2011届高考物理 单元总复习课件第2单元 机械波课件 新人教版

1、 第二单元机械波 1机械波的产生条件及其特点 (1)产生条件：； (2)特点 机械波传播的只是振动的和 ，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波波源波源介质介质形式形式能量能量迁移迁移 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 各质点开始振动(即起振)的方向均 一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为 ，位移为相同相同4A零零 2机械波的分类 (1)横波：质点振动方向与波的传播方向的波，有 (凸部)和 (凹部) (2)纵波：质点振动方向与波的传播方向在的波，有和垂直垂直波峰波峰波谷波谷同一条直线同一条直线密部密部疏部疏部 3波长、波速、频率及其关系 (1)

2、波长 在波的传播方向上，相对平衡位置的总是相等的两个相邻的质点间的距离，用表示 (2)波速 波在介质中的传播速度由本身的性质决定 (3)频率 由 决定，等于的振动频率 (4)波长、波速和频率的关系：vf位移位移介质介质波源波源波源波源 1坐标轴：取各质点平衡位置的连线作为x轴，表示质点；取过波源质点的振动方向作为y轴，表示质点 2意义：在波的传播方向上，介质中质点在某一时刻相对各自的位移 3形状：平衡位置平衡位置位移位移平衡位置平衡位置正弦或余弦曲线正弦或余弦曲线 1波的叠加 (1)波的独立传播原理：两列波相遇前，相遇过程中和相遇后，各自的不发生任何变化 (2)叠加原理：在两列波重叠的区域里，

3、任何一个质点都同时参与两列波引起的振动，其振动的位移为两列波单独存在引起的位移的波形和位移波形和位移矢量和矢量和 2波的干涉 (1)产生稳定干涉的条件：频率相同的两列同性质的波相遇 (2)现象：两列波相遇时，某些区域振动总是，某些区域振动总是，且加强区和减弱区互相间隔 (3)对两个完全相同的波源产生的干涉来说，凡到两波源的路程差为一个波长时，振动加强；凡到两波源的路程差为半个波长的 时，振动减弱加强加强减弱减弱整数倍整数倍奇数倍奇数倍 3波的衍射 (1)产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔(缝)的尺寸跟波长 ，或者比波长 (2)现象：波绕过障碍物继续传播差不多差不多更小更小 特别提醒：(1)波的

4、干涉和衍射现象都是波特有的现象，可以帮助我们区别波动和其他运动形式 (2)任何波都能发生衍射现象，区别在于现象是否明显 (3)只有符合干涉条件的两列波相遇时才能产生干涉现象 1声波 (1)空气中的声波是 (2)能够引起人耳感觉的声波频率范围是：. (3)能够把回声与原声区分开来的最小时间间隔为纵波纵波2020000Hz0.1s. 2次声波和超声波 (1)次声波：频率低于的声波地震、台风、核爆炸，火箭发射、海啸等过程均产生次声波 (2)超声波： 概念：频率高于20000 Hz的声波 特点：，穿透能力强 应用：水中测位，金属，用于诊断，临床治疗等20Hz方向性好方向性好探伤探伤 3多普勒效应 (1

5、)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 (2)注意：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，观察者接收到的频率变大；如果二者相互远离，观察者接收到的频率变小 1对波长的理解 (1)在波的传播方向上，两个相邻的振动步调总是相同的质点间的距离 (2)质点振动一个周期，波传播的距离 (3)在横波中两个相邻的波峰(或两个相邻的波谷)之间的距离；在纵波中两个相邻的密部(或两个相邻的疏部)之间的距离 (4)在简谐横波的波形图线中，一个完整的正(余)弦曲线在横轴所截取的距离 2对波速的理解 (1)波在均匀介质中匀速传播，波速就是指波

6、在介质中的传播速度电磁波可以不依靠介质在真空中传播 (2)波速的大小完全由介质决定，与波的频率无关 (3)在同种介质中，纵波和横波的传播速度是不同的 (4)波速与振速的区别： 波速：波源振动几个周期，波形就向外平移几个波长，这个比值就表示了波形(或能量)向外平移的速度在同一种均匀介质中波动的传播是匀速的，与波动频率无关 振速：质点的振动速度波动中各质点都在平衡位置附近做周期性振动，是变速运动，质点并不沿波的传播方向随波迁移 3对频率的理解 (1)在波的传播方向上，介质各质点都做受迫振动，其振动是由振源的振动引起的，故各质点的振动频率都等于振源的振动频率 (2)当波从一种介质进入另一种介质时，波

7、的频率不变 波在传播过程中波长、波速、频率的决定关系如下： 频率(f)由振源决定，与介质无关且稳定不变 波速(v)由介质决定 波长()由介质和振源频率共同决定 振动图象波动图象研究对象一个振动质点沿波传播方向的所有参与振动的质点研究内容一个质点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象振动图象波动图象物理意义表示一个质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象信息(1)质点的振动周期(2)质点的振幅(3)各时刻质点的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点此刻的位移(3)任意一质点在该时刻加速度的方向(4)传播方向、振动方向的互判形象比喻记录着一个人一段时间

8、内活动的录像带记录着许多人某时刻动作表情的集体照片随时间推移图象延续，但已有形状不变 要点三 横波的传播方向与质点的振动方向的互判方法 1上下坡法 沿波的传播速度方向看，“上坡”的质点向下振动，“下坡”的质点向上振动，简称“上坡下，下坡上”(如图1所示)图图1 2同侧法 在波的图象上的某一点，沿y轴方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿x轴方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图2所示)图图2 3逆向描迹法 逆着波的传播方向用笔描波形曲线，笔头向上动，质点的振动方向向上，笔头向下动，质点的振动方向就向下，如图3所示 1空间的周期性 (1)在波的传播方向上，

9、当两质点平衡位置间的距离为n时(n1、2、3)，这两个质点的速度和对平衡位置的位移总是相同的，即它们的振动步调总相同反之，当两质点的振动步调总是相同时，它们的平衡位置之间的距离一定是n(n1,2,3) 1传播方向不确定出现多解 波总是由波源出发，并由近及远地向前传播波在介质中传播时，介质中的各个质点的振动情况可以根据波的传播方向确定反之亦然，但是，如果题中的已知条件不能确定波的传播方向或者不能确定质点的振动方向，则需要分情况进行讨论，此时就会出现多解现象 2两质点间位置关系不确定出现多解 在波的传播方向上，如果两个质点间的距离不确定或相位之间关系不确定，就会形成多解，而不能联想到所有可能的情况

10、，就会出现漏解做这类题时，应根据题意在两质点间先画出最短的波形图，然后再分别分析 3传播距离与波长关系不确定出现多解 在波的传播方向上，相隔一个波长的质点振动的步调是完全相同的；但如果题目中没有给定波的传播距离x与波长之间的大小关系，就会出现多解现象 4间隔时间与周期关系不确定出现多解 在波向前传播的过程中，质点在各自平衡位置两侧做简谐运动由于简谐运动具有周期性而出现多解即若某一时刻t各振动质点形成一波形，经过时间tnT(n0,1,2)，各振动质点将回到原来状态，则tttnT时刻的波形与t时刻的波形重合 在处理这类问题时，要始终抓住质点周期性运动及其与波的传播之间的联系，并灵活地用周期数来表示

11、波的传播时间，用波长个数来表示波的传播距离，这样便于分析、表达和解决问题 提示：解决有关波动图象的问题，关键是从波动图象准确获取信息，分析相关问题，同时注意波动的空间和时间的周期性引起的多解问题；对波动图象与振动图象相结合的问题，应注意从各自的图象中提取有关信息，寻找两图象的结合点 1频率不同的两列波可以叠加，但不能形成稳定的干涉图象 2加强区和减弱区都是两列波引起的位移的矢量和，该处质点的位移的矢量和也随着波的传播和时间而发生变化，它们仍围绕着平衡位置振动，且与波源振动周期相同 3加强区振幅最大，等于两列波振幅之和，减弱区振幅最小，等于两振幅之差，且加强区、减弱区的位置是固定的，如两列波振幅

12、相等，则减弱区质点位移为零，而加强区质点的位移随时间周期性变化 4波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇处，一定是加强的，用一条平滑的曲线将以上各点连接起来，这条线上的点都是加强的；而波峰与波谷相遇处，一定是减弱的，把以上各点用平滑的曲线连接起来，这条线上的点都是减弱的；加强点和减弱点之间各个质点的振幅介于加强点和减弱点的振幅之间 在波的干涉现象中，振动加强区质点振动的振幅最大，位移的最大值也最大，但这些质点也在振动，其振动的位移也随时间不断变化因此，不能说加强区质点的位移一定比减弱区质点的位移大 2波源不动：观察者朝向波源以某一速度运动，由于相对速度增大而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，

13、接收频率增大了同理可知，当观察者背离波源运动时，接收频率将减小 3观察者不动：波源朝向观察者以某一速度运动，由于波长变短，而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，接收频率亦增大，同理可知，当波源背离观察者运动时，接收频率将减小 【例1】图4中有一条均匀的绳，1、2、3、4是绳上一系列等间隔的点现有一列橫波沿此绳传播某时刻，绳上9、10、11、12四点的位置和运动方向如图b所示(其他点的运动情况未画出)，其中点12的位移为零，向上运动，点9的位移达到最大值图图4图图5图图6 高分通道 要真正掌握好波的传播特点 变式1：如图7所示，O是波源，a、b、c、d是波传播方向上各质点的平衡位置，且O

14、aabbccd0.6 m，开始各质点均静止在平衡位置，t0时波源O开始向上做简谐运动，振幅是0.02 m，波沿Ox方向传播，波长是1.6 m，当波源O点振动了一段时间t1，其经过的路程是0.1 m，在t1时刻，各质点运动的方向是(填向上、向下或未振动) a质点_，b质点_，c质点_，d质点_图图7答案：答案：向上向下向上未振动向上向下向上未振动 【例2】(2009年福建卷)图9甲为一列简谐横波在t0.10 s时刻的波形图，P是平衡位置为x1 m处的质点，Q是平衡位置为x4 m处的质点，图9乙为质点Q的振动图象，则()图图9 At0.15 s时，质点Q的加速度达到正向最大 Bt0.15 s时，质

15、点P的运动方向沿y轴负方向 C从t0.10 s到t0.25 s，该波沿x轴正方向传播了6 m D从t0.10 s到t0.25 s，质点P通过的路程为30 cm 解析：由质点Q的振动图象可知，t0.15 s时，Q正处于最低点，加速度达到正向最大，选项A对；t0.10 s时，Q正处于平衡位置向下运动，故波是向左传播的，所以t0.15 s时，质点P运动方向沿y轴负方向，选项B对；由图象可知，波长8 m，周期T0.2 s， 答案：答案：AB 高分通道 对于这类己知波动图象和波的传播方向上某质点的振动图象的问题，往往是从波动图象上能读出波长，从振动图象上能读出周期，从而可以计算出波的传播速度；再根据某质

16、点的振动图象上所描述的波动的图象对应的时刻的质点的振动方向，就能确定该波的传播方向 变式2：一列简谐横波沿x轴负方向传播，图10甲是t1 s时的波形图，图乙是波中某振动质点位移随时间变化的振动图象(两图用同一时间起点)，则乙图可能是甲图中哪个质点的振动图象()图图10 Ax0处的质点Bx1 m处的质点 Cx2 m处的质点 Dx3 m处的质点 解析：由振动图象知，周期T4 s，在t1 s时刻，质点在平衡位置且向下运动，再考虑波的传播方向，则x0、x4 m处质点的振动符合图象的要求 答案：A 【例3】一列横波在x轴上传播，t10和t20.005 s时的波形图分别如图11中实线和虚线所示 (1)由图

17、读出振幅和波长； (2)设周期大于(t2t1)，如果波向右传播，波速多大？如果波向左传播，波速多大？ (3)设周期小于(t2t1)，并且波速为6000 m/s，求波的传播方向图图11 答案：(1)0.2 m8 m (2)400 m/s1200 m/s (3)向左 高分通道波的特点是周期性和双向性 (1)传播距离的周期性 波在均匀媒质中传播时，传播距离写成 xnx(n0,1,2) 式中表示波长，x是波传播过程中除去整数倍波长部分之后余下的那部分距离 (2)传播时间的周期性 波在媒质中传播时间t，总可以写成tnTt(n0,1,2) 式中T表示波的周期，t表示时间t除去整数倍周期部分之后余下的那段时

18、间 (3)传播方向的双向性 一般的说，波在媒质中可以向各个方向传播，但在本章中所遇到的波只限于一条直线上，即沿x轴正、负方向传播的波 变式3：如图12所示的图象中，实线是一列简谐横波在某一时刻的图象，经过t0.2 s后这列波的图象如图中虚线所示，求这列波的波速图图12 答案：5(4n1) m/s(n0,1,2)沿力轴正向传播 5(4n3) m/s(n0,1,2)沿力轴负向传播 【例4】如图13所示为两列同频率相干的水波在t0时刻的叠加情况，实线表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为2 cm(且在图中所示范围内振幅不变)，波速为2 m/s，波长为0.4 m，E点是BD连线和AC连线的交点下

19、列说法中正确的是()图图13 AA、C两点相对平衡位置的位移不一定为零 BB、D两点在该时刻的竖直高度差为4 cm CE点是振动加强的点 Dt0.05 s时，E点的位移大小为2 cm 分析：解答本题时要抓住两点： (1)振动加强(或减弱)的点始终加强(减弱)，且位移随时间周期性变化； (2)判断某点是振动加强点还是减弱点，方法是根据此点到两波源的距离差与波长的关系来确定 解析：在波峰与波谷相遇的地方振动减弱，振动减弱的点的振幅等于两列波的振幅之差A、C两点为振动减弱的点，由于两列波的振幅相同，故A、C两点的振幅为零，即A、C两点应静止不动选项A错 在波峰与波峰相遇、波谷与波谷相遇的地方振动加强

20、，振动加强的点的振幅等于两列波的振幅之和此时刻D点为两波峰相遇处，B点为两波谷的相遇处，因此B点此时刻的位移为平衡位置以下4 cm，D点此时刻的位移为平衡位置以上4 cm，B、D两点在该时刻的竖直高度差为8 cm.选项B错 由图可知，E点应为平衡位置，它到两波源的距离之差应为波长的整数倍，所以E点是振动加强的点，选项C正确 波速为2 m/s，波长为0.4 m，可以算出周期为0.2 s，则t0.05 s时，E点应处于波峰，其位移大小为4 cm.选项D错 答案：C 高分通道 (1)本题中，B、D、E各点处于振动加强区，但其位移一定也有等于零的时候 (2)干涉图样反映某一时刻波的叠加情况，根据干涉图

21、样，再结合波的传播规律可以判断出其他时刻的干涉图样 (3)两列波发生干涉时，振动加强和减弱区域内的各质点仍然在各自的平衡位置附近振动，而并非振动加强处的质点的位移总为AA1A2，振动减弱处的质点的位移总为A|A1A2|，而是它们的振幅分别是(A1A2)和|A1A2|. 变式4：如图14所示，实线表示两个相干波源S1、S2发出的波的波峰位置，则图中的_点为振动加强的位置，图中的_点为振动减弱的位置图图14 解析：由图可以看出，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 答案：b、a 【例5】如图15所示，在公路的十字

22、路口东侧路边，甲以速度v1向东行走，在路口北侧，乙站在路边，一辆汽车以速度v2通过路口向东行驶并鸣笛，已知汽车笛声的频率为f0，车速v2v1.甲听到的笛声的频率为f1，乙听到的笛声的频率为f2，司机自己听到的笛声的频率为f3，则此三人听到笛声的频率由高至低顺序为_图图15 解析：由于v2v1，所以汽车和甲的相对距离减小，甲听到的频率变大，即f1f0，由于乙静止不动，则汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变低，即f2f0.由于司机和汽车相对静止，所以司机听到的频率不变，即f3f0.综上所述，三人听到笛声的频率由高至低顺序为f1f3f2. 答案：f1f3f2 高分通道 (1)解决多普勒效应问题时要

23、紧紧抓住观测者和波源的相对运动这一关键点，两者发生相对运动时，只是接收到的频率发生了变化，但波源本身发出的频率并没有发生改变，这也是解决问题时的易错点 (2)在观察者运动的情况下，引起观察者接收频率的改变，是由于观测到的波的个数增加或减少；在波源运动的情况下，引起观察者接收频率的改变，是由于波距缩短或伸长，相当于波长发生变化 变式5：站在火车站台上的旅客听到火车鸣笛声的音调变化情况，以下说法正确的是() A当火车减速进站时，鸣笛声的音调变低 B当火车减速进站时，鸣笛声的音调变高 C当火车加速离站时，鸣笛声的音调变低 D当火车加速离站时，鸣笛声的音调变高 解析：波源与观察者相互靠近时，观察者接收

24、到的频率变高，反之，变低 答案：BC 1(2009年全国卷)下列关于简谐振动和简谐波的说法，正确的是() A媒质中质点振动的周期一定和相应的波的周期相等 B媒质中质点振动的速度一定和相应的波的波速相等 C波的传播方向一定和媒质中质点振动的方向一致 D横波的波峰与波谷在振动方向上的距离一定是质点振幅的两倍 解析：波传播过程中每个质点都在前面质点的驱动力作用下做受迫振动，A正确波速是波在介质中传播的速度，在同种均匀介质中波速是个常量；质点振动速度随质点振动所处位置不断变化，B、C错误波峰、波谷分别是平衡位置上方、下方最大位移处，而振幅是振动中偏离平衡位置的最大距离，D正确 答案：AD 2(2009

25、年重庆卷)同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线见图16，以下说法正确的是 () A声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线 B声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线 C水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线 D空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线图图16 解析：波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度再由vf知，声波应在水中的波长较大，对应于题图中波形曲线b，故只有A正确 答案：A 3图17是一列简谐横波某时刻t0

26、的波形图，试根据波形图回答下列问题： (1)该时刻加速度最大的质点有哪些？ (2)速度最大的质点有哪些？ (3)振动方向相同的质点有哪些？这些点的分布有什么规律？图图17 (4)如果这列波沿x轴负方向传播，质点3受到的合外力方向如何？若波沿x轴正方向传播，质点3受到的合外力方向又怎样？ 解析：(1)加速度最大的质点一定是位移最大的质点，所以该时刻质点2、6、10、14的加速度最大，但方向不相同 (2)该波是简谐波，质点做简谐运动，因此处在平衡位置的质点速度最大，分别是0、4、8、12、16五个质点 (3)该时刻具有相同振动方向的质点是0、1、7、8、9、15、16.与上述质点振动方向相反的质点是：3、4、5、11、12、13.其规律是：从波形图上看相