高考物理一轮复习 第八章 机械振动和机械波 第2讲 机械波课件.ppt

第2讲机械波 知识梳理一 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 传播特点 1 机械波传播的只是振动的 形式和 能量 质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动 并不随波 迁移 2 介质中各质点的振幅相同 振动周期和频率都与 波源的振动周期和频率相同 3 一个周期内 质点完成一次全振动 通过的路程为 4a 位移为 零 3 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 垂直的波 有波峰 凸部 和波谷 凹部 2 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在 同一直线的波 有密部和疏部 4 波长 波速 频率及其关系 1 波长 在波动中 振动相位总是 相同的两个相邻质点间的距离 用 表示 2 波速 波在介质中的传播速度 由 介质本身的性质决定 3 频率 由波源决定 等于波源的振动频率 4 波长 波速和频率的关系 v f 二 波的图像 三 波的特有现象 1 波的干涉和衍射 2 多普勒效应 1 波源不动 2 观察者不动 1 一列简谐横波沿x轴正方向传播 某一时刻的波形图如图所示 此时质点p s跟质点q r的振动位移大小相等 方向相反 由图可知 在此后的任一时刻 a 质点p和s的振动加速度大小和方向总相同b 质点p和q的振动位移大小总相同 方向总相反c 质点p和s的振动速度大小和方向总相同d 质点p和r的振动加速度大小总相同 方向总相反 d 答案d相隔波长整数倍距离的两质点 振动状态总相同 相隔半波长奇数倍距离的两质点 振动状态总相反 由波动图像可得 p r两点相隔半个波长 所以在振动过程中的位移 加速度总是大小相等 方向相反 d对 2 如图所示是一列简谐波在t 0时的波形图 介质中的质点p沿y轴方向做简谐运动的表达式为y 10sin5 tcm 关于这列简谐波 下列说法中正确的是 a 这列简谐波的振幅为20cmb 这列简谐波的周期为5 0sc 这列简谐波在该介质中的传播速度为25cm sd 这列简谐波沿x轴正向传播 d 答案d由图可知 质点偏离平衡位置的最大距离即振幅为10cm a错 由质点p振动的表达式可知这列简谐波的周期为t s 0 4s b错 由题图可知 该波的波长为 4m 波速v m s 10m s c错 由质点p做简谐运动的表达式可知 t 0时刻质点p正在向上运动 由此可判断波沿x轴正向传播 d正确 3 一列简谐横波沿x轴负方向传播 图a是t 1s时的波形图 图b是某振动质点的位移随时间变化的图像 则图b可能是图a中哪个质点的振动图像 a x 0处的质点b x 1m处的质点c x 2m处的质点d x 3m处的质点 a 答案a由题图b知 t 1s时 质点的位移为零 振动方向向下 由于波向左传播 故图b可能是图a中x 0 x 4m x 8m等处的质点的振动图像 正确选项为a 4 多选 如图所示 实线表示两个相干波源s1 s2产生的波的波峰位置 则图中a b两点 a a为振动加强位置b b为振动减弱位置c b为振动加强位置d a为振动减弱位置 答案cd由题图可以看出 在图示时刻 两列波的波谷在b点相遇 所以b点为振动加强点 在a点 s2传到的是波峰 s1传到的是波谷 所以a点为振动减弱点 cd 深化拓展 考点一对机械波和波的图像的理解及应用 考点二波的图像与振动图像的区别 考点三质点的振动方向与波的传播方向的互判 考点四波的多解性问题 考点五波的干涉和衍射 深化拓展考点一对机械波和波的图像的理解及应用1 波的形成及特点波源把自己的振动形式通过介质的质点由近及远向外传播 就形成了波 1 质点只在自己的平衡位置附近振动 并不随波的传播向前迁移 2 介质中每个质点的起振方向都和波源的起振方向相同 3 每个质点的振动周期都等于波源的振动周期 质点振动一个周期波传播一个波长 4 波传播的是波源的振动形式和能量 也能传递信息 2 对波的图像的认识波的图像描述的是在波的传播方向上 介质中的各个质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移 3 波长 波速和频率 1 关系式 v f 2 机械波的波速取决于介质 与波的频率无关 在同一均匀介质中 机械波的传播是匀速的 3 机械波的频率取决于波源振动的频率 当波从一种介质进入另一种介质时 波的频率不变 4 在波的传播方向上 介质中各质点都做受迫振动 其频率都等于波源的振动频率 情景素材 教师备用 横波 纵波 1 1用手握住较长软绳的一端连续上下抖动 形成一列简谐横波 某一时刻的波形如图所示 绳上a b两质点均处于波峰位置 下列说法正确的是 a a b两点之间的距离为半个波长b a b两点振动开始时刻相差半个周期c b点完成全振动次数比a点多一次d b点完成全振动次数比a点少一次 d 答案d相邻的两个波峰之间的距离为一个波长 a错误 波在一个周期内向前传播的距离为一个波长 a点比b点早振动一个周期 完成全振动的次数也比b点多一次 故b c错误 d正确 1 2 2015北京理综 15 6分 周期为2 0s的简谐横波沿x轴传播 该波在某时刻的图像如图所示 此时质点p沿y轴负方向运动 则该波 a 沿x轴正方向传播 波速v 20m sb 沿x轴正方向传播 波速v 10m sc 沿x轴负方向传播 波速v 20m sd 沿x轴负方向传播 波速v 10m s b 答案b由质点p沿y轴负方向运动 可知波沿x轴正方向传播 波速v 10m s b项正确 考点二波的图像与振动图像的区别 2 1 2014北京理综 17 6分 一简谐机械横波沿x轴正方向传播 波长为 周期为t t 0时刻的波形如图1所示 a b是波上的两个质点 图2是波上某一质点的振动图像 下列说法中正确的是 a t 0时质点a的速度比质点b的大b t 0时质点a的加速度比质点b的小c 图2可以表示质点a的振动 d 图2可以表示质点b的振动 d 答案d由图1可知 t 0时 a在正向最大位移处 v 0 加速度最大 速度最小为零 b在平衡位置 速度最大 加速度最小且为0 振动方向沿y轴负向 图2可以表示质点b的振动 选项a b c都错误 选项d正确 2 2一列简谐横波沿x轴正方向传播 图甲是t 3s时的波形图 图乙是波中某质点p的振动图像 两图用同一时间起点 下列判断正确的是 a 质点p在t 3s时正向y轴负方向振动b 质点p在t 3s时的速度为零c 质点p的平衡位置可能是x 0d 质点p的平衡位置可能是x 2m c 答案c由乙图知 当t 3s时 质点p处于平衡位置且向上振动 即质点p正向y轴正方向振动 速度最大 t 3s时的波形图中满足此特征的有x 0 x 4m处的质点 故只有c正确 考点三质点的振动方向与波的传播方向的互判 3 1 2013北京理综 15 6分 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1s c 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 b 答案d由波动图像知 波的振幅为2cm a选项错误 波长 8m 周期t s 2s b选项错误 由于波沿x轴正向传播 由波传播方向和质点振动方向的关系知 x 4m处质点此时向y轴正方向运动 c选项错误 此时x 4m处的质点处于平衡位置 其加速度为零 d选项正确 3 2一列简谐横波某时刻波形如图所示 此时质点p的速度方向沿y轴正方向 则 a 这列波沿x轴负方向传播b 质点a此时动能最大 加速度最小c 再经过一个周期 质点p运动到x 6m处d 当质点p运动到最低点时 质点b恰好运动到平衡位置 b 答案b因为质点p的速度方向沿y轴正方向 所以这列波沿x轴正方向传播 选项a错误 因为简谐波中各质点均在自己的平衡位置附近做简谐运动 质点并不随波迁移 且简谐运动中 质点在平衡位置具有最大的速度和最小的加速度 故选项b正确 选项c错误 质点p与质点b在空间上相差一个波长的距离 所以它们的振动步调始终相同 当质点p运动到最低点时 质点b也应该在最低点 选项d错误 考点四波的多解性问题1 波的周期性 机械波在时间和空间上具有周期性 一方面 每经过一个周期t 或几个周期nt 介质中的质点完成一次 或n次 全振动回到原来的状态 波形图线与原来的图线相同 这在传播时间与周期关系上形成多解 另一方面 波形沿波的传播方向向前推进 或n 在波形图上 相距 2 3 n 的质点振动步调完全一致 后面的质点好像是前面质点振动情况的 复制 这在传播距离与波长关系上形成多解 2 波的传播方向的不确定性当只知波沿x轴传播时 往往有沿x轴正方向和负方向传播两种情况 3 介质中质点间距离与波长的关系的不确定性已知两质点平衡位置间的距离及某一时刻它们所在的位置 由于波的空间周期性 则两质点间存在着多种可能波形 做这类题时 可先根据题意 在两质点间先画出最简波形 然后再作一般分析 从而写出两质点间的距离与波长关系的通式 4 1 多选 一列横波沿直线传播 在波的传播方向上有a b两点 在t时刻a b两点间形成的波形如图甲所示 在 t 3s 时刻a b两点间形成的波形如图乙所示 已知a b两点间的距离s 9m 则以下说法中正确的是 a 若周期为4s 波一定向右传播b 若周期大于4s 波可能向右传播c 若波速为8 5m s 波一定向左传播d 该波波速可能的最小值为0 5m s acd 答案acd根据题图可知 波长 4 6m 若波向右传播 则3s n t n 0 1 2 周期t s n 0 1 2 波速v 2n 1 5 m s n 0 1 2 可见 当n 0时 周期最大为4s 波速最小为1 5m s n取任何自然数 波速都不等于8 5m s 若波向左传播 则3s n t n 0 1 2 周期t s n 0 1 2 波速v 2n 0 5 m s n 0 1 2 可见 当n 0时 周期最大为12s 波速最小为0 5m s n 4时 波速v 8 5m s n取任何自然数周期都不等于4s 选项a c d正确 b错误 4 2如图所示 实线为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t 0时刻的波形 虚线是该波在t 0 20s时刻的波形 则此列波的周期可能为 a 0 16sb 0 20sc 0 32sd 0 40s 答案a由波向右传播可知 t 0 20s时传播了 n n 0 1 2 个周期 即 n t 0 20s n 0 1 2 将n所取值依次代入可知只有a正确 a 考点五波的干涉和衍射1 波的干涉 1 产生稳定干涉现象的条件 频率相同 相位差恒定 2 干涉区域内某点是振动加强点还是振动减弱点的充要条件 加强点 该点到两个波源的路程之差是波长的整数倍 即 n n 0 1 2 减弱点 该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍 即 2n 1 n 0 1 2 2 波的衍射 1 定义 波可以绕过障碍物继续传播的现象 2 发生明显衍射现象的条件 只有缝 孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多 或者比波长更小时 才能观察到明显的衍射现象 3 衍射总是存在 只是明显与不明显而已 很不明显时表现为直线传播 情景素材 教师备用 干涉图样 水绕过小孔或障碍物继续传播 5 1 多选 如图所示是观察水面波衍射的实验装置 ac和bd是两块挡板 ab是一个小孔 o是波源 图中已画出波源所在区域波的传播情况 每两条相邻波纹 图中曲线 之间的距离表示一个波长 则对于波经过孔之后的传播情况 下列描述中正确的是 ab a 此时能观察到波明显的衍射现象b 挡板前后波纹间距相等c 如果将孔ab扩大 还可观察到明显的衍射现象d 如果孔的大小不变 使波源频率增大 能更明显观察到衍射现象 答案ab本题中发生明显衍射现象的条件是 小孔尺寸要比波长小或者和波长相差不多 所以此时能观察到明显的衍射现象 a对 波穿过小孔后传播速度不变 频率不变 故波长不变 所以挡板前后波纹间距相等 b对 如果将孔ab扩大 衍射现象将不明显 c错 如果孔的大小不变 使波源振动频率增大 则波长变短 衍射现象不明显 d错 5 2水平面上有a b两个振动情