高考物理大一轮复习 第十四章 振动和波 光 相对论 第38讲 机械波课件.ppt

振动和波光相对论 选修3 4 第十四章 第38讲机械波 栏目导航 1 机械波的形成和传播 1 产生条件 有 有 如空气 水 绳子等 2 传播特点 传播 能量和信息 质点不 介质中各质点振动频率 振幅 起振方向等都与 相同 2 机械波的分类横波和纵波 波源 介质 振动形式 随波迁移 波源 3 描述机械波的物理量 1 波长 在波动中 振动相位总是 的两个相邻质点间的距离 用 表示 2 频率f在波动中 介质中各质点的振动频率都是相同的 都等于 的振动频率 3 波速v 波长 和频率f 周期t的关系公式 v 机械波的速度大小由 决定 与机械波的频率无关 相同 波源 f 介质 4 波的图象 1 坐标轴横轴表示各质点的 位置 纵轴表示该时刻各质点的 平衡 2 图象的意义表示在波的传播方向上 某时刻各质点离开 位置的位移 3 图象的应用 直接读取 和 以及该时刻各质点的位移 确定某时刻各质点加速度的 并能比较其大小 结合波的传播方向可确定各质点的振动 或由各质点的振动方向确定波的 位移 平衡 振幅 波长 方向 方向 传播方向 5 波的干涉和衍射现象多普勒效应 1 波的干涉和衍射 相同 尺寸 干涉图样 绕过障碍物 2 多普勒效应 条件 声源和观察者之间有 现象 观察者感到 发生变化 实质 声源频率不变 观察者接收到的 变化 相对运动 频率 频率 1 判断正误 1 在机械波传播过程中 介质中的质点随波的传播而迁移 2 通过波的图象可以找出任一质点在该时刻的位移 3 机械波在传播过程中 各质点振动的周期 起振方向都相同 4 机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍 5 波速表示介质中质点振动的快慢 6 两列波在介质中叠加 一定产生干涉现象 7 一切波都能发生衍射现象 8 多普勒效应说明波源的频率发生变化 2 多选 关于机械波的形成 下列说法中正确的是 a 物体做机械振动 一定产生机械波b 后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动 只是时间落后一步c 参与振动的质点都有相同的频率d 机械波是介质随波迁移 也是振动能量的传递 bc 3 如图所示 是一列沿着x轴正方向传播的横波在t 0时刻的波形图 已知这列波的周期t 2 0s 下列说法正确的是 a 这列波的波速v 2 0m sb 在t 0时 x 0 5m处的质点速度为零c 经过2 0s 这列波沿x轴正方向传播0 8md 在t 0 3s时 x 0 5m处的质点的运动方向为y轴正方向 d 一对波动图象的理解与应用 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 例1 多选 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处质点的加速度为零e 从此时开始5s后x 4m处的质点沿y轴负方向运动 de 振动图象与波动图象的比较 二振动图象和波动图象的综合应用 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 注意单位前的数量级 3 找准波动图象对应的质点 4 找准振动图象对应的时刻 例2 多选 图甲为一列简谐横波在t 0 10s时刻的波形图 p是平衡位置在x 1 0m处的质点 q是平衡位置在x 4 0m处的质点 图乙为质点q的振动图象 下列说法正确的是 a 在t 0 10s时 质点q向y轴正方向运动b 在t 0 25s时 质点p的加速度方向与y轴正方向相同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30cme 质点q简谐运动的表达式为y 0 10sin10 t 国际单位制 bce 1 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 3 波形的隐含性形成多解在波动问题中 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 形成波动问题的多解性 三波的多解问题 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 即找出一个周期内满足条件的关系 t或 x 若此关系为时间 则t nt t n 0 1 2 若此关系为距离 则x n x n 0 1 2 例3 2017 湖南长沙长郡中学月考 一列简谐横波图象如图所示 t1时刻的波形如图中实线所示 t2时刻的波形如图中虚线所示 已知 t t2 t1 0 5s 1 求这列波的可能的波速表达式 2 若波向左传播 且3t t 4t 则波速为多大 3 若波速v 68m s 则波向哪个方向传播 思维导引 本题产生多解的原因 一是由于波的传播方向的双向性 二是由于波的空间周期性 答案 1 见解析 2 60m s 3 向右 四波的干涉和衍射多普勒效应 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 2 多普勒效应 1 产生条件 波源与观察者之间有相对运动 2 现象 两者相互靠近时 感觉波的频率升高 两者相互远离时 感觉波的频率降低 例4 多选 如图所示 s1 s2是两个相干波源 它们振动同步且振幅相同 实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷 图中所标的a b c d四点中d点到两波源距离相等 下列说法中正确的有 bc 解析该时刻a质点振动最弱 b c质点振动最强 因为它们分别是波峰与波谷 波峰与波峰 波谷与波谷相遇的点 从图中可以看出 d是s1 s2连线的中垂线上的一点 到s1 s2的距离相等 所以两列波在任何时刻在该点的振动方向和位移均同向 由叠加原理得该点必然为振动最强点 在干涉现象中 振动加强点和减弱点是固定的 不随时间的延伸而变化 即加强点始终加强 减弱点始终减弱 故选项b c正确 例5 多选 如图甲所示 男同学站立不动吹口哨 一位女同学坐在秋千上来回摆动 据图乙 下列关于女同学的感受的说法正确的是 ad a 女同学从a向b运动过程中 她感觉哨声音调变高b 女同学从e向d运动过程中 她感觉哨声音调变高c 女同学在点c向右运动时 她感觉哨声音调不变d 女同学在点c向左运动时 她感觉哨声音调变低解析女同学荡秋千的过程中 只要她有向右的速度 她都有靠近声源的趋势 根据多普勒效应 她都会感到哨声音调变高 反之 女同学向左运动时 她感到音调变低 选项a d正确 b c错误 1 多选 下列选项利用了多普勒效应的是 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 交通警察车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 铁路工人把耳朵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铁路工人趴在铁轨上听火车运动情况属于利用固体传声较快的特点 不是利用多普勒效应 选项c错误 abd 2 利用发波水槽得到的水面波形如图甲 乙所示 则 a 图甲 乙均显示了波的干涉现象b 图甲 乙均显示了波的衍射现象c 图甲显示了波的干涉现象 图乙显示了波的衍射现象d 图甲显示了波的衍射现象 图乙显示了波的干涉现象解析波绕过障碍物传播的现象叫波的衍射现象 波的干涉现象是由波的叠加产生的 干涉图象的特点是振动加强区与减弱区有规律地分布 因此题图甲显示了波的衍射现象 题图乙显示了波的干涉现象 故选项d正确 d 3 多选 一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t 0时刻的波形如图所示 质点p的x坐标为3m 已知任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0 4s 下列说法正确的是 a 波速为4m sb 波的频率为1 25hzc x坐标为15m的质点在t 0 6s时恰好位于波谷d x坐标为22m的质点在t 0 2s时恰好位于波峰e 当质点p位于波峰时 x坐标为17m的质点恰好位于波谷 bde 4 平静湖面传播着一列水面波 横波 在波的传播方向上有相距3m的甲 乙两小木块随波上下运动 测得两小木块每分钟都上下30次 甲在波谷时 乙在波峰 且两木块之间有一个波峰 这列水面波 a 频率是30hzb 波长是3mc 波速是1m sd 周期是0 1s c 5 图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图 a b两质点的横坐标分别为xa 2m和xb 6m 图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图象 下列说法正确的是 a 该波沿 x方向传播 波速为1m sb 质点a经4s振动的路程为4mc 此时刻质点a的速度沿 y方向d 质点a在t 2s时速度为零 d 解析从题图乙看出 质点b从0时刻起由平衡位置向上振动 结合题图甲可判断出波沿 x方向传播 选项a错误 质点a从0时刻由平衡位置向 y方向振动 选项c错误 从图乙看出 各质点的振动周期t 8s 在t 2s时 质点a运动到负方向最大位移处 瞬时速度为零 选项d正确 经过4s 质点a运动半个周期 路程s 2a 1m 选项b错误 例1 2017 浙江金华检测 6分 多选 下列说法正确的是 a 任意两列波相遇时都会叠加b 任意两列波相遇都能产生干涉现象c 在振动减弱的区域 各质点都处于波谷d 在振动加强区域 有时质点的位移等于零 答题送检 来自阅卷名师报告 解析 任意两列波相遇时都会产生叠加 相遇区里质点遵循矢量合成法则 只有频率相同的两列波相遇后才会产生干涉现象 在振动加强的区域里 两列波引起质点的振幅等于两列波振幅之和 使振动加剧 这些质点始终在振动 自然会有一时刻的位移为零 同理 振动减弱区域里 质点的位移也有一时刻为零 答案 ad 1 多选 两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1 0m s的速率沿同一直线相向传播 t 0时刻的波形如图所示 图中小方格的边长为0 1m 则以下不同时刻 波形正确的是 abd 解析脉冲波在介质中传播 x vt 当t 0 3s时 两脉冲波各沿波的传播方向传播0 3m 恰好相遇 故选项a正确 当t 0 4s 0 5s 0 6s时 两脉冲波各沿波的传播方向传播0 4m 0 5m 0 6m 由波的叠加原理可知选项b d正确 c错误 2 多选 一波源在绳的左端发出半个波 频率f1 振幅a1 当此波源刚起振时绳右端的另一波源也恰好起振 发出半个波 频率f2 f2 f1 振幅a2 p为绳的中点 如图所示 下列说法错误的是 a 两列波同时到达p点b