高考物理大一轮总复习 第一章 第2讲 机械波 新人教版选修34.ppt

01主干回顾固基础 知识点1机械波横波和纵波机械波的概念 机械振动 波源 介质 相互垂直 同一直线上 纵波 能量 相同 相同 知识点2横波的图象波速 波长和频率 周期 的关系 1 横波的图象 1 坐标轴 横轴表示各质点的 纵轴表示该时刻各质点的 2 意义 表示在波的传播方向上 某时刻各质点离开 的位移 平衡位置 位移 平衡位置 3 图象 4 应用 直接读取 和 以及该时刻各质点的 确定某时刻各质点加速度和速度的 并能比较大小 结合波的传播方向可确定各质点的 或由各质点的振动方向确定波的 振幅a 波长 位移 方向 振动方向 传播方向 2 波长 波速 频率及其关系 1 波长 在波动中 振动相位总是 的两个相邻质点间的距离 2 波速v 波在介质中的传播速度 由 本身的性质决定 3 频率f 由波源决定 等于波源的 4 波长 波速和频率的关系 相同 介质 振动频率 f 知识点3波的干涉和衍射现象多普勒效应 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 2 现象 波绕过 继续传播 差不多 更小 障碍物 3 多普勒效应 1 由于波源和观察者之间有 使观察者接收到的波的 发生变化的现象叫多普勒效应 2 注意 波源的频率 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 如果二者相互远离 观察者接收到的频率 3 应用 多普勒效应是所有波动过程共有的特征 根据声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度 根据光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的运行速度 相对运动 频率 不变 变大 变小 解析 根据机械波的物理模型 振源的振动使其周围质点依次振动 各质点能够依次振动 是因为相邻质点间存在相互作用力 沿波的传播方向 后一质点的振动必落后于前一质点 而且质点只在平衡位置附近振动 并不随波迁移 随波一起传出去的是能量和振动形式 正确答案为abc 答案 abc 2 波的图象 多选 一列简谐横波沿x轴正方向传播 某时刻其波形如图所示 下列说法正确的是 a 由波形图可知该波的波长为4mb 由波形图可知x 2m处的质点q该时刻位移为0 2mc 经1 4周期后质点p运动到q点d 经1 4周期后质点r的速度变为零 3 振动和波的关系 关于振动和波的关系 以下说法正确的是 a 如果波源停止振动 在介质中传播的波也立即停止b 物体做机械振动 一定产生机械波c 波在介质中传播的频率由波源决定 与介质的性质无关d 波源振动的越快 波的速度也越大 解析 波源停止振动 介质中已经振动起来的质点有一定的能量 要继续振动一段时间 波也要继续传播一段时间才停止 a错误 产生机械波的条件是机械振动和传播振动的介质 b错误 波的频率由波源决定 与介质无关 波速和介质有关 c正确 波源振动快慢和波的传播速度是两个不同的概念 d错误 答案 c 4 波长 波速 频率的关系 如图所示 位于介质 和 分界面上的波源s 产生两列分别沿x轴负方向与正方向传播的机械波 若在两种介质中波的频率及传播速度分别为f1 f2和v1 v2 则 a f1 2f2 v1 v2b f1 f2 v1 0 5v2c f1 f2 v1 2v2d f1 0 5f2 v1 v2 二 规律方法题组5 振动与波动关系及v f的应用 2012 四川高考 在xoy平面内有一列沿x轴正方向传播的简谐横波 波速为2m s 振幅为a m n是平衡位置相距2m的两个质点 如图所示 在t 0时 m通过其平衡位置沿y轴正方向运动 n位于其平衡位置上方最大位移处 已知该波的周期大于1s 则 1 机械波传播的是振动的形式 能量和信息 在传播方向上 各质点只在平衡位置附近做简谐运动 是变加速运动 介质质点并不迁移 2 已知同一时刻两质点的位置情况要画出波形图 确定两质点的距离与波长的关系 02典例突破知规律 2 振动与波动的区别和联系 典例透析如图所示为波源o振动1 5s时沿波的传播方向上部分质点振动的波形图 已知波源o在t 0时开始沿y轴负方向振动 t 1 5s时它正好第二次到达波谷 问 1 何时x 5 4m的质点第一次到达波峰 2 从t 0开始至x 5 4m的质点第一次到达波峰这段时间内 波源通过的路程是多少 解题探究 1 在一个周期的时间内 波传播的距离多大 提示 一个波长 2 在一周期内 波上的质点的路程多大 提示 s路 4a 机械波的特点及各物理量之间的关系 1 介质依存性 机械波离不开介质 2 能量信息性 机械波传播的是振动的形式 能量和信息 3 传播不移性 在传播方向上 各质点只在各自平衡位置附近振动 并不随波迁移 4 时空重复性 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 介质中各质点的振动周期均等于振源的振动周期且在传播中保持不变 6 起振同向性 各质点开始振动方向与振源开始振动的方向相同 7 波长 波速和频率的关系 v f f由波源决定 v由介质决定 变式训练 2013 北京高考 一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波 波速为4m s 某时刻波形如图所示 下列说法正确的是 a 这列波的振幅为4cmb 这列波的周期为1sc 此时x 4m处质点沿y轴负方向运动d 此时x 4m处质点的加速度为0 典例透析 2012 安徽高考 一列简谐波沿x轴正方向传播 在t 0时波形如图所示 已知波速为10m s 则t 0 1s时正确的波形应是下图中的 解题探究 1 根据题中条件可以确定哪些物理量 2 如何根据t 0时刻的波形图确定t 0 1s时刻的波形图 提示 可以根据波速和时间计算出波沿x轴传播的距离来确定波移动的距离 波的传播方向与质点的振动方向的判断方法 变式训练 多选 简谐横波某时刻的波形图如图所示 由此图可知 a 若质点a向下运动 则波是从左向右传播的b 若质点b向上运动 则波是从左向右传播的c 若波从右向左传播 则质点c向下运动d 若波从右向左传播 则质点d向上运动解析 若波从左向右传播 根据 上下坡法 可知 a b点向上运动 c d点向下运动 可知b正确 a错误 若波从右向左传播 同理可知 a b点向下运动 c d点向上运动 可知c错误 d正确 答案 bd 考点3波的多解性问题解题考点解读 造成波动问题多解的主要因素 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 如 a 质点达到最大位移处 则有正向和负向最大位移两种可能 b 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 c 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 d 只给出两时刻的波形 则有多次重复出现的可能 解决此类问题时 往往采用从特殊到一般的思维方法 即找到一个周期内满足条件的特例 在此基础上 如知时间关系 则加nt 如知空间关系 则加n 典例透析 多选 一列横波沿直线传播 在波的传播方向上有a b两点 在t时刻a b两点间形成的波形如图甲所示 在 t 3s 时刻a b两点间形成的波形如图乙所示 已知a b两点间的距离s 9m 则以下说法中正确的是 a 若周期为4s 波一定向右传播b 若周期大于4s 波可能向右传播c 若波速为8 5m s 波一定向左传播d 该波波速可能的最小值为0 5m s 解题探究 1 波速的公式是 2 波向右传播 波的周期 3 波向左传播 波的周期 变式训练 有两列简谐横波a b在同一介质中沿x轴正方向传播 波速均为v 2 5m s 在t 0时两列波的波峰正好在x 2 5m处重合 如图所示 求 1 两列波的周期ta和tb 2 t 0时两列波的波峰重合处的所有位置 考点4波的图象与振动图象的综合应用考点解读 振动图象与波的图象的比较 典例透析介质中坐标原点o处的波源在t 0时刻开始振动 产生的简谐波沿x轴正方向传播 t0时刻传到l处 波形如图所示 下列能描述x0处质点振动的图象是 解题探究 1 t0时刻x0质点的振动方向 位移如何变化 提示 竖直向下 位移将减小 2 x0处质点开始振动时起振方向 提示 根据每一点的起振方向都和波源的起振方向一样 由图象可判断知l处质点的起振方向竖直向下 故x0处质点开始起振方向为竖直向下 尝试解答 选c 由波的图象可知t0时x0处质点正向下振动 下一时刻质点纵坐标将减小 排除b d选项 由l处质点的起振方向向下可知 x0处质点开始振动时的振动方向向下 故a错误 c正确 点拨 本题综合考查了波传播和质点振动间的关系 要能根据波形图和波传播方向判断质点的振动方向 同时要理解 介质起振的方向跟波源开始振动方向相同 每个图象前部都有空白部分表示这段时间振动形式还没传播到x0处 一分 一看 二找 巧解波动图象与振动图象综合类问题 1 分清振动图象与波动图象 只要看清横坐标即可 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 变式训练 1 图甲表示一列简谐横波在t 20s时的波形图 图乙是该列波中的质点p的振动图象 由甲 乙两图中所提供的信息可知这列波的传播速度v以及传播方向分别是 a v 25cm s 向左传播b v 50cm s 向左传播c v 25cm s 向右传播d v 50cm s 向右传播 2 简谐横波a沿x轴正方向传播 简谐横波b沿x轴负方向传播 波速都是10m s 振动方向都平行于y轴 t 0时刻 这两列波的波形如图所示 下面画出的是平衡位置在x 2m处的质点从t 0开始在一个周期内的振动图象 其中正确的是 考点5波特有的现象深化考点解读 波的干涉的理解1 加强点与减弱点的比较 典例透析两波源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点的振动始终减弱 解题探究 1 发生干涉的条件是什么 提示 频率相等 2 波速由什么决定 提示 介质 尝试解答 选b 解答此题要关注以下几点 1 相邻波峰间的距离等于波长 2 发生干涉的条件是两列波频率相等 3 波速由介质决定 两列波在介质中传播速度相同 根据题意 由于介质相同 所以两列波的波速相等 由题图可知 两列波的波长不相等 由v f知两列波的频率不相等 因此相遇时不会发生干涉现象 也就不会出现振动始终加强或者始终减弱的区域 选项a错误 b正确 a点在图示时刻是两波峰相遇 振动加强 但因频率不同 另一时刻 可能是两列波的波峰和波谷相遇 振动就减弱了 故选项c d均错误 1 在稳定的干涉区域内 振动加强点始终加强 振动减弱点始终减弱 两列相干波的波峰与波峰 或波谷与波谷 相遇处是振动最强的地方 并且用一条直线将以上加强点连接起来 这条直线上的点都是加强的 而波峰与波谷 或波谷与波峰 相遇处是振动最弱的地方 把以上减弱点用直线连接起来 直线的点都是减弱点 2 不论是振动加强的质点还是振动减弱的质点 都仍在其平衡位置附近振动 某点的振动加强 是指这个质点以较大的振幅振动 而某点的振动减弱 是指这个质点以较小的振幅振动 因此 振动加强点的位移不是始终等于振幅 它的位移的大小和方向随时间在发生周期性的变化 变式训练 1 2013 天津市模拟 消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题 内燃机 通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声 干涉型消声器可以用来消弱高速气流产生的噪声 干涉型消声器的结构及气流运行如图所示 产生波长为 的声波沿水平管道自左向右传播 当声波到达a处时 分成两束