《备考指南一轮 物理 》课件-第14章 第2讲

机械振动和光学第十四章第2讲机械波【备考指南】1.知道机械波的特点和分类.2.掌握波速、波长和频率的关系，能分析波的图像.3.理解波的干涉、衍射现象和多普勒效应，掌握波的干涉和衍射的条件．栏目导航01知识梳理回顾02要点各个击破03配套训练知识梳理回顾11．定义：机械振动在________中传播，形成机械波．2．形成条件(1)有________．(2)有介质，如空气、水、绳子等．3．传播特点(1)传播波源的振动形式、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________．一机械波的形成、传播与描述介质

波源

相同

4．机械波的分类分类质点振动方向和波的传播方向的关系形状举例横波垂直凹凸相间，有波峰、波谷绳波等纵波在同一条直线上疏密相间，有密部、疏部弹簧波、声波等相同无关【对点小练】1．(多选)如图，a、b、c、d是均匀介质中x轴上的四个质点，相邻两点的间距依次为2m、4m和6m．一列简谐横波以2m/s的波速沿x轴正向传播，在t＝0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t＝3s时a第一次到达最高点．下列说法正确的是(

)A．在t＝6s时刻波恰好传到质点d处B．在t＝5s时刻质点c恰好到达最高点C．质点b开始振动后，其振动周期为4sD．在4s<t<6s的时间间隔内质点c向上运动【答案】ACD1．坐标轴的意义横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的____________，纵坐标y表示该时刻各个质点偏离平衡位置的________．2．图像特点简谐波的波形曲线是__________(或余弦)曲线．二简谐横波的图像平衡位置位移

正弦

3．横波图像的应用(1)直接读取波动中质点的振幅A和波长λ，以及任一质点此刻的位移、加速度方向．(2)若已知波的传播方向，可知介质质点的__________；反之亦然．(3)若知波速v，可求此时刻以后某一时刻的波形图，方法是把波形图平移Δx＝vΔt的距离．振动方向

【对点小练】2．在均匀介质中，一列沿x轴正向传播的横波，其波源O在第一个周期内的振动图像如图所示，则该波在第一个周期末的波形图是(

)【答案】D【解析】由振动图像可知，在t＝T时，波源O的振动方向向下，再结合波形可知形成的波动图像为D图．1．波的干涉和衍射三波的特有现象项目波的干涉波的衍射条件两列波的频率必须______明显条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多现象形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的__________波能够绕过障碍物或孔继续向前传播注意(1)振动加强和减弱区域不变(2)加强和减弱的是振幅，而不是位移(3)干涉现象出现是有条件的(1)衍射不需要条件，明显衍射才需要．(2)障碍物或孔本身不一定很小，只是与______相比小.相同干涉图像波长2．多普勒效应(1)条件：声源和观察者之间有___________．(2)现象：观察者感到波的频率发生变化．(3)实质：声源频率不变，观察者接收到的频率变化．(4)规律：当波源与观察者二者相互接近，观察者接收到的频率________；二者远离时，观察者接收到的频率________．相对运动变大变小【对点小练】1．(多选)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1cm【答案】BD【解析】由图像可知，D点为两波谷相遇，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像，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．要点各个击破2要点1波的图像和传播1．波动图像的信息(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．2．波的传播方向与质点的振动方向的互判方法例1

平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿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，在平衡位置的Q质点第一次处于波峰位置．求：(1)P、Q间的距离；(2)从t＝0开始到在平衡位置的Q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．【答案】(1)133cm

(2)125cm练1

如图为一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波某时刻的波形图．质点P的振动周期为0.4s．求该波的波速并判断P点此时的振动方向．【答案】2.5m/s沿y轴正方向要点2振动图像和波动图像的综合运用振动图像与波动图像比较类型振动图像波动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、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的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图像变化随时间推移，图像延续，但已有形状不变随时间推移，波形沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长例2

(2020届天津九校联考)如图甲为一列简谐横波在t＝0.20s时刻的波形图，P是平衡位置在x＝1.0m处的质点，Q是在平衡位置x＝4m处的质点，如图乙为质点Q的振动图像．下列说法正确的有(

)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通过的路程大于30cm【答案】BD【解析】由图甲可知，该波波长是8m，由图乙可知，该波的周期是0.20s．图乙为质点Q的振动图像，则知在t＝0.10s时，质点Q从平衡位置向波谷运动，所以t＝0.10s时，质点Q向y轴负方向运动，故A错误．在t＝0.20s时，质点Q沿y轴正方向运动，根据波形平稳法可知该波沿x轴正方向传播，此时P点正向下运动；

练2

(多选)(2020届天津名校模拟)一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝2s时刻的波形如图甲所示，此时波恰好传到平衡位置在x＝6m处的M质点，N为平衡位置在x＝11m处的质点，图乙为该简谐横波波源的振动图像．则下列说法正确的是(

)A．该列波的波速为1m/sB．质点N的起振方向沿y轴负方向C．当t＝2.5s时，质点M的速度方向与加速度方向相同D．当t＝8s时，质点N第一次到达波峰【答案】AD要点3波的多解问题造成波动问题多解的主要因素1．周期性(1)时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确；(2)空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确．2．双向性(1)传播方向双向性：波的传播方向不确定；(2)振动方向双向性：质点振动方向不确定．①质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能．②质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下(或向左、向右)两种可能．③只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能，即沿x轴正方向或沿x轴负方向传播．④只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能．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．练3

(多选)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两质点的振动图像如图所示．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】AD要点4波的干涉和衍射2．干涉现象务必注意以下几点(1)振动加强和减弱区域不变．(2)加强和减弱的是振幅，而不是位移．(3)干涉现象的出现是有条件的．3．发生明显衍射的条件(1)若障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小，则发生明显衍射．(2)波的衍射是不需要条件的，没达到上述条件的只是不明显．例4

(多选)如图所示，当波源和障碍物都静止不动时，波源发出的波在障碍物处不能发生明显衍射．下列措施可能使波发生较为明显衍射的是(

)A．增大波源的振动频率B．减小波源的振动频率C．增大障碍物的长度D．减小障碍物的长度