2013届高考物理第一轮复习课件：机械振动 机械波 第2课时 机械波.ppt

1、第2课时 机械波 考点自清 一、机械波 1.机械波的产生 (1)定义：机械振动在 中的传播过程,叫做 机械波. (2)产生条件： 和 . (3)产生过程：沿波的传播方向上各质点的振动 都受它前一个质点的带动而做 振动,对简,介质,波源,介质,受迫,谐波而言各质点振动的 和 都相同,各 质点只在自己的 附近振动. 2.波的分类 (1)横波：质点的振动方向与 相 互垂直的波,凸起部分叫波峰, 部分叫波谷. (2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在 上,质点分布密的叫 ,质点分布 疏的叫 . 3.描述机械波的物理量 (1)波长：在波动中，振动相位 的 两个相邻质点间的距离.,振幅,周期,平衡位置,

2、波的传播方向,凹陷,一条直线,密部,疏部,总是相同,在横波中,两个相邻的 (或波谷)间的距离 等于波长. 在纵波中,两个相邻的 (或疏部)间的距离 等于波长. 在一个周期内机械波传播的距离等于 . (2)频率f:波的频率由 决定,在传播过程中, 只要波源的振动频率一定,则无论在什么介质中 传播,波的频率都 . (3)波速v：单位时间内振动向外传播的距离,即 v= .波速与波长和频率的关系： ,波速 的大小由 决定.,波峰,密部,波长,波源,不变,v =f,介质,二、波的图象 1.图象 在平面直角坐标中,用横坐标表示介质中各质点 的 ；用纵坐标表示某一时刻,各质点 偏离平衡位置的 ,连接各位移矢

3、量的末端, 得出的曲线即为波的图象,简谐波的图象是 (或余弦)曲线. 2.物理意义：某一时刻介质中 相对平衡位 置的位移.,平衡位置,位移,正弦,各质点,三、波特有的现象 1.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,减弱,整数倍,奇数倍,2.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

4、. (2)现象:波绕过障碍物继续传播. 3.多普勒效应 (1)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.,差不多,更小,热点聚焦 热点一 机械波的特点 1.介质依存性:机械波离不开介质,真空中不能传播 机械波. 2.能量信息性:机械波传播的是振动的形式,因此机 械波可以传递能量、传递信息. 3.传播不移性:在波的传播方向上,各质点只在各自 的平衡位置附近振动,并不随波定向迁移. 4.时空重复性:

5、机械波传播时,介质中的质点不断地 重复着振源的振动形式. 5.周期、频率同源性:介质(包括在不同介质)中各质 点的振动周期和频率都等于振源的振动周期和频 率,而且在传播过程中保持稳定. 6.起振同向性:各质点开始振动的方向与振源开始振 动的方向相同.,热点二 振动图象与波动图象的比较,特别提示 (1)波速的应用，既可应用v=f或v= 也可以应用v= . (2)应用波的图象,要注意,波动多解问题一般先 考虑波传播的“双向性”，再考虑“周期性”.,热点三 波的干涉与波的衍射的比较,内容,衍射和干涉,特别提示 1.波的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

6、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.,题型1 波的传播过程及特点 【例1】图1中有一条均匀的绳1、2、3、4是绳 上一系列等间隔的点.现有一列横波沿此绳传播. 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.,题型探究,图1,(1)试在图c中画出再经过 周期时点3、4、5、 6的位置和速度方向,其他点不必画.(图c的横、 纵坐标与图a、b中完全相同) (2)试画出从图1某时刻开始经 时的绳波形状, 在绳波上标出质点3、9、15的位置

7、. (3)由图1某时刻开始一段时间后再出现图2所示 的绳波形状，你能推测这段时间与质点振动周 期的关系吗？,图2,解析 (1)由题中给出9、10、11、12四点的位 置和运动方向，如图甲所示，图中MN为各点的 平衡位置，根据各点此时的运动方向，即可找 到再过 T绳波的形状，如图虚线所示.故再过 T,3、4、5、6四质点的位置和运动方向如图 乙所示.,(2)经 质点3、9、15在最大位移处，3、15在 正向,9在负向,0、6、12在平衡位置,所以绳波 形状如图所示. (3)经 质点9、12的位置与图b相同可知,每个 质点从图b开始又振动了周期的整数倍,故这段 时间t与质点振动周期的关系为t=nT

8、. 答案 见解析,变式练习1 在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个 质点,相邻两质点的距离均为L,如图3(a)所示. 一列横波沿该直线向右传播,t=0时到达质点1, 质点1开始向下运动,经过时间t第一次出现如 图(b)所示的波形.则该波: (1)波长为多少？ (2)质点振动的周期为多少？,图3,思路点拨 由波的图象读出波长.由题中给出的时间关系结 合质点的振动情况求振动周期. 解析 由图可知该波的波长为8L,由波的传播方 向可推知质点9在t时刻的振动方向向上,而t= 0时刻波刚传到质点1时其振动方向是向下的,由 此可见质点9并非是t时间第一次出现的波形, 可知t时刻在质点9的右侧还应有半

9、个波长的波 形未画出来，即经t波应从质点1传播到质点 13.(未画出),传播的距离x=1.5=12L, 故波速v= , 波的周期T= 答案 (1)8L (2),题型2 波的多解性问题 【例2】一列简谐横波沿x轴传播,如图4甲、乙所 示分别为传播方向上相距3 m的两质点的振动图 象,则波的传播速度大小可能为 ( ) A.30 m/sB.20 m/s C.15 m/sD.5 m/s,图4,解析 由t=0时振动图象可得 如右图的波的形状,P考虑到 周期性，x= +n，= = ,分析知A正确. 答案 A,规律总结,变式练习2 在图5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t= 0.2

10、 s后这列波的图象如 图中虚线所示.求这列波的波速. 解析 设波沿x轴正方向传播，t=0.2 s 可能是(n+ )个周期(n=0,1,2),即t=(n+ )T1, 周期T1=,图5,波速v1= =5(4n+1)m/s(n=0,1,2,3) 设波沿x轴负方向传播，t=0.2 s可能是(n+ )个 周期(n=0,1,2),即t=(n+ )T2. 周期T2= 波速v2= =5(4n+3)m/s(n=0,1,2). 答案 波沿x轴正向传播 v1=5(4n+1)m/s(n=0,1,2,3) 波沿x轴负向传播v2=5(4n+3)m/s(n=0,1,2,3),题型3 由波动图象考查质点的振动情况 【例3】有

11、一列向右传播的简 谐横波,某时刻的波形如图 6所示,波速为0.6 m/s,P点 的横坐标x=0.96 m,从图示 时刻开始计时，此时波刚好传到C点. (1)此时刻质点A的运动方向和质点B的加速度方 向是怎样的？ (2)经过多少时间P点第二次到达波峰？ (3)画出P质点开始振动后的振动图象.,图6,解析 (1)均沿y轴正方向. 波向右匀速传播，根据振动与波动的关系判断 此时质点A的振动方向向上,即沿y轴正方向;由 波形图象容易观察,此时质点B离开平衡位置的 位移为负值,所以其受到的回复力F=-kx,回复 力和加速度的方向都为正值,沿y轴正方向. (2)解法一 由波形图象可知,波长=0.24 m

12、由波速公式v= ,可求得波的周期 T= 波从该时刻传播到P点经历的时间 t1= 根据波刚好传到C点,该波的起振方向向下,所以,P点开始振动时向下,开始振动后第二次到达波 峰经历的时间t2=1 T=0.7 s 所以P点第二次到达波峰需要的总时间 t=t1+t2=1.9 s. 解法二 P质点第二次到达波峰即第二个波峰传 到P点,则第二个波峰到P点的距离为 s=x+ =1.14 m 波匀速传播，所以t= s=1.9 s. (3)振动图象如右图所示. 答案 (1)均沿y轴正方向 (2)1.9 s (3)如解析图,方法提炼 1.微平移法:沿波的传播方向将波的图象进行一 微小平移,然后由两条波形曲线来判断

13、. 2.“上、下坡”法 沿着波的传播方向看,上坡的点向下振动,下坡 的点向上振动.即“上坡下、下坡上”. 3.逆向描迹法 逆着波的传播方向用铅笔描波形曲线,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. 4.同侧法 质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的 同一侧. 当用质点振动方向来判断波的传播方向时,仍应 用上述方法,只不过是上述方法的逆向思维.,变式练习3 图7甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图 乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象.从 该时刻起 ( ) A.经过0.35 s时,质点Q距平衡位置的距离小于 质点P距平衡位置的距离 B.经过0.25 s时,质点

14、Q的加速度大于质点P的 加速度 C.经过0.15 s,波沿x轴的正方向传播了3 m D.经过0.1 s时,质点Q的运动方向沿y轴正方向,图7,解析 由振动图象可判定t=0时刻质点P向下振 动,则机械波向右传播.经0.35 s,即经1 T时, P点在波峰,故Q距平衡位置的距离小于P到平衡 位置的距离,A对;经0.25 s,即经1 T时,P在波 谷,Q的加速度小于P的加速度,B错;波速v= ,所以经0.15 s波沿x轴的正 方向传播的距离s=vt=200.15 m=3 m,C对;Q 点图示时刻向上振动,经半个周期,其运动方向 沿y轴负方向,D错. 答案 AC,题型4 干涉图象的应用问题 【例4】如

15、图8表示两个相干波源S1、S2产生的波在 同一种均匀介质中相遇.图中实线表示波峰,虚 线表示波谷,c和f分别为ae和bd的中点,则： (1)在a、b、c、d、e、f六点中，振动加强的点 是 .振动减弱的点是 . (2)若两振源S1和S2振幅相同,此时刻位移为零的 点是 . (3)画出此时刻ace连线上,以a为原点的一列完 整波形,标出ce两点.,图8,思路点拨 在稳定的干涉图样中,加强区的点始终加强,减 弱区的点始终减弱,但加强点的位移时刻在改 变,某时刻可能为零,相同的两列波的干涉,最弱 区域的点一直静止不动.从干涉图样中区分波峰 波谷,画图象. 解析 (1)a、e两点分别是波谷与波谷、波峰

16、与 波峰相交的点，故此两点为振动加强点；c处在 a、e连线上,且从运动的角度分析a点的振动形 式恰沿该线传播,故c点是振动加强点,同时b、d,是减弱点,f也是减弱点. (2)因为S1、S2振幅相同,振动最强区的振幅为2A, 最弱区的振幅为零,该时刻a、e的中点c正处在 平衡位置,所以位移为零的是b、c、d、f. (3)图中对应时刻a处在两 波谷的交点上,即此刻a在 波谷,同理e在波峰,故a、e 中点c在平衡位置,所以所对应的波形如图. 答案 (1)a、c、e b、d、f (2)b、c、d、f (3)见解析图,变式练习4 两列相干波在同一水平面上传 播，某时刻它们的波峰、波谷 位置如图9所示.图

17、中M是波峰 与波峰相遇点,是凸起最高的 位置之一.回答下列问题： (1)由图中时刻经T/4,质点M相对平衡位置的位 移是 ； (2)在图中标出的M、N、O、P、Q几点中,振动 增强的点是 ；振动减弱 的点是 .,图9,解析 (1)相干波叠加后,会 形成振动加强和振动减弱相 间的稳定区域，M、P、Q所 在的直线区域是振动加强区 域,振动周期与每列波的周期 相同,因此经过T/4，M回到平衡位置，因此相 对平衡位置的位移为0. (2)从右图上可以看出,M、P、Q在振动加强区 域,O点是波谷与波谷相遇,是振动增强点，N点 是波峰与波谷相遇点,是振动减弱点. 答案 (1)0 (2)M、O、P、Q N,题

18、型5 波的图象分析 【例5】位于坐标原点的波源,在t=0时刻开始振动, 起振的方向沿y轴负方向.产生的简谐横波沿x轴 正方向传播,t=0.4 s时刻,在0 x4 m区域内第 一次出现如图10所示的波形,则 (1)该波的波速为多少? (2)再经多长时间x=16 m处的质点第一次位于 波峰? (3)请在图上画出再过0.1 s时的波形图.,图10,解析 (1)由波形图可以看出,处于坐标原点的 质点此时沿y轴负方向振动，故此波的周期T= 0.4 s,由波形图也可看出波长=8 m. 所以波速v= =20 m/s (2)解法一 在t=0.4 s时x=8 m处的质点刚要振 动,最前面的波峰位于x=2 m位置

19、,故再经过t= =0.7 s,x=16 m处的质点第一次位于 波峰.,解法二 图中所示波形传播到该质点的时间t1= =0.6 s,此时质点起振方向向上,所 以再经t2= T=0.1 s该质点第一次到达波峰,故 总时间t=t1+t2=0.7 s. (3)波形图如下图所示 答案 (1)20 m/s (2)0.7 s (3)见解析图,规律总结 特殊点振动法和波形平移法是确定动态波形的 两种基本方法,前者是根据某些特殊质点的位置 变化情况来确定波形.这种方法需已知波的传播 方向,或需已知某个特殊质点的振动方向.这种 方法通常用于t=k (k=1,2,3,)的情况,后 者应根据公式x=vt将整个波形在波

20、的传播方 向上进行平行移动从而得到新的波形,实际处理 时通常将 “去整留零”即可,这种方法是普遍 适用的.,变式练习5 P、Q是一列简谐横波中的两 质点,相距30 m，各自的振动 图象如图11所示. (1)此列波的频率f= Hz. (2)如果P比Q离波原近,且P与Q间距离小于1个 波长,那么波长= m,波速v= m/s. (3)如果P比Q离波源远,那么波长= . 答案 (1)0.25 (2)40 10 (3) m(n=0,1,2,3),图11,素能提升 1.关于波的衍射现象下列说法正确的是 ( ) A.当孔的尺寸比波长大时,一定不会发生衍射现象 B.只有孔的尺寸与波长相差不多时,或者比波长还

21、小时才会观察到明显的衍射现象 C.只有波才有衍射现象 D.以上说法均不正确 解析 当孔的尺寸比波长大时,会发生衍射现象, 只不过不明显.只有当孔、缝或障碍物的尺寸跟波 长相差不多,或者比波长更小时,才会发生明显衍 射现象,切不可把此条件用来判断波是否发生了衍 射现象.,BC,2.如图12甲所示，波源S从平衡位置开始上下(y轴 方向)振动,产生的简谐波向右传播,经0.1秒后P 点开始振动,已知SP=2 m，若以P点开始振动作 为计时起点，图乙为P点的振动图象,则下列 说法中正确的是 ( ) A.该简谐波的波速为20 m/s B.该波的周期为0.4 s C.波源S最初是向下振动 D.该波的波长为2

22、0 m,图12,解析 波在均匀介质中传播做匀速运动,因此其 速度v= =20 m/s,A正确;波振动的周期等于质 点振动的周期，因此从P点的振动图象可知波的 周期为T，因而无法知道周期的确定值,由v= 可知波长无法求,B、D错误,波传播路径上所有 质点的起振方向都和波源处质点的振动方向相 同,因此由P点的振动图象可知P点的起振方向向 下,因而波源S最初也是向下振动的,C正确. 答案 AC,3.下列关于水波传播发生了明显衍射现象的是 ( ) A.在水波前进方向上遇到突出水面的小树桩,小 树桩对水波的传播没有影响 B.在水波前进方向上遇到一个障碍物,障碍物后 面的水并没有发生振动 C.水波前进方向

23、上有一个带孔的屏,孔后的区域 传播着圆形的波浪 D.水波前进方向上有一个带缺口的屏,水波沿缺 口直线传播,屏后“阴影区”的水面没有明显 的振动,解析 在水波前进方向上遇到突出水面的小树 桩，小树桩对水波的传播没有影响，说明水波 能绕过树桩传播，发生了明显的衍射，A正确; 在水波前进方向上遇到一个障碍物，障碍物后 面的水并没有发生振动，说明水波没能明显地 绕过障碍物传播,没有发生明显的衍射,B错误; 水波前进方向上有一个带孔的屏,孔后的区域传 播着圆形的波浪,说明水波能绕到屏后传播了, 发生了明显的衍射,水波前进方向上有一个带缺 口的屏,水波沿缺口直线传播,屏后“阴影区”的 水面没有明显的振动,

24、即水波没有明显地绕到屏 后传播,没有发生明显的衍射,C正确,D错误. 答案 AC,4.a为声源,发出声波,b为接收者,接收a发出的声 波.a、b若运动,只限于沿两者连线方向上.下列 说法中正确的是 ( ) A.a静止,b向a运动,则b收到的声频比a发出的高 B.a、b向同一方向运动,则b收到的声频一定比a 发出的高 C.a、b向同一方向运动,则b收到的声频一定比a 发出的低 D.a、b都向相互背离的方向运动,则b收到的声 频比a发出的高,解析 波源a静止,接收者b向a运动,接收到的频 率变高，A正确；a、b向同一方向运动,如果a在 前,且a的速度比b的大,相当于b远离a,接收到的 频率降低,若

25、a的速度比b的小,相当于b靠近a,接 收到的频率变高,B、C错误；a、b都向相互背离 的方向运动,b相对于a远离,则b收到的频率比a 发出的低. 答案 A,5.图13所示为位于坐标原点的 波源A沿y轴方向做简谐运动 刚好完成一次全振动时的波 的图象,图中B、C表示沿波 传播方向上介质中的两个质点.若将该时刻设为 t=0时刻,已知该波的波速为10 m/s,则下列说法 中正确的是 ( ) A.波源A开始振动时的运动方向沿y轴正方向 B.在此后的第1 s内回复力对波源A一直做正功 C.从t=0时刻起0.6 s内质点C通过的路程为9 cm D.对波源A和质点B、C在任何连续的4 s内,回 复力对它们做的总功均为零,图13,解析 由图象可得,振动形式传到质点x=8 m时, 该质点先向下振动,说明波源A开始振动时的运 动方向沿y轴负方向;波长