沪科版高考物理一轮复习：选修3-4第12章第2节《机械波》ppt精编课件.ppt

第2节机械波 一 机械波1 形成和产生条件 1 机械振动在介质中的传播 叫机械波 简谐运动在 中的传播叫简谐波 介质 2 形成 介质可以看成是由大量质点构成 相邻质点间有相互作用力 当介质中的某一点发生振动时 就会带动它周围的质点振动起来 形成机械波 3 产生的条件 有波源 有介质 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 波的传播 方向 凹陷 一条直线 密部 疏部 二 波长 频率和波速1 波长 1 定义 在波的传播方向上 两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总 的质点之间的距离叫做波长 相等 2 理解 在横波中 两个相邻的波峰 或波谷 间的距离等于波长 在纵波中 两个相邻的密部 或疏部 间的距离等于波长 波的传播实质就是波形的平移 波形在一个周期内向前平移的距离等于一个波长 2 频率波源的振动频率即波的频率 因为介质各质点做受迫振动 其振动是由波源的振动引起的 故各个质点的振动频率都等于波源的振动频率 不随介质的不同而变化 当波从一种介质进入另一种介质时 波的频率 不变 三 波的图像1 图像在平面直角坐标系中 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 连接各位移矢量的末端 得出的曲线即为波的图像 简谐波的图像是 或余弦 曲线 平衡位置 位移 正弦 2 物理意义 某一时刻介质中 相对平衡位置的位移 四 波的特有现象1 衍射 1 定义 波可以绕过障碍物继续传播的现象 各质点 2 产生明显衍射现象的条件是 2 波的叠加定义 几列波相遇时 每列波都能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰 只是在重叠的区域里 障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多 介质中的质点同时参与这几列波引起的振动 质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的 3 干涉 1 定义 频率相同的两列波叠加 使某些区域的振动 某些区域的振动 这种现象叫做波的干涉 矢量和 加强 减弱 2 产生稳定的干涉现象的两个必要条件 4 多普勒效应 1 定义 由于波源跟观察者之间有相对运动 使观察者感受到波的频率发生了变化的现象 叫做多普勒效应 两列波的频率相同 两个波源的相位差保持不变 2 现象 当波源相对介质静止 观察者向着波源运动时 观察者接收到的频率大于波源频率 当观察者以速度v离开波源运动时 接收频率小于波源的频率 当观察者相对介质静止 波源向着观察者运动时 观察者接收到的频率大于波源频率 当波源以速度u离开观察者运动时 接收频率小于波源的频率 一 振动图像与波动图像的比较 即时应用1 如图12 2 1所示 图甲为一列简谐波某时刻的波形 图乙表示该波传播的介质中某质点此后一段时间内的振动图像 则 图12 2 1 A 若波沿x轴正方向传播 图乙为a点的振动图像B 若波沿x轴正方向传播 图乙为b点的振动图像C 若波沿x轴负方向传播 图乙为c点的振动图像D 若波沿x轴负方向传播 图乙为d点的振动图像 解析 选BD 波传播过程中质点不随波迁移 而是在平衡位置附近上 下振动 如果简谐波向右传播 右边质点跟着左边质点运动 如果向左传播 左边质点跟着右边质点运动 图乙为振动图像 它反映了质点在0 T 4时间内由平衡位置向y轴 正方向运动 在T 4 T 2时间内质点由正向最大位移处回到平衡位置 图甲为波动图像 如果波向右传播 在0 T 4内质点b由平衡位置向正向最大位移处运动 选项B正确 同理选项D正确 二 质点振动方向与波传播方向的互判 即时应用2 2010 高考安徽理综卷 一列沿x轴正方向传播的简谐横波 某时刻的波形如图12 2 2所示 P为介质中的一个质点 从该时刻开始的一段极短时间内 P的速度v和加速度a的大小变化情况是 A v变小 a变大B v变小 a变小C v变大 a变大D v变大 a变小 图12 2 2 解析 选D 根据波的传播方向与介质中质点的运动方向的关系即 下坡上振 可知质点P在该时刻的振动方向为向上振动 正返回平衡位置 再由简谐运动的规律可知 v变大 a变小 故选D 三 波的干涉 衍射及多普勒效应1 波的干涉与波的衍射的比较 特别提醒 1 加强区振动加强只是振幅变大 并不是质点一直处于位移最大值 2 只有符合干涉条件的两列波相遇时才能产生干涉现象 3 任何波都能发生衍射现象 而发生明显的衍射需要一定的条件 2 多普勒效应的几点注意 1 发生多普勒效应时 波源的真实频率不会发生任何变化 只是观察者接收到的频率发生了变化 2 观察者接收到的频率发生变化的原因是观察者与波源之间有相对运动 3 多普勒效应的两种情况 即时应用3 2011 高考上海单科卷 两波源S1 S2在水槽中形成的波形如图12 2 3所示 其中实线表示波峰 虚线表示波谷 则 图12 2 3 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析 选B 由图知 两列波的波长不相等 不满足波的干涉条件 故B正确 A C D错误 2011 高考海南卷 一列简谐横波在t 0时的波形图如图12 2 4所示 介质中x 2m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y 10sin 5 t cm 关于这列简谐波 下列说法正确的是 图12 2 4 A 周期为4 0sB 振幅为20cmC 传播方向沿x轴正向D 传播速度为10m s 思路点拨 解此题关键有两点 1 利用y 10sin 5 t 确定振幅 周期及P点振动方向 2 利用波的图像确定波长及波速和传播方向 答案 CD 方法引导 波的图像描述在波的传播方向上的介质中各质点在某时刻离开平衡位置的位移 简谐波的图像是一条正弦或余弦曲线 波的图像的重复性 相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同 2010 高考海南卷 如图12 2 5为某一报告厅主席台的平面图 AB是讲台 S1 S2是与讲台上话筒等高的喇叭 它们之间的相互位置和尺寸如图所示 报告者的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫 为了避免啸叫 话筒最好摆放在讲台上适当的位置 在这些位置上两个喇叭传来的声音因干涉而相消 已知空气中声速为340m s 若报告人声音的频率为136Hz 问讲台上这样的位置有多少个 思路点拨 讲台上适当的位置 应满足两声波在该位置为振动减弱点 然后确定加强点 利用对称性 再确定减弱点 图12 2 5 图12 2 6 所以 B点也是干涉加强点 因而O B之间有2个干涉相消点 由对称性可知 AB上有4个干涉相消点 答案 4个 规律总结 加强点和减弱点的判断 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 满分样板11分 2012 镇江模拟 如图12 2 7实线是某时刻的波形图像 虚线是经过0 2s时的波形图像 求 图12 2 7 1 波传播的可能距离 2 可能的周期 3 可能的波速 4 若波速是35m s 求波的传播方向 5 若0 2s小于一个周期时 求传播的距离 周期 波速 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 1 波的传播方向有两种可能 向左传播或向右传播 向左传播时 传播的距离为x n 3 4 4n 3 m n 0 1 2 1分 向右传播时 传播的距离为x n 4 4n 1 m n 0 1 2 1分 2 向左传播时 传播的时间为t nT 3T 4得 T 4t 4n 3 0 8 4n 3 n 0 1 2 1分 向右传播时 传播的时间为t nT T 4得 T 4t 4n 1 0 8 4n 1 n 0 1 2 1分 3 计算波速 有两种方法 v x t或v T向左传播时 v x t 4n 3 0 2 20n 15 m s 或v T 4 4n 3 0 8 20n 15 m s n 0 1 2 1分 向右传播时 v x t 4n 1 0 2 20n 5 m s 或v T 4 4n 1 0 8 20n 5 m s 5 若0 2s小于一个周期 说明波在0 2s内传播的距离小于一个波长 则 向左传播时 传播的距离x 3 4 3m 传播的时间t 3T 4 得 周期T 0 267s 波速v 15m s 2分 向右传播时 传播的距离为 x 4 1m 传播的时间t T 4 得 周期T 0 8s 波速v 5m s 2分 答案 见解题样板 名师归纳 造成波动问题多解的主要因素有 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