中学物理 机械波

第2节机械波-2-一、机械波及分类1.机械波的形成和传播(1)产生条件①有波源

。

②有介质

,如空气、水、绳子等。

(2)传播特点①传播振动形式、能量

和信息。

②质点不随波迁移

。

③介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同。-3-2.机械波的分类

-4-二、描述机械波的物理量1.波长λ:在波动中振动相位总是相同

的两个相邻质点间的距离。用“λ”表示。

2.频率f:在波动中,介质中各质点的振动频率都是相同的,都等于波源

的振动频率。

3.波速v、波长λ和频率f、周期T的关系:机械波的速度大小由介质

决定,与机械波的频率无关。

-5-三、机械波的图象1.图象: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,得出的曲线即为波的图象,简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线。

2.物理意义:为某一时刻介质中各质点相对平衡位置

的位移。

-6-四、波的衍射和干涉

多普勒效应1.波的干涉和衍射2.多普勒效应(1)条件:声源和观察者之间有相对运动

。

(2)现象:观察者感到频率

发生变化。

(3)实质:声源频率不变

,观察者接收到的频率变化

。

-7-命题点一命题点二命题点三命题点四波的传播与图象1.波动图象的信息(如图所示)(1)直接读取振幅A和波长λ,以及该时刻各质点的位移。(2)确定某时刻各质点加速度的方向,并能比较其大小。(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。-8-命题点一命题点二命题点三命题点四3.波的传播方向与质点的振动方向的判断方法

-9-命题点一命题点二命题点三命题点四例1(多选)(2017·全国卷Ⅲ)如图,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线为t=0时的波形图,虚线为t=0.5s时的波形图。已知该简谐波的周期大于0.5s。关于该简谐波,下列说法正确的是(

)A.波长为2mB.波速为6m/sC.频率为1.5HzD.t=1s时,x=1m处的质点处于波峰E.t=2s时,x=2m处的质点经过平衡位置答案解析解析关闭答案解析关闭-10-命题点一命题点二命题点三命题点四思维点拨本题知道两个时刻的波形,可以运用波形的平移法分析波传播的最短距离,要理解“该简谐波的周期大于0.5

s”表达的意义。-11-命题点一命题点二命题点三命题点四即学即练1.(2017·天津卷)手持较长软绳端点O以周期T在竖直方向上做简谐运动,带动绳上的其他质点振动形成简谐波沿绳水平传播,示意如图。绳上有另一质点P,且O、P的平衡位置间距为l。t=0时,O位于最高点,P的位移恰好为零,速度方向竖直向上,下列判断正确的是(

)A.该简谐波是纵波B.该简谐波的最大波长为2l答案解析解析关闭答案解析关闭-12-命题点一命题点二命题点三命题点四2.(多选)(2016·天津卷)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,它在介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播。某时刻波刚好传播到x=12m处,波形图象如图所示,则(

)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答案解析解析关闭答案解析关闭-13-命题点一命题点二命题点三命题点四3.(多选)(2016·全国卷Ⅲ)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的频率为20Hz,波速为16m/s。已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧,且P、Q和S的平衡位置在一条直线上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8m、14.6m。P、Q开始振动后,下列判断正确的是(

)A.P、Q两质点运动的方向始终相同B.P、Q两质点运动的方向始终相反C.当S恰好通过平衡位置时,P、Q两点也正好通过平衡位置D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰E.当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰答案解析解析关闭答案解析关闭-14-命题点一命题点二命题点三命题点四波的图象与振动图象的关联应用振动图象与波的图象的比较-15-命题点一命题点二命题点三命题点四-16-命题点一命题点二命题点三命题点四例2(2017·湖北武汉期中)图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,a、b两质点的横坐标分别为xa=2m和xb=6m,图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图象。下列说法正确的是(

)A.该波沿+x方向传播,波速为1m/sB.质点a经4s振动的路程为4mC.此时刻质点a的速度沿+y方向D.质点a在t=2s时速度为零答案解析解析关闭答案解析关闭-17-命题点一命题点二命题点三命题点四思维点拨(1)如何分析波的传播速度、质点的振动路程?(2)如何确定波的图象上各质点的振动方向?提示:由波的图象读出波长λ,由振动图象读出周期T,再由v=计算出波速。质点的振动路程由振幅和振动时间来决定。提示:可用带动法、同侧法、微平移法等判断。

-18-命题点一命题点二命题点三命题点四“一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象综合类问题-19-命题点一命题点二命题点三命题点四即学即练4.(多选)(2017·河南平顶山模拟)图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形,图乙为介质中x=2m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象。下列说法正确的是(

)A.这列波的传播方向是沿x轴正方向B.这列波的传播速度是20m/sC.经过0.15s,质点P沿x轴的正方向传播了3mD.经过0.1s,质点Q的运动方向沿y轴正方向E.经过0.35s,质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离答案解析解析关闭答案解析关闭-20-命题点一命题点二命题点三命题点四5.图甲为t=1s时某横波的波形,图乙为该波传播方向上某一质点的振动图象,距该质点Δx=0.5m处质点的振动图象可能是(

)答案解析解析关闭答案解析关闭-21-命题点一命题点二命题点三命题点四波的多解问题-22-命题点一命题点二命题点三命题点四例3(2017·黑龙江牡丹江期中)如图实线是某时刻的波形,虚线是经过0.2s时的波形。求:(1)波传播的可能距离;(2)可能的周期;(3)若波速是35m/s,波的传播方向;(4)若0.2s小于一个周期时,传播的距离、周期、波速。-23-命题点一命题点二命题点三命题点四答案:见解析解析:(1)由题图知,波长λ=4

m,当波沿x轴向左传播时,传播的距离为-24-命题点一命题点二命题点三命题点四(3)若波速是35

m/s,则波在0.2

s内传播的距离为

-25-命题点一命题点二命题点三命题点四波的多解问题的一般思路(1)根据初、末两时刻的波形确定传播距离与波长的关系通式。(2)根据题设条件判断是唯一解还是多解。(4)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Δt或Δx,若此关系为时间t=nT+Δt(n=0,1,2,3,…)或此关系为距离x=nλ+Δx(n=0,1,2,3,…),可找到周期或波长的表达式。-26-命题点一命题点二命题点三命题点四即学即练6.(多选)(2016·四川卷)简谐横波在均匀介质中沿直线传播,P、Q是传播方向上相距10m的两质点,波先传到P,当波传到Q开始计时,P、Q两质点的振动图象如图所示。则(

)A.质点Q开始振动的方向沿y轴正方向B.该波从P传到Q的时间可能为7sC.该波的传播速度可能为2m/sD.该波的波长可能为6m答案解析解析关闭答案解析关闭-27-命题点一命题点二命题点三命题点四7.(2017·河北衡水模拟)在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距4m的A、B两点,如图甲、乙分别是A、B两质点的振动图象,已知该波波长大于2m,求这列波可能的波速。答案:见解析解析:由振动图象得质点振动周期T=0.4

s,若波由A向B传播,B点比A点晚振动的时间-28-命题点一命题点二命题点三命题点四所以A、B间的距离为

-29-命题点一命题点二命题点三命题点四λ>2

m,所以n=0,1当n=0时,λ1=16

m,v1=40

m/s,-30-命题点一命题点二命题点三命题点四波的衍射、干涉和多普勒效应1.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Δr。2.波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。-31-命题点一命题点二命题点三命题点四3.多普勒效应的成因分析(1)接收频率:观察者接收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。当波以速度v通过观察者时,时间t内通过的完全波的个数为N=,因而单位时间内通过观察者的完全波的个数,就是接收频率。(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大;当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小。-32-命题点一命题点二命题点三命题点四例4(多选)(2017·沈阳质量监测)如图是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况,以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线);S1的振幅A1=4cm,S2的振幅A2=3cm,则下列说法正确的是(

)A.质点D是振动减弱点B.质点A、D在该时刻的高度差为14cmC.再过半个周期,质点B、C是振动加强点D.质点C的振幅为1cmE.质点C此刻以后将向下振动答案解析解析关闭由图象可知,D点为两波谷相遇应该是加强点,选项A错误;此时A点在加强后的最高点,D点在加强后的最低点,由合成叠加关系可知A、D质点在该时刻的高度差为14cm,选项B正确;由于两波的频率相等,叠加后会形成稳定的干涉图象,所以A、D点始终是加强点,B、C点始终是减弱点,选项C错误;质点C为减弱点,振幅为两振幅之差,为1cm,选项D正确;由题意可知此时质点C将向下振动,选项E正确。答案解析关闭BDE-33-命题点一命题点二命题点三命题点四即学即练8.(2017·山西朔州期中)右图表示两列相干水波的叠加情况,图中的实线表示波峰,虚线表示波谷。设两列波的振幅均为5cm,且在图示的范围内振幅不变,波速和波长分别为1m/s和0.5m。C点是BE连线的中点,下列说法不正确的是(

)A.C、E两点都保持静止不动B.图示时刻A、B两点的竖直高度差为20cmC.图示时刻C点正处在平衡位置且向水面运动D.从图示的时刻起经0.25s后,B点通过的路程为20