高考物理大一轮复习 第十二章 第2讲 机械波课件.ppt

一 机械波的形成和传播特点1 机械波的产生条件 振源 介质 2 机械波的分类 1 横波 质点振动方向与波的传播方向 垂直 2 纵波 质点振动方向与波的传播方向在同一直线上 3 机械波的传播 1 在同一种均匀介质中机械波的传播是匀速的 波速 波长和频率 周期 之间满足公式 v f 2 介质质点的运动是在各自的平衡位置附近振动 是变加速运动 介质质点并不随波 迁移 3 机械波传播的是 振动形式 能量和信息 4 机械波的频率由 波源决定 而传播速度由 介质决定 二 波的图象1 坐标轴x轴 各质点 平衡位置的连线 y轴 沿质点振动方向 表示质点的位移 2 波的图象的物理意义表示介质中各质点在某一时刻相对各自 平衡位置的位移 3 波的图象的形状简谐波的图象是 正弦 或余弦 曲线 如图所示 三 波的特有现象1 一切波都能发生反射 折射 衍射 干涉 其中衍射 干涉是波特有的性质 1 衍射 波绕过障碍物继续传播的现象 能够发生明显的衍射现象的条件是 障碍物 或小孔 的尺寸比波长 小或相差不多 2 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 这种现象叫做波的干涉 产生干涉的必要条件是 两列波的频率 相同 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 波峰和波峰叠加得到振动 加强点 波谷和波谷叠加也得到振动 加强点 波峰和波谷叠加得到振动 减弱点 2 多普勒效应波源 相对观察者运动时 观察者观察到的频率高于或低于波的实际频率的现象 1 1 相距一个 或整数个 波长的两个质点的振动位移在任何时刻都相同 而且振动速度的大小和方向也相同 2 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 3 障碍物尺寸比波长大时 能观察到明显的衍射现象 4 波的传播在时间上有周期性 在空间上也有周期性 答案 1 2 3 4 2 如图所示是一列向右传播的简谐横波在某一时刻的波形图象 如果此列波的波速为2 4m s 则在传播过程中位于x轴上x 0 3m到x 0 6m之间的某质点p 从这一时刻起在1s内所通过的路程为 a 2 56cmb 2 4cmc 0 16md 0 02m答案c由波的图象可知 此列波的波长为1 2m 振幅为2cm 周期为t 0 5s 波中每个质点在一个周期内所经过的路程一定等于4倍振幅 在两个周期内所走过的路程一定等于8倍振幅 所以在1s内通过的路程为0 16m 3 如图甲所示为一列简谐横波在t 20s时的波形图 图乙是这列波中p点的振动图线 那么该波的传播速度和传播方向是 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 答案b由振动图象知周期t 2s 由波动图象知波长 100cm 1m 得v t 0 5m s 50cm s 所以先排除选项a c 由图乙知此时刻p质点向上运动 由质点运动方向与波的传播方向的关系 得出波向左传播 故b正确 d错误 4 多选 如图所示 一列沿x轴传播的简谐横波某时刻的波形图如图甲所示 若从此刻开始计时 图乙表示某质点的振动图象 则下列选项中正确的是 a 若波沿x轴正方向传播 则图乙表示a点的振动图象b 若波沿x轴正方向传播 则图乙表示b点的振动图象 c 若波沿x轴负方向传播 则图乙表示c点的振动图象d 若波沿x轴负方向传播 则图乙表示d点的振动图象 答案bd图乙表示质点从平衡位置开始向正方向运动 因此可能是b d点的振动图象 若波沿x轴正方向传播 b点从平衡位置向上振动 图乙表示b点的振动图象 b正确 若波沿x轴负方向传播 d点从平衡位置向上振动 图乙表示d点的振动图象 d正确 1 波传到任意一点 该点的起振方向都和波源的起振方向相同 2 介质中每个质点做的都是受迫振动 所以任一质点的振动周期都和波源的相同 因此可以断定 波从一种介质进入另一种介质 由于介质的情况不同 它的波长和波速可以改变 但频率和周期都不会改变 3 相隔波长整数倍的两质点 振动状态总相同 相隔半波长奇数倍的两质点 振动状态总相反 重难一机械波的形成与传播 或能量 向外平移的速度 即波速 在同一均匀介质中波动的传播是匀速的 与波动频率无关 波动中各质点都在平衡位置附近做周期性振动 是变加速运动 质点并没沿波的传播方向随波迁移 因此要区分开这两个速度 4 波速与振速的区别波源振动几个周期 波形就向外平移几个波长 这个比值就表示了波形 a 此时p 2m 0cm q 2m 0cm 两点运动方向相同b 再经过0 5s质点n刚好在 5m 20cm 位置c 能与该波发生干涉的横波的频率一定为3hzd 波的频率与波源的振动频率无关 典例1在某一均匀介质中由波源o发出的简谐横波在x轴上传播 某时刻的波形如图 其波速为5m s 则下列说法正确的是 题图知 2m 由v 得t 0 4s 所以t 0 5s 1t时 由平移法可得波再传播1 n处于波峰 b正确 因该波的频率f 2 5hz 所以频率为3hz的横波不满足干涉条件 c错误 波的频率与波源的振动频率相同 d错误 答案ab 解析由同侧法可得p q两点振动方向均沿y轴负方向 所以a正确 由 1 1如图所示 一列简谐横波沿 x方向传播 已知在t 0时 波传播到x轴上的b质点 在它左边的a质点位于负最大位移处 在t 0 6s时 质点a第二次出现在正的最大位移处 1 这列简谐波的波速是m s 2 t 0 6s时 质点d已运动的路程是m 答案 1 5 2 0 1解析 1 波长 2m 由题述可知周期t 0 4s 这列简谐波的波速是v t 5m s 2 t 0 6s时 质点d已振动0 5个周期 运动的路程是2个振幅 为2a 10cm 0 1m 重难二振动图象与波动图象的区别 典例2一列简谐横波 某时刻的图象如图甲所示 从该时刻开始计时 a质点的振动图象如图乙所示 则 a 波沿x轴正向传播b 波速是25m sc 经过 t 0 4s 质点a通过的路程是4md 质点p比质点q先回到平衡位置 必定沿x轴负方向传播 a错误 由图甲知 20m 由图乙知t 8 10 1s 所以波速v 25m s b正确 0 4s 所以质点a通过的路程为2a 4m c正确 由于波沿x轴负方向传播 p点振动方向向下 回到平衡位置的时间大于 而q点回到平衡位置的时间为 所以d错误 答案bc 解析由a质点的振动图象知a质点在t 0时刻由平衡位置向上振动 则波 2 1 多选 一列简谐横波在某一时刻的波形图如图甲所示 图中p q两质点的横坐标分别为x 1 5m和x 4 5m p点的振动图象如图乙所示 在下列四幅图中 q点的振动图象可能是 答案bc解析由图甲知该波的波长 4m 而p q两质点间间距 x 3m 则两质点的振动步调相差t 结合图乙知a d两项均错误 因波的传播方向未知 故无法判定q点的振动状态相比于p点是超前还是滞后 b c均正确 2 2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 1 0m处的质点 q是平衡位置为x 4 0m处的质点 图乙为质点q的振动图象 则 a t 0 15s时 质点q的加速度达到负向最大 b 质点q做简谐运动的表达式为x 10sint cm 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 答案c解析由题图甲 乙知 该波的波长 8m 周期t 0 20s 故波速v 40m s 又知t 0 10s时 q点振动方向向下 故波沿x轴负方向传播 t 0 15s时 q点处在波谷 其加速度达正向最大 选项a错误 q点做简谐运动的表达式为x 10sin10 t cm 选项b错误 x 40 0 15m 6m 选项c正确 t 0 10s时 p点处在7 07cm处向上振动 故从t 0 10s到t 0 25s 质点p通过的路程小于30 cm 选项d错误 一 波的传播方向与质点振动方向的互判方法已知波的传播方向和某时刻的图象可判断介质中各质点的振动方向 常用的方法如下 当已知质点振动方向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 典例1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 则波传播的速度为m s t 0 15s时质点p的运动方向沿y轴方向 选填 正 或 负 解析从乙图可得周期为t 0 20s 从甲图可得波长 8m 波速为v 4 0m s t 0 10s时 q质点在平衡位置且向y轴负方向振动 可根据甲图判断出波向x轴负方向传播 质点p向y轴正方向运动 再过时 p质点的振动方向沿y轴负方向 答案40负二 利用波传播的周期性 双向性解题1 波的图象的周期性 相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同 从而使题目的解答出现多解的可能 2 波传播方向的双向性 在题目未给出传播方向时 要考虑到波可沿x轴正向或负向传播的两种可能性 解析从乙图可得周期为t 0 20s 从甲图可得波长 8m 波速为v 4 典例2一列简谐波沿x轴方向传播 已知x轴上x1 0和x2 1m两处质点p q的振动图象分别如图甲和图乙所示 求此波的传播速度 甲 乙 解析由所给出的振动图象可知周期t 4 10 3s 由图象可知t 0时刻 x1 0处的质点p在正向最大位移处 x2 1m处的质点q在