（全国通用版）2019版高考物理一轮复习 选考部分 第一章 波 1.2 机械波课件.ppt

第2讲机械波,【知识导图】,波源,介质,振动形式,随波迁移,相同,垂直,在同一直线上,平衡位置,位移,平衡位置,相同,加强,减弱,波长,不变,发生变化,增大,减小,等于,【微点拨】1.求解波动图象与振动图象的“一分、一看、二找”方法:(1)分清振动图象与波动图象。此步骤最简单,只要看横坐标即可,横坐标为x则为波动图象,横坐标为t则为振动图象。,(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。(3)找准波动图象对应的时刻。(4)找准振动图象对应的质点。,2.波动图象问题的“五点”易错:(1)不理解振动图象与波的图象的区别。(2)误将振动图象看作波的图象或将波的图象看作振动图象。(3)不知道波传播过程中任意质点的起振方向就是波源的起振方向。,(4)不会区分波的传播位移和质点的振动位移。(5)误认为质点随波迁移。,(1)在机械波的传播中,各质点会随波迁移。纠错:_。(2)在水平方向传播的波为横波。纠错:_。,随波迁移的是振动形式和能量,各质点本身并不,随波迁移,只有振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波,【慧眼纠错】,(3)机械波的传播速度与振源的振动速度相等。纠错:_。(4)通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移。纠错:_。,机械波的传播速度与振源的振动速度无关,波的图象描述的是某一时刻各质点离开平衡位,置的位移,并不能找出其他时刻的位移,(5)两列波在介质中叠加,一定产生稳定干涉现象。纠错:_。(6)只有当障碍物的尺寸比波长小或与波长差不多时,才会产生衍射现象。纠错:_。,只有两波的频率相等,才会产生稳定干涉现象,会产生明显的衍射现象,(7)机械波在介质中传播的速度是由振源决定的。纠错:_。,机械波的传播速度由介质本身决定,与振源无,关,考点1波的形成与传播【典题探究】【典例1】(多选)(2017全国卷)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()导学号04450294,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,【题眼直击】(1)波沿x轴正方向传播则波传播时间t=_,传播距离x=_。(2)周期大于0.5s则tT,故传播时间t=_,传播距离x=_。,【解析】选B、C、E。由波形图可知,波长为4m,故A错误;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,又该简谐波的周期大于0.5s,波传播的距离x=,T=0.5s,故周期T=s,频率为1.5Hz,波速v=f=6m/s,故B、C正确;t=1s=T,t=0时,x=1m处的质点处于波峰位置,t=1s时,该质点处于波谷,故D错误;t=2s=3T,是周期整数倍,t=0时x=,2m处的质点在平衡位置,t=2s时,该质点同样经过平衡位置,故E正确。,【通关秘籍】1.波的传播过程中的特点:(1)振源经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传播一个波长的距离,所以有v=f。(2)质点振动nT(波传播n)时,波形不变。,(3)在波的传播方向上,当两质点平衡位置间的距离为n(n=1,2,3)时,它们的振动步调总相同;当两质点平衡位置间的距离为(2n+1)(n=0,1,2,3)时,它们的振动步调总相反。(4)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向,各质点的起振方向与波源的起振方向相同。,2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法:,【考点冲关】1.(2017天津高考)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2LC.t=时,P在平衡位置上方D.t=时,P的速度方向竖直向上,【解析】选C。绳波中质点的振动方向与波的传播方向垂直,属于横波,纵波的传播方向和质点的振动方向在同一条直线上,故A错误;根据波形图和波的传播方向可知,位移恰好为零且速度方向竖直向上的质点与O点距离应为L=(n+),其中n=0、1、2,波长=,可知当n=0时有波长的最大值,为m=4L,故B错误;0内P由平衡位置振动到波峰,内P由波峰回到平衡位置,可知t=时P在平衡位置上方向上振动,t=时P在平衡位置上方向下振动,故C正确,D错误。,2.(多选)(2016全国卷)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,【解析】选B、D、E。由题意知T=0.05s,v=16m/s,故波长=vT=0.8m,找P点关于S的对称点P1,由对称性可知P1和P的振动情况完全一致,P1Q两点相距x=,为半波长的整数倍,所以P1、Q两点的振动方向始终相反,P、Q两点的振动方向也始终相反,A错误,B正确;P点距离S点x=,当S恰好通过平,衡位置向上运动时,P在波峰,同理Q点距离S点x1=,当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰,C错误,D、E正确。,【加固训练】(多选)(2016天津高考)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(t),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,【解析】选A、B。波的周期T=4s,波长=8m,波速v=2m/s,则再经过6s,波传播的距离为x=vt=12m,故该波传到x=24m处,选项A正确;M点在此时振动方向向下,则第3秒末,即经过了0.75T,该点的振动方向沿y轴正向,选项B正确;因波传到x=12m处时,质点向y轴正向振动,故波源开始振动时的运动方向沿y轴,正方向,选项C错误;题图中M点振动方向沿y轴负方向,M点第一次到达y=-3m位置所需要的时间小于半个周期,即小于2s,选项D错误。,考点2振动图象和波动图象的综合应用【典题探究】【典例2】(多选)(2018南昌模拟)图甲为一列简谐横波在t=0时刻的波形图,P是平衡位置在x=1m处的质点,Q是平衡位置在x=4m处的质点,图乙为质点Q的振动图象,则下列说法正确的是()导学号04450295,A.这列波的波长是8m,周期是0.20s,振幅是10cmB.在t=0时刻,质点Q向y轴正方向运动C.从t=0到t=0.25s,该波沿x轴负方向传播了6mD.从t=0到t=0.25s,质点P通过的路程为0cmE.质点Q简谐运动的表达式为y=0.1sin10t(m),【解析】选A、B、E。由题图甲可知,这列波的波长是8m,由题图乙可知,周期为0.20s,振幅为10cm,A正确。由题图乙可知,在t=0时刻,质点Q向y轴正方向运动,B正确。从t=0到t=0.25s,该波沿x轴正方向传播了个波长,即传播了10m,C错误。从t=0到t=0.25s,质点P通过的路程大于5个振幅,即大于50cm,D错误。质点Q简谐运动的表达式为y=0.1sin10t(m),E正确。,【通关秘籍】振动图象和波动图象的比较:,【考点冲关】1.(多选)(2018邢台模拟)图甲为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图,P是平衡位置为x=1m处的质点,Q是平衡位置为x=4m处的质点,图乙为质点Q的振动图象,则下列说法正确的是(),A.该波的周期是0.10sB.该波的传播速度是40m/sC.该波沿x轴的负方向传播D.t=0.10s时,质点Q的速度方向向下E.从t=0.10s到t=0.25s,质点P通过的路程为30cm,【解析】选B、C、D。由图乙知波的周期T=0.20s,故A错误;由图甲知=8m,则波速v=40m/s,B正确;在t=0.10s时,由图乙知质点Q正向下运动,根据波平移法知波沿x轴负方向传播,故C、D正确;从t=0.10s到t=0.25s,t=0.15s=T,但由于t=0.10s时刻质点P不在平衡位置或最大位移处,所以质点P通过的路程不是3A=30cm,E错误。,2.(多选)(2014全国卷)图甲为一列简谐横波在t=2s时的波形图,图乙为媒质中平衡位置在x=1.5m处的质点的振动图象,P是平衡位置为x=2m的质点。下列说法正确的是(),A.波速为0.5m/sB.波的传播方向向右C.02s时间内,P运动的路程为8cmD.02s时间内,P向y轴正方向运动E.当t=7s时,P恰好回到平衡位置,【解析】选A、C、E。本题考查了机械振动与机械波。v=m/s=0.5m/s,A正确;x=1.5m处的质点t=2s时正在向下振动,根据“上坡下”可判断机械波向左传播,B错误;02s是半个周期,P点由波峰运动到波谷,C正确、D错误;7s是此时刻再经过5s,即1T,这时P点刚好回到平衡位置,E正确。,考点3波的多解问题【典题探究】【典例3】(多选)(2016四川高考)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()导学号04450296,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,【解题探究】(1)t=0时刻,Q点振动方向如何?提示:t=0时刻,Q点向上振动,P点先振动,P点刚开始振动时和Q点起振的振动方向一致。,(2)P点图象向右平移4s可以得到Q点图象,能否认为波传播10m历时4s?提示:不可以直接这样认为,波传播具有周期性,传播10m可能历时4s+nT,因此本题是多解情况。,【解析】选A、D。由图象知,质点Q起振方向为y轴正方向,A正确;由图象知周期T=6s,振动由P向Q传播,故时间t=nT+4s=(6n+4)s,n=0、1、2、3,故不可能为7s,B错误;由x=vt=10m可得v=m/s,n=0、1、2、3,波速不可能为2m/s,C错误;根据=vT=m,当n=1时,=6m,D正确。故选A、D。,【通关秘籍】1.造成波动问题多解的原因:(1)周期性。时间周期性:时间间隔t与周期T的关系不明确。空间周期性:波传播的距离x与波长的关系不明确。,(2)双向性。传播方向双向性:波的传播方向不确定。振动方向双向性:质点振动方向不确定。(3)波形的隐含性:在波动问题中,往往只给出波形的一部分,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。,2.解决波的多解问题的思路:一般采用从特殊到一般的思维方法,即先找出一个周期内满足条件的关系t或x,然后推广为通式t=nT+t(n=0,1,2,),x=n+x(n=0,1,2,)。,【考点冲关】1.一列简谐横波沿直线传播,某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距6m,且这两质点之间的波峰只有一个,则该简谐波可能的波长为()A.4m、6m和8mB.6m、8m和12mC.4m、6m和12mD.4m、8m和12m,【解析】选C。根据题意,可能的波形有三种,如图所示:则=6m,1=12m,2=6m3=6m,3=4m因此选项C正确。,2.如图中实线是一列简谐横波在t1=0时刻的波形图,虚线是这列波在t2=0.5s时刻的波形,这列波的周期T符合:3Tt2-t14T,问:,(1)若波速向右,波速多大?(2)若波速向左,波速多大?(3)若波速大小为74m/s,波速方向如何?,【解析】由图象可知=8m,由3Tt2-t14T知波传播距离为3x4。(1)当波向右传播时,波传播距离为s=3+=(38+3)m=27m,波速为v=m/s=54m/s。,(2)当波向左传播时,波传播距离为s=3+=(38+5)m=29m,波速为v=m/s=58m/s。,(3)若波速大小为74m/s,在t=t2-t1时间内波传播的距离为s=vt=740.5m=37m。因为s=37m=4+,所以波向左传播。答案:(1)54m/s(2)58m/s(3)向左传播,【加固训练】(2015全国卷)甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播,波速均为v=25cm/s,两列波在t=0时的波形曲线如图所示。求:,(1)t=0时,介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标。(2)从t=0开始,介质中最早出现偏离平衡位置位移为-16cm的质点的时间。,【解析】(1)t=0时,在x=50cm处两列波的波峰相遇,该处质点偏离平衡位置的位移为16cm。两列波的波峰相遇处的质点偏离平衡位置的位移均为16cm。从图线可以看出,甲、乙两列波的波长分别为1=50cm,2=60cm甲、乙两列波波峰的x坐标分别为,x1=(50+k11)cm,k1=0,1,2,x2=(50+k22)cm,k2=0,1,2,由式得,介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标为x=(50+300n)cm(n=0,1,2,),(2)只有两列波的波谷相遇处的质点的位移为-16cm。t=0时,两波波谷间的x坐标之差为x=式中,m1和m2均为整数。将式代入式得x=10(6m2-5m1)+5cm由于m1、m2均为整数,相向传播的波谷间的距离最小为x0=5cm,从t=0开始,介质中最早出现偏离平衡位置位移为-16cm的质点的时间为t=代入数据得t=0.1s答案:(1)x=(50+300n)cm(n=0,1,2,)(2)0.1s,考点4波的干涉现象和多普勒效应【典题探究】【典例4】(2017全国卷)如图甲,在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0,-2)。两波源的振动图线分别如图乙和图丙所示,两列波的波速均为1.00m/s。两列波从波源传播到点A(8,-2)的路,程差为m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互(选填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互(选填“加强”或“减弱”)。导学号04450297,【解题探究】(1)产生干涉的条件是什么?提示:两列波的频率相同。(2)在波的干涉现象中,振动步调相反的两列波振动加强与减弱的条件是什么?提示:s=n(n=0,1,2)振动减弱;s=(n+)(n=0,1,2,)振动加强。,【解析】由几何关系可知AS1=10m,AS2=8m,所以路程差为2m;同理可求BS1-BS2=0,为波长整数倍,由振动图象知两振源振动方向相反,故B点为振动减弱点;CS1-CS2=1m,波长=vT=2m,所以C点振动加强。答案:2减弱加强,【通关秘籍】波的干涉现象中加强点、减弱点的两种判断方法:(1)公式法: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r。当两波源振动步调一致时。若r=n(n=0,1,2),则振动加强;若r=(2n+1)(n=0,1,2),则振动减弱。,当两波源振动步调相反时。若r=(2n+1)(n=0,1,2,),则振动加强;若r=n(n=0,1,2,),则振动减弱。,(2)图象法:在某时刻波的干涉的波形图上,波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点,一定是加强点,而波峰与波谷的交点一定是减弱点,各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线,形成加强线和减弱线,两种线互相间隔,加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。,【考点冲关】1.(2018洛阳模拟)两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示,其中实线表示波峰,虚线表示波谷,则(),A.在两波相遇的区域中会产生干涉B.在两波相遇的区域中不会产生干涉C.a点的振动始终加强D.a