涟漪。青蛙入水不远处的水面上有两片树叶，其振动
图像分别为图中的a、b 所示。已知水波的波长为0.4m，两片树叶在入水点的同侧且与入水点在一条直线
上，则两片树叶之间的距离可能为（ ）
A．0.4m
B．0.5m
C．0.6m
D．0.7m
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考向2 波的周期性多解问题
例2（2025·湖南·模拟预测）如图所示，一列简谐横波向右传播，波速为v＝2m/s。介质中P、Q 两点平衡
位置相距0.3m，当P 位于波峰时，Q 刚好位于波谷，则这列波的周期可能是（ ）
A．0.05s
B．0.1s
C．0.2s
D．0.6s
【变式训练1·变载体】（2025·甘肃白银·三模）丝带舞是艺术性很强的一种舞蹈，某次舞者抖动丝带形成
的丝带波可简化为一向x 轴正向传播的简谐横波，如图所示，实线和虚线分别为t1=0 和t2=3s 时的波形图，
下列说法正确的是（ ）
A．x=1m 处的质点经过一个周期可能向右运动4m
B．在t=0.2s 时x=1m 处的质点可能加速度最大，方向沿y 轴正方向
C．该丝带波的周期可能为
（n = 0，1，2，3……）
D．该丝带波的传播速度可能为2m/s
【变式训练2】（2025·四川巴中·模拟预测）（多选）某介质中，一列沿x 轴正方向传播的简谐横波，在0
时刻的波形如图中实线所示，1s 时的波形如图中虚线所示。关于该列简谐横波，下列说法正确的是
（ ）
A．波速可能为5m/s
B．介质中质点的振动周期可能为6s
C．介质中质点的振动频率可能为
D．1.5s 时，平衡位置位于3m 处的质点可能到达波峰
考点九 波的干涉、衍射、多普勒效应
知识点一 波的干涉中加强点和减弱点的判断方法
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(1)图像法：在某时刻的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的相遇点是加强点，波峰与波谷的相遇点是
减弱点。加强点或减弱点各自连接形成加强线和减弱线，以两波源为中心向外辐射，两种线互相间隔，这
就是干涉图样，如图所示。加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。
(2)公式法
①当两个相干波源的振动步调一致时，到两个波源的距离之差Δx＝nλ(n＝0，1，2，…)处是加强区，Δx＝
(2n＋1)(n＝0，1，2，…)处是减弱区。
②当两个相干波源的振动步调相反时，到两个波源的距离之差Δx＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…)处是加强区，
Δx＝nλ(n＝0，1，2，…)处是减弱区。
知识点二 多普勒效应的成因分析
(1)观测频率：观察者观测到的频率，等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。
(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者观测到的频率变大；当波源与观察者相互远离时，观察者观测到的
频率变小。
考向1 波的干涉、衍射、多普勒效应的基本理解
例1 （2025·福建福州·二模）（多选）如图所示，《我爱发明》节目《松果纷纷落》中的松果采摘机利
用机械臂抱紧树干，通过采摘振动头振动而摇动树干，使得松果脱落。则下列说法正确的是（ ）
A．若拾果工人快速远离采摘机时，他听到采摘机振动声调变低
B．随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大
C．稳定后，不同粗细树干的振动频率与振动器的振动频率相同
D．摇动同一棵树，振动器振动的振幅越大，落果效果越好
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模型建构：
1.建立“柱体”模型，沿速度v 的方向选取一段微元，其横截面积为S。
2.微元研究，作用时间Δt 内一段微元的长度为Δl＝vΔt，对应的体积为ΔV＝SvΔt，则微元内的粒子数N＝
nvSΔt。
3.应用动量定理研究微元内的粒子，建立方程求解，即FΔt＝NmΔv。
【变式训练1·变载体】（2025·广东佛山·模拟预测）两船相距14km，一位同学在甲船上敲响水里的一口钟，
发出的钟声频率为200Hz，同时点亮船上的灯，乙船上的同学在看到甲船灯光10s 后，通过水里的听音器
听到了水下的钟声，忽略光的传播时间，下列关于声波说法正确的是（ ）
A．该声波为横波
B．该声波在水中传播的波长为7m
C．测得声音在水中的速度为2.8km/s
D．若乙船向声源方向快速运动，接收到的钟声频率不变
【变式训练2】（2025·黑龙江大庆·模拟预测）宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中记录了“古琴正声”实验：
剪小纸人放在需要调整音准的弦上，然后拨动另一个音调准确的琴上对应的琴弦，同样的拨动力度下，小
纸人跳动越明显代表音调越准确，此现象为（ ）
A．共振现象
B．干涉现象
C．衍射现象
D．多普勒效应
考向2 波的叠加的分析计算
例2 （2025·安徽·一模）主动降噪技术的应用令车载音响实现沉浸式音效，图为t=0 时降噪设备捕捉到的
噪声波，为了实现降噪，应同时主动产生一列同性质的声波，下列选项最符合条件的是（ ）
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A．
B．
C．
D．
【变式训练1·变载体】（2025·北京西城·三模）如图甲，两列沿相反方向传播的横波，形状相当于正弦曲
线的一半，上下对称，其振幅和波长都相等。它们在相遇的某一时刻会出现两列波“消失”的现象，如图
乙。请判断：从此时刻开始a、b 两质点将向哪个方向运动？（ ）
A．a、b 都向上运动
B．a、b 都向下运动
C．a 向下、b 向上运动
D．a 向上、b 向下运动
【变式训练2】（2025·湖南长沙·三模）（多选）频率相同的简谐波源S1、S2和接收点M 位于同一平面内，
S1、S2到M 的距离之差为6m。t=0 时S1、S2同时垂直平面开始振动，其中M 点的振动图像如图所示，则（
）
A．两列波的波长为2m
B．两列波的起振方向均沿x 正方向
C．S1和S2，在平面内不能产生干涉现象
D．两列波的振幅分别为3cm 和2cm
考向3 波的干涉的分析计算
例3 （2025·安徽·模拟预测）如图所示，两列简谐横波分别沿
轴正方向和负方向传播，
波的波源位于
处，振幅为
波的波源位于
处，振幅为
，两列波的波速均为
时刻两列波恰好传到
处，
点坐标
，下列说法正确的
是（ ）
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A．两波源的起振方向均沿
轴正向
B．
波波源的振动方程为
C．
轴上两波源间振动加强点有7 处
D．
内
点运动路程为135cm
波的干涉问题的分析
(1)在稳定的干涉区域内，振动加强点始终加强；振动减弱点始终减弱。两列相干波的波峰与波峰(或波谷
与波谷)相遇处是振动最强的地方，若用一条平滑的线将以上加强点连接起来，则这条平滑的线上的点都是
加强点；而波峰与波谷(或波谷与波峰)相遇处是振动最弱的地方，把以上减弱点用一条平滑的线连接起来，
则这条平滑的线上的点都是减弱点。
(2)不论是振动加强的质点还是振动减弱的质点，都仍在其平衡位置附近振动。某点的振动加强，是指这个
质点以较大的振幅振动；而某点的振动减弱，是指这个质点以较小的振幅振动，因此，振动加强点的位移
不是始终等于振幅，它的位移的大小和方向随时间在发生周期性的变化。
【变式训练1·变载体】（2025·江西新余·模拟预测）如图所示，在坐标系中A（0，-5）和B（12，0）处有
两个波源，已知A 处波源质点的振动方程
，B 处波源质点的振动方程
，已知这两列波在介质中传播的速度v=2m/s，两波源的振动方向都与纸面垂直，下列说
法正确的是（ ）
A．这两列波的波长都是1m
B．坐标原点O 的振幅是1cm
C．在OB 之间（不含O、B 两点）有10 个加强点
D．在OA 之间（不含O、A 两点）有3 个减弱点
【变式训练2】（2025·湖南长沙·模拟预测）如图所示，水面上有两个相距4m、频率均为2Hz 的波源S1和
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S2，水面上P 点到S1的距离为3m，到S2的距离为5m。t=0 时刻，两波源同时由平衡位置开始向下简谐振
动，t=1.5s 时，P 点开始振动。已知两波源的振幅均为10cm，下列说法正确的是（ ）
A．该水波的波长为2m
B．0~3s 内，P 点运动的路程为120cm
C．P 点与S1的连线之间（不含P、S1两点）有2 个振动减弱点
D．S1与S2的连线之间（不含S1、S2两点）有8 个振动加强点
1．（2025·海南·高考真题）如图所示，实线和虚线分别是沿着
轴正方向传播的一列简谐横波在
时
刻和
的波形图，已知波的周期
，则下列关于该列波说法正确的是（ ）
A．波长为
B．波速为
C．周期为
D．
时刻，质点
向下振动
2．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）平衡位置在同一水平面上的两个振动完全相同的点波源，在均匀介质中
产生两列波。若波峰用实线表示，波谷用虚线表示，P 点位于其最大正位移处，曲线ab 上的所有点均为振
动减弱点，则下列图中可能满足以上描述的是（ ）
A．
B．
32
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C．
D．
3．（2025·四川·高考真题）某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10−10m 的狭缝。下列粒子束穿过
该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是（ ）
A．德布罗意波长约为7.9×10−13m 的中子
B．德布罗意波长约为8.7×10−12m 的质子
C．德布罗意波长约为2.6×10−11m 的氮分子
D．德布罗意波长约为1.5×10−10m 的电子
4．（2025·广东·高考真题）关于受迫振动和多普勒效应，下列说法正确的是（ ）
A．系统的固有频率与驱动力频率有关
B．只要驱动力足够大，共振就能发生
C．应用多普勒效应可以测量车辆的速度
D．观察者与波源相互远离时，接收到的波的频率比波源的频率大
5．（2025·云南·高考真题）如图所示，均匀介质中矩形区域内有一位置未知的波源。
时刻，波源开始
振动产生简谐横波，并以相同波速分别向左、右两侧传播，P、Q 分别为矩形区域左右两边界上振动质点
的平衡位置。
和
时矩形区域外波形分别如图中实线和虚线所示，则（ ）
A．波速为
B．波源的平衡位置距离P 点
C．
时，波源处于平衡位置且向下运动
D．
时，平衡位置在P、Q 处的两质点位移相同
6．（2025·四川·高考真题）如图所示，甲、乙、丙、丁四个小球用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上，从左
至右摆长依次增加，小球静止在纸面所示竖直平面内。将四个小球垂直纸面向外拉起一小角度，由静止同
时释放。释放后小球都做简谐运动。当小球甲完成2 个周期的振动时，小球丙恰好到达与小球甲同侧最高
点，同时小球乙、丁恰好到达另一侧最高点。则（ ）
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A．小球甲第一次回到释放位置时，小球丙加速度为零
B．小球丁第一次回到平衡位置时，小球乙动能为零
C．小球甲、乙的振动周期之比为
D．小球丙、丁的摆长之比为
二、多选题
7．（2025·河南·高考真题）贾湖骨笛是河南博物院镇馆之宝之一，被誉为“中华第一笛”。其中一支骨笛
可以发出
等音。已知
音和
音所对应的频率分别为
和
，则（ ）
A．在空气中传播时，
音的波长大于
音的
B．在空气中传播时，
音的波速小于
音的
C．由空气进入水中，
音和
音的频率都变大
D．由空气进入水中，
音的波长改变量大于
音的
8．（2025·甘肃·高考真题）如图，轻质弹簧上端固定，下端悬挂质量为
的小球A，质量为m 的小球B
与A 用细线相连，整个系统处于静止状态。弹簧劲度系数为k，重力加速度为g。现剪断细线，下列说法
正确的是（ ）
A．小球A 运动到弹簧原长处的速度最大B．剪断细线的瞬间，小球A 的加速度大小为
C．小球A 运动到最高点时，弹簧的伸长量为
D．小球A 运动到最低点时，弹簧的伸长量为
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