高考物理一轮复习 12.2机械波课件.ppt

第二讲机械波 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 机械波的形成和传播 考点自清 1 机械波的产生条件 1 振源 2 2 机械波的分类 机械波可分为和纵波两种 前者质点振动方向和波的传播方向 后者质点振动方向和波的传播方向在同一直线上 介质 横波 垂直 3 机械波的传播特征 1 介质质点的运动是在各自的平衡位置附近 是变加速运动 介质质点并不随波 2 机械波传播的是 能量和信息 3 机械波的频率由波源决定 而传播速度由决定 振动 迁移 振动形式 介质 4 波长 频率和波速 1 波长 在波动中 振动相位总是相同的两个质点间的距离 用 表示 波长由频率和波速共同决定 横波中 相邻两个 或 之间的距离等于波长 纵波中 相邻两个 或 之间的距离等于波长 相邻 波峰 波谷 密部 疏部 波源 介质 f 基础自测 1 下列关于简谐运动和简谐波的说法 正确的是 a 媒质中质点振动的周期一定和相应的波的周期相等b 媒质中质点振动的速度一定和相应的波的波速相等c 波的传播方向一定和媒质中质点振动的方向一致d 横波的波峰与波谷在振动方向上的距离一定是质点振幅的两倍 解析 波传播过程中每个质点都在前面质点的驱动力作用下做受迫振动 a正确 波速是波在介质中传播的速度 在同种均匀介质中波速是个常量 质点振动速度随质点振动所处位置不断变化 b c错误 波峰 波谷分别是平衡位置上方 下方最大位移处 而振幅是振动中偏离平衡位置的最大距离 d正确 答案 ad 二 波的图象 考点自清 1 坐标轴x轴 各质点的连线 y轴 沿质点振动方向 表示质点的 2 物理意义 表示介质中各质点在某一时刻相对各自的位移 平衡位置 位移 平衡位置 3 图象形状 简谐波的图象是 或余弦 曲线 如图所示 正弦 2 一列简谐横波在x轴上传播 某时刻的波形图如图所示 a b c为三个质点 a正向上运动 由此可知 a 该波沿x轴正方向传播b c正向上运动c 该时刻以后 b比c先到达平衡位置d 该时刻以后 b比c先到达离平衡位置 最远处 解析 由于a质点向上运动 波向x轴正方向传播 选项a正确 此时b质点向上运动 c质点向下运动 b比c先回到平衡位置 选项c正确 选项b错误 c向下运动 所以c质点比b质点先到达最大位移处 选项d错误 答案 ac 三 波的特有现象 考点自清 1 机械波的反射 折射 衍射 干涉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 的尺寸比波长或相差不多 小 2 干涉 产生干涉的必要条件是 两列波的频率 在稳定的干涉区域内 振动加强点始终 振动减弱点始终 波峰和波峰叠加得到振动点 波谷和波谷叠加也得到振动点 波峰和波谷叠加得到振动点 2 多普勒效应 波源运动时 观察者观察到的频率高于或低于波的实际频率的现象 相同 加强 减弱 加强 加强 减弱 相对观察者 基础自测 3 下面哪些应用是利用了多普勒效应 a 利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度b 交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波 波被运动的汽车反射回来 根据接收到的频率发生的变化 就知道汽车的速度 以便于进行交通管理c 铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况d 有经验的战士利用炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去 解析 由于天体相对地球在运动 所以天体发出的光波 在地球上接收到后其频率发生变化 故选项a正确 同理可知b d选项正确 铁路工人用耳贴在铁轨上判断火车的运动情况 是利用了波在不同介质中传播速度不同的原理 故选项c错误 答案 abd 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 1 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周期且在传播中保持不变 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 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 2 对波的图象的理解波的图象反映的是波在传播过程中某一时刻各个质点相对于各自的平衡位置的位移情况 从图象可以得到的物理量有 1 波长 2 振幅a 3 该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况 3 波的传播方向与质点振动方向的互判方法已知质点振动方向可判断波的传播方向 或已知波的传播方向和某时刻的图象可判断介质质点的振动方向 常用的方法如下 2013年新课标全国卷 如图 a b c d是均匀媒介中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 例1 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e 当质点d向下运动时 质点b一定向上运动 答案 acd 如图所示 沿波的传播方向上有间距均为2m的五个质点 均静止在各自的平衡位置 一列简谐横波振幅为4cm 以2m s的速度水平向右传播 t 0时刻到达质点a 质点a开始由平衡位置向下运动 t 3s时质点a第一次到达最高点 下列说法正确的是 变式训练1 a 质点d开始振动后的振动周期为4sb t 4s时刻波恰好传到质点ec t 5s时刻质点b到达最高点d 在3s t 4s这段时间内质点c速度方向向上e 在前6s内质点b通过的路程为8cm 答案 abd 2013年北京卷 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 例2 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 思路指导 由波的图象可以获得相关信息 已知波的传播方向判断出介质中质点的振动方向 介质中各质点都在做简谐运动 满足做简谐运动的动力学特点 答案 d 如图所示是一列简谐横波在t 0时的波形图 若波的传播速度为2m s 此时质点p向上振动 下列说法正确的是 变式训练2 a 质点p的振动周期为0 25sb 经过任意时间 质点q和p的振动情况总是相同的c 经过 t 0 4s 质点p向右移动0 8md 经过 t 0 4s 质点p仍在平衡位置 它通过的路程为0 2m 解析 根据波形图可知 波长 0 4m 振幅a 5cm 已知v 2m s 所以t v 0 2s 选项a错误 质点q和p间的距离刚好是1个波长 所以它们的振动情况总是相同的 选项b正确 在机械波的传播过程中 各质点并不随波迁移 而是在自己的平衡位置附近振动 选项c错误 经过 t 0 4s 2t 质点p回到初始位置 不在平衡位置 它通过的路程是8a 40cm 0 4m 也不是0 2m 选项d错误 答案 b 1 振动图象与波动图象的比较振动图象与波动图象虽然形状相同 但所研究的对象 意义 特点等有所不同 所以 要掌握两者的区别及在某些情况下两者的相互转化 特别提醒 1 波的图象表示波中各质点在某时刻的位移 振动图象表示某质点位移随时间的变化规律 2 区分波的图象和振动图象关键是看横轴表示位移x还是时间t 如果是位移x则为波的图象 如果是时间t 则为振动图象 2 由t时刻波形图画t t时刻的波形图 1 平移法 先算出经 t时间波传播的距离 x v t 再把波形沿波的传播方向平移 x 当 x 即 x n x时 可采取去整 n 留零 x 的方法只需平移x即可 2 特殊点法 在波形上找特殊点 如过平衡位置的点 与它相邻的波峰和波谷 判断出这些点经过 t后的位置 画出相应的正弦曲线或余弦曲线即可 这种方法只适用 t k的情况 2014年全国卷 图 a 为一列简谐横波在t 2s时的波形图 图 b 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 例3 a 波速为0 5m sb 波的传播方向向右c 0 2s时间内 p运动的路程为8cmd 0 2s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 思路指导 由振动图象判断t 2s时x 1 5m处质点的振动方向 从而确定波的传播方向 由两图象获得相关信息 确定波的传播速度大小 已知波的传播方向 确定x 2m处质点p在0 2s时间内的运动情况 确定t 7s时p质点的位移 答案 ace 2013年四川卷 图甲是一列简谐横波在t 1 25s时的波形图 已知c位置的质点比a位置的晚0 5s起振 则图乙所示振动图象对应的质点可能位于 a a x bb b x cc c x dd d x e 变式训练3 由振动图象可知t 0时刻质点位于x轴上方且正在沿y轴正方向运动的点的范围应为0 x a或d x e 故选项d正确 答案 d 1 波的干涉与波的衍射的比较 2 对波的干涉的理解 1 加强点与减弱点的比较 2 加强点和减弱点的判断方法 图样法 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 这就是干涉图样 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 3 对多普勒效应的理解 2013年山东卷 如图所示 在某一均匀介质中 a b是振动情况完全相同的两个波源 其简谐运动表达式均为x 0 1sin 20 t m 介质中p点与a b两波源间的距离分别为4m和5m 两波源形成的简谐横波分别沿ap bp方向传播 波速都是10m s 例4 1 求简谐横波的波长 2 p点的振动 填 加强 或 减弱 答案 1 1m 2 加强 利用发波水槽得到的水面波形如图a b所示 则 变式训练4 a 图a b均显示了波的干涉现象b 图a b均显示了波的衍射现象c 图a显示了波的干涉现象 图b显示了波的衍射现象d 图a显示了波的衍射现象 图b显示了波的干涉现象解析 本题考查波的衍射 波的干涉 意在考查考生对波的衍射和波的干涉演示实验的理解能力 图a表明波通过狭缝后发生衍射 图b现象出现稳定的振动加强和振动减弱区域 是波的干涉现象 答案 d 思想方法技巧运用提升素养 学科素养提升 2 造成波多解的主要因素 1 周期性 波的空间周期性沿波的传播方向相距波长整数倍的各质点振动情况完全相同 因此在同一波形图上 某一振动状态 位移 速度等 会不断地重复出现 这就是波的空间周期性 波的时间周期性由于经过周期整数倍的时间 即t t nt 各质点的振动情况 位移 速度 加速度等 与它在t时刻的振动情况完全相同 因此t时刻的波形在t t nt时刻必然重复出现 这就是波的时间周期性 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 质点达到最大位移处 则有正向最大位移和负向最大位移两种可能 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 只告诉波速而不指明波的传播方向 应考虑沿两个方向传播的可能 只给出两时刻的波形 则有多次重复出现的可能等 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 3 波形的隐含性形成多解性在波动问题中 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 形成相关波动问题的多解性 如图所示实线是一列简谐横波在t1 0时刻的波形 虚线是这列波在t2 0 5s时刻的波形 这列波的周期t符合 3t t2 t1 4t 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 例5 思路指导 根据波的传播方向 写出传播距离与波长的关系 进而确定传播时间与周