2020版物理新攻略总复习课标通用版课件：第十四章 02-第2讲　机械波

1、栏目索引 第第2 2讲机械波讲机械波 栏目索引总纲目录 一 机械波 二 描述机械波的物理量 三 机械波的图像 基基 础础 过过 关关 四 波的衍射和干涉 栏目索引总纲目录 考点一 波的形成、传播与图像 考点二 振动图像和波动图像的综合应用 考点三 波的多解问题 考考 点点 突突 破破 考点四 波的干涉和衍射 多普勒效应 栏目索引基础过关 基础过关 一、机械波一、机械波 1.机械波的形成条件机械波的形成条件:波源;介质。 2.机械波的特点机械波的特点 (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

2、源的振动 周期和频率相同。 栏目索引基础过关 (3)各质点开始振动(即起振)的方向均相同。 (4)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A。 3.机械波的分类机械波的分类 (1)横波:质点振动方向与波的传播方向垂直。 (2)纵波:质点振动方向与波的传播方向在同一直线上。 二、描述机械波的物理量二、描述机械波的物理量 1.波长波长: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。 栏目索引基础过关 2.波速波速: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、波速和频率的关系波长、波速和频率的关系:v=f。 特别说明 1

3、.机械波从一种介质传入另一种介质时,频率不变,波速、波长都改变。 2.机械波的波速仅由介质决定,一般情况下,波速在固体、液体中比在气 体中大。波速的计算方法:v=f=。 T x t 栏目索引基础过关 三、机械波的图像三、机械波的图像 1.图像图像:在平面直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的 平衡位置,用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 位移,连接各位移矢量的末端,得出的曲线即波的图像,简 谐波的图像是正弦(或余弦)曲线。 2.物理意义物理意义:某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移。 栏目索引基础过关 四、波的衍射和干涉四、波的衍射和干涉 1.波的衍射波的衍射 (1)定义:波可以绕过

4、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。 栏目索引基础过关 2.波的干涉波的干涉 (1)波的叠加原理:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,在 它们重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的 位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。 (2)波的干涉 a.定义:频率相同的两列波叠加时,某些区域的振幅加大、某些 区域的振幅减小的现象。 b.条件:两列波的频率相同,相位差保持不变。 栏目索引基础过关 3.多普勒效应多普勒效应 (1)多普勒效应:由于波源和观察者之间

5、有相对运动,使观察者接 收到的波的频率发生变化的现象。 (2)当波源与观察者有相对运动时,如果二者互相靠近,观察者接收到的 频率增大;如果二者互相远离,观察者接收到的频率减小。 栏目索引基础过关 1.判断下列说法对错。 (1)在水平方向传播的波为横波。( ) (2)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。() (3)通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移。( ) (4)机械波在传播过程中,各质点振动的周期、起振方向都相同。 () 栏目索引基础过关 (5)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。( ) (6)波速表示介质中质点振动的快慢。( ) (7)两列波在介质中叠加,一定产生干涉现象。

6、( ) (8)一切波都能发生衍射现象。() 栏目索引基础过关 2.(多选)(2018云南昆明质检)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,下列说法不正确的是(ABD) A.这列波的振幅为4cm B.这列波的周期为1s C.这列波的波长为8m D.此时x=4m处质点沿y轴负方向运动 E.此时x=4m处质点的加速度为0 栏目索引基础过关 3.下列说法正确的是(B) A.若声波波源向观察者靠近,则观察者接收到的声波频率减小 B.声波击碎玻璃杯的实验原理是共振 C.超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波近得多 D.“音箱的高音部分容易被大的障碍物挡住的现象”是声波的

7、干涉现象 栏目索引基础过关 4.如图甲所示,某均匀介质中各质点的平衡位置在同一条直线上,相邻两 点间距离为d。质点1开始振动时速度方向竖直向上,振动由此开始向右 传播。经过时间t,前13个质点第一次形成如图乙所示的波形。关于该 波的周期与波长,说法正确的为(D) A.t9dB.t8d 2 3 2 3 C.9dD.8d 2 t 2 t 栏目索引考点突破 考点一波的形成、传播与图像考点一波的形成、传播与图像 考点突破 1.机械波的传播特点机械波的传播特点 (1)波传到任意一点,该点的起振方向都和波源的起振方向相同。 (2)介质中每个质点做的都是受迫振动,所以任一质点的振动频率和周 期都和波源相同。

8、波从一种介质进入另一种介质,由于介质的情况不 同,它的波长和波速改变,但频率和周期不会改变。 (3)振源经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传播一个波长的距 离,所以有v=f。 T 栏目索引考点突破 2.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 内容内容图像图像 “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 由对应同一x坐标的两波形曲线上的点 来判断振动方向 栏目索引考点突破 例例1平衡位置位于原点O的波源发出的

9、简谐横波在均匀介质中沿水平 x轴传播,P、Q为x轴上的两个点(均位于x轴正向),P与O的距离为35cm, 此距离介于一倍波长与二倍波长之间。已知波源自t=0时由平衡位置 开始向上振动,周期T=1s,振幅A=5cm。当波传到P点时,波源恰好处于 波峰位置;此后再经过5s,平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位 置。求: ()P、Q间的距离; ()从t=0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源在 振动过程中通过的路程。 栏目索引考点突破 解析解析()由题意,O、P两点间的距离与波长之间满足 OP= 波速v与波长的关系为 v= 在5s的时间内,波传播的路程为vt。由题意有 vt=PQ+

10、式中,PQ为P、Q间的距离。由式和题给数据,得 5 4 T 4 答案答案()133cm()125cm 栏目索引考点突破 PQ=133cm ()Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源振动的时间为 t1=t+T 波源从平衡位置开始运动,每经过,波源运动的路程为A。由题给条件 得 t1=25 故t1时间内,波源运动的路程为 5 4 4 T 4 T s=25A=125cm 栏目索引考点突破 考向考向1对波形图的理解对波形图的理解 1.(多选)2018课标,34(1),5分一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0和t= 0.20s时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期T0.20s。 下列说法正确的

11、是(ACE) A.波速为0.40m/s B.波长为0.08m C.x=0.08m的质点在t=0.70s时位于波谷 D.x=0.08m的质点在t=0.12s时位于波谷 E.若此波传入另一介质中其波速变为0.80m/s,则它在该介质中的波长 为0.32m 栏目索引考点突破 解析解析本题考查机械振动和机械波的综合应用。由图像可知,该波的 波长=16cm=0.16m,选项B错误;t=nT+T(n=0,1,2,),可得T= 0.20s,即0.20s,解得n=0,T=0.40s,波速v=m/s=0.40m/s,选 项A正确;t1=0.70s=T+T,即从t=0时刻开始到t=0.70s时刻,x=0.08m

12、的质点振动了T+T,则可知t=0.70s时,该质点位于波谷,选项C正确; t2=0.12s=TT,则x=0.08m的质点在t=0.12s时位于平衡位置和 1 2 1 2 t n 0.20s 1 2 n T 0.16 0.40 3 4 3 4 3 10 1 2 栏目索引考点突破 波峰之间的某一位置,选项D错误;机械波传入另一介质中,其周期不变, 则波长=vT=0.32m,选项E正确。 栏目索引考点突破 考向考向2波的传播方向与质点振动方向的关系判断波的传播方向与质点振动方向的关系判断 2.(多选)在均匀介质中坐标原点O处有一波源做简谐运动,其表达式 为y=5sin(t)m,它在介质中形成的简谐横

13、波沿x轴正方向传播,某时 刻波刚好传播到x=12m处,波形图像如图所示,则(AB) 2 A.此后再经6s该波传播到x=24m处 B.M点在此后第3s末的振动方向沿y轴正方向 C.波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向 D.此后M点第一次到达y=-3m处所需时间是2s 栏目索引考点突破 解析解析由波源振动表达式可知=rad/s,而=,所以T=4s,由波 形图知=8m,波速v=2m/s,x=vt=12m,故A项正确;经过t=3s,波 向前传播的距离为x,x=vt=6m,画出这一时刻的波形图如图中虚 线所示,由图可知,M点振动方向沿y轴正方向,B项正确; 2 2 T T 栏目索引考点突破 在波的传播过

14、程中,各质点的起振方向都与波源的起振方向相同,可得 波源起振方向沿y轴正方向,C项错误;此时M点在y=3m处且沿y轴负方 向振动,第一次到达y=-3m处所用时间小于,故D项错误。 2 T 栏目索引考点突破 考点二振动图像和波动图像的综合应用考点二振动图像和波动图像的综合应用 振动图像振动图像波动图像波动图像 研究对象一个振动质点沿波传播方向的所有质点 研究内容质点的位移随时间的变化规律某时刻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的位移表示某时刻各质点的位移 图像信息(1)质点振动周期 (2)质点振幅 (3)某一质点在各时刻的位移 (4)各时刻速度、加速度的方向 (1)波长、

15、振幅 (2)任意一质点在该时刻的位移 (3)任意一质点在该时刻加速度的方向 (4)传播方向、振动方向的互判 一个完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长 栏目索引考点突破 例例2 2018课标,34(2),10分一列简谐横波在t=s时的波形图如图(a) 所示,P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图像。求 ()波速及波的传播方向; ()质点Q的平衡位置的x坐标。 1 3 栏目索引考点突破 答案答案()18cm/s沿x轴负方向传播()xQ=9cm 解析解析本题考查机械振动、机械波。 ()由图(a)可以看出,该波的波长为 =36cm 由图(b)可以看出,周期为 T=2s 波速为 v

16、=18cm/s T 栏目索引考点突破 由图(b)知,当t=s时,质点Q向上运动,结合图(a)可得,波沿x轴负方向 传播。 ()设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ。由图(a)知,x=0处y=- =Asin(-30),因此xP=3cm 由图(b)知,在t=0时质点Q处于平衡位置,经t=s,其振动状态向x轴负方 向传播至P点处,由此及式有 xQ-xP=vt=6cm 由式得,质点Q的平衡位置的x坐标为xQ=9cm 1 3 2 A 30 360 1 3 栏目索引考点突破 考向考向1由波动图像确定质点的振动图像由波动图像确定质点的振动图像 1.如图所示,甲为t=1s时某横波的波形图像,乙为该波传

17、播方向上某一质点 的振动图像,距该质点x=0.5m处质点的振动图像可能是(A) 栏目索引考点突破 解析解析由图甲知波长=2m,因此距该质点为x=0.5m=的质点的 振动图像可由图乙图像向左或向右平移=0.5s得到,故只有A图像 正确。 1 4 4 T 栏目索引考点突破 考向考向2由振动图像确定波动图像由振动图像确定波动图像 2.(多选)一列简谐横波沿直线传播,该直线上平衡位置相距9m的a、 b两质点的振动图像如图所示。则选项中描述该波的图像可能正 确的是() 栏目索引考点突破 栏目索引考点突破 答案答案AC 解析解析t=0时刻,a质点在波峰,b质点在平衡位置,且向下振动。若 波由a传到b,则a

18、、b间距s=9m(n=0,1,2,),得=m(n=0,1, 2,),则波长可能的值为12m,m,m,。若波由b传到a,则a、b间 距s=9m(n=0,1,2,),得=m(n=0,1,2,),则波长可能的值 为36m,m,4m,。故A、C正确。 3 4 n 36 43n 36 7 36 11 1 4 n 36 41n 36 5 栏目索引考点突破 考向考向3振动和波动情况的综合分析振动和波动情况的综合分析 3.(多选)(2018河南开封质检)如图所示,甲图是一列横波在某一时刻 的图像,乙图是离O点3cm处的质点从这一时刻开始计时的振动图像, 则下列说法正确的是() 栏目索引考点突破 A.3cm处的

19、这个质点在t=0时刻向y轴正方向运动 B.这列波沿x轴负方向传播 C.质点的振动周期为8s D.波速为50m/s E.3cm处的这个质点再次回到平衡位置需要的时间为0.04s 栏目索引考点突破 答案答案ABE 解析解析 由题图乙知该时刻即t=0时刻,3cm处质点的速度方向为沿y轴 正方向,由题图甲判断出波的传播方向为沿x轴负方向,故A、B正确;由 题图甲知该波的波长为=4cm,由题图乙知质点的振动周期为T=0.08s, 则波速为v=0.5m/s,故C、D错误;3cm处的这个质点经过半个周期 再次回到平衡位置,因此需要的时间为0.04s,故选项E正确。 T 栏目索引考点突破 “一分、一看、二找一

20、分、一看、二找”巧解波动图像与振动图像综合类问题巧解波动图像与振动图像综合类问题 (1)分清振动图像与波动图像。只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波 动图像,横坐标为t则为振动图像。 (2)看清横、纵坐标的单位,注意单位前的数量级。 (3)找准波动图像对应的时刻。 (4)找准振动图像对应的质点。 方法总结方法总结 栏目索引考点突破 考点三波的多解问题考点三波的多解问题 1.造成波动问题多解的主要因素造成波动问题多解的主要因素 (1)周期性 时间周期性:时间间隔t与周期T的关系不明确。 空间周期性:波传播距离x与波长的关系不明确。 (2)双向性 传播方向双向性:波的传播方向不确定。 振动方向双向

21、性:质点振动方向不确定。 栏目索引考点突破 (3)波形的隐含性形成多解 在波动问题中,往往只给出完整波形的一部分,或给出几个特殊点,而其 余信息均处于隐含状态。这样,波形就有多种情况,形成波动问题的多 解性。 2.解决波的多解问题的一般思路解决波的多解问题的一般思路 一般采用从特殊到一般的思维方法,即找出一个周期内满足条件的关系 t或x,若此关系为时间,则t=nT+t(n=0,1,2,);若此关系为距离,则x=n +x(n=0,1,2,)。 栏目索引考点突破 例例3甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播,波 速均为v=25cm/s。两列波在t=0时的波形曲线如图所示。求 ()t

22、=0时,介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标; ()从t=0开始,介质中最早出现偏离平衡位置位移为-16cm的质点的时间。 栏目索引考点突破 答案答案()x=(50+300n)cm(n=0,1,2,) ()0.1s 解析解析()t=0时,在x=50cm处两列波的波峰相遇,该处质点偏离平衡 位置的位移为16cm。两列波的波峰相遇处的质点偏离平衡位置的位 移均为16cm。 从图线可以看出,甲、乙两列波的波长分别为 1=50cm,2=60cm 甲、乙两列波波峰的x坐标分别为 栏目索引考点突破 x1=50+k11,k1=0,1,2, x2=50+k22,k2=0,1,2, 由式得,介质中

23、偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标为 x=(50+300n)cm(n=0,1,2,) ()只有两列波的波谷相遇处的质点的位移为-16cm。t=0时,两波波谷 间的x坐标之差为 x=50+(2m2+1)-50+(2m1+1) 式中,m1和m2均为整数。将式代入式得 2 2 1 2 栏目索引考点突破 x=10(6m2-5m1)+5 由于m1、m2均为整数,相向传播的波谷间的距离最小为 x0=5cm 从t=0开始,介质中最早出现偏离平衡位置位移为-16cm的质点的时间 为 t= 代入数据得 t=0.1s 0 2 x v 栏目索引考点突破 考向考向1波形多种情况的多解问题波形多种情况的多解问

24、题 1.(多选)A、B两列简谐横波均沿x轴正方向传播,在某时刻的波形 分别如图中甲、乙所示,经过时间t(t小于A波的周期TA),这两列简谐横波 的波形分别变为图中丙、丁所示,则A、B两列波的波速vA、vB之比可能 是() 栏目索引考点突破 A.1 1B.2 1C.1 2D.3 1E.1 3 栏目索引考点突破 答案答案ACE 解析解析由题图读出,A波波长为A=24cm,甲图到丙图一定相隔半个周 期,所以周期TA=2t;B波波长为B=12cm,乙图与丁图的波形图相同,经过 的时间一定是整数个周期,所以周期TB=(n=1,2,3,)。波速vA= =,vB=(n=1,2,3,),得到vA vB=1 n

25、 (n=1,2,3,)。即A、B两列波的波速vA、vB之比可能是A、C、E,不可 能是B、D。 t n A A T 0.24cm 2t 0.12cm t B B T 0.12cm t n 0.12 cmn t 栏目索引考点突破 考向考向2传播方向不确定带来的多解问题传播方向不确定带来的多解问题 2.一列沿x轴传播的简谐横波,其周期为T,某时刻的波形图像如图中 的实线所示,再经t=0.2s的波形图如图中的虚线所示。求: (1)若t小于T,则此列波的波速为多大? (2)若t大于T,则此列波的波速为多大? 栏目索引考点突破 解析解析(1)若t小于T,0.2s内波传播的距离小于一个波长。 若波向右传播

26、,0.2s内传播的距离是x1=1.5m 波速为v1=m/s=7.5m/s 若波向左传播,0.2s内传播的距离是x2=0.5m 波速为v2=m/s=2.5m/s。 1 x t 1.5 0.2 2 x t 0.5 0.2 答案答案(1)7.5m/s或2.5m/s(2)见解析 栏目索引考点突破 (2)若t大于T:波向右传播时,0.2s内传播的距离为 x3=(n=1,2,3,) 波速为v3=10m/s=(10n+7.5)m/s(n=1,2,3,) 波向左传播时,0.2s内传播的距离为 x4=(n=1,2,3,) 波速为v4=10m/s=(10n+2.5)m/s(n=1,2,3,) 3 x t 3 4 n 1 4 n 4 x t 1 4 n 3 4 n 栏目索引考点突破 考点四波的干涉和衍射多普勒效应考点四波的干涉和衍射多普勒效应 1.波的干涉中振动加强点和减弱点的判断波的干涉中振动加强点和减弱点的判断 某质点的振动是加强还是减弱,取决于该点到两相干波源的距离之差r。 (1)当两波源振动步调一致时 若r=n(n=0,1,2,),则振动加强; 若r=(2n+1)(n=0,1,2,),则振动减弱。 2 栏目索引考点突破 (2)当两波源振动步调相反时 若r=(2n+1)(n=0,1,2,),则振动加强; 若r