沪教版物理选修3-4配套学案2.机械波本章优化总结Word版含答案

本章优化总结振动图像和波动图像的比较振动图像和波动图像从形状上看都是正弦曲线，但图像的物理意义、坐标中描述的物理量、研究的内容等方面有着本质的不同，现有图表做如下比较.振动图像波的图像研究对象一个振动质点沿波传播方向上若干质点坐标横轴表示时间，纵轴表示质点的位移横轴表示波线上各质点平衡位置，纵轴表示各质点对各自平衡位置的位移研究内容一个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图像表示一个质点在各个时刻的位移图像表示某时刻，波线上各质点的位移图像变化随时间延伸，图像形状不变，只是沿t轴延续随时间推移，图像整体沿波的传播方向平移图像显示的主要物理量(1)由纵坐标可知振幅，由横坐标可知周期(2)由图像的切线斜率可知速度的大小及方向的变化情况(3)由位移的变化情况可知加速度的大小及方向的变化情况(1)由纵坐标可知振幅(2)可根据波的传播方向确定各质点某时刻的运动方向；也可根据某质点的运动方向确定波的传播方向(3)由位移情况可确定质点在某一时刻加速度的大小及方向情况(多选)如图甲为一列简谐横波在t＝0.10s时刻的波形图，P是平衡位置在x＝1.0m处的质点，Q是平衡位置在x＝4.0m处的质点；图乙为质点Q的振动图像，下列说法正确的是()A．在t＝0.10s时，质点Q向y轴正方向运动B．在t＝0.25s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同C．从t＝0.10s到t＝0.25s，该波沿x轴负方向传播了6mD．从t＝0.10s到t＝0.25s，质点P通过的路程为30cm[解析]由y－t图像可知，t＝0.10s时质点Q沿y轴负方向运动，选项A错误；由y－t图像可知，波的振动周期T＝0.2s，由y－x图像可知λ＝8m，故波速v＝eq\f(λ,T)＝40m/s，根据振动与波动的关系知波沿x轴负方向传播，则波在0.10s到0.25s内传播的距离Δx＝vΔt＝6m，选项C正确；t＝0.25s时，波形图如图所示，此时质点P的位移沿y轴负方向，而回复力、加速度方向沿y轴正方向，选项B正确；Δt＝0.15s＝eq\f(3,4)T，质点P在其中的eq\f(1,2)T内路程为20cm，在剩下的eq\f(1,4)T内包含了质点P通过最大位移的位置，故其路程小于10cm，因此在Δt＝0.15s内质点P通过的路程小于30cm，选项D错误．[答案]BC波在传播过程中的周期性和双向性波的空间周期性与时间周期性统称为波的周期性．当题目中没有给定波传播的时间t与周期T的关系或没有给定波的传播距离s与波长λ的关系时，机械波的这种时间周期性和空间周期性必然导致波的传播时间、速度和距离等物理量有多个值与之对应，即产生多解．这三个物理量的关系可分别表示为：传播距离的周期性：s＝nλ＋Δs，传播时间的周期性：t＝kT＋Δt.由于振动具有周期性，物体会在不同的时刻多次到达同一位置，故容易出现多解问题，而对波动，波的图像的周期性是波动问题出现多解的最主要因素，主要包括三种情况：(1)空间周期性：沿波的传播方向上，相隔n(n为自然数)个波长的质点振动的步调是完全相同的．(2)时间周期性：机械波在一个周期内不同时刻图像的形状是不同的，但在相隔时间为周期的整数倍的不同时刻，波形形状是相同的．(3)传播速度的多种可能性：v＝eq\f(s,t)＝eq\f(nλ＋Δs,kT＋Δt)＝eq\f(λ,T)＝eq\f(Δs,Δt)，以上各式中n＝0，1，2，3，……k＝0，1，2，3…波在传播过程中可能沿x轴正向传播，也可能沿x轴负向传播，这就是波传播的双向性．有一列沿水平方向传播的简谐横波，频率为10Hz，沿竖直方向振动，当绳上的质点P到达其平衡位置且向下运动时，在其右方相距0.6m处的质点Q刚好到达最高点，求波的传播方向和波速．[解析]由题意可以作出一个周期内P、Q两质点可能的波形示意图，波可以向左传播，也可以向右传播，如图所示，甲、乙分别表示波向右和向左传播时的基本波形．由于波的空间周期性，P、Q间波形有两种情况：(1)当波向右传播时，当P、Q两点相差eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n＋\f(1,4)))个波长时，sPQ＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n＋\f(1,4)))λ(n＝0，1，2，…)λ＝eq\f(0.6,n＋\f(1,4))＝eq\f(2.4,4n＋1)(n＝0，1，2，…)v＝λ·f＝eq\f(24,4n＋1)(n＝0，1，2，…)．(2)当波向左传播时，当P、Q两点相差eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n＋\f(3,4)))个波长时，sPQ＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n＋\f(3,4)))λ(n＝0，1，2，…)λ＝eq\f(0.6,n＋\f(3,4))＝eq\f(2.4,4n＋3)(n＝0，1，2，…)v＝λ·f＝eq\f(24,4n＋3)(n＝0，1，2，…)．[答案]若波向右传播v＝eq\f(24,4n＋1)(n＝0，1，2，…)若波向左传播v＝eq\f(24,4n＋3)(n＝0，1，2，…)波的干涉、衍射的比较定义现象可观察到现象的条件波的衍射波可以绕过障碍物继续传播的现象波能偏离直线而传到直线传播以外的空间缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者小于波长波的干涉频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且加强和减弱的区域相间分布的现象振动强弱相间的区域．某些区域总是加强，某些区域总是减弱两列波的频率相同干涉和衍射是波的两个特有的现象，只要是波，一定情况下都能发生干涉和衍射，若某种现象里出现了干涉或衍射现象，这一定是波的行为，但发生干涉和衍射的条件各不相同，注意区分．利用发波水槽得到的水面波形如图a、b所示，则()A．图a、b均显示了波的干涉现象B．图a、b均显示