高考物理一轮复习 第十三章 振动与波 光学 相对论 第2讲 机械波课件.ppt

课标版物理 第2讲机械波 一 机械波的形成和传播特点1 机械波的产生条件 2 机械波的分类 1 横波 质点振动方向与波的传播方向 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 3 机械波传播的是 能量和信息 4 机械波的频率由 决定 而传播速度由 决定 振源 介质 垂直 迁移 振动形式 波源 介质 自测1 多选 关于振动和波的关系 下列说法中正确的是 a 振动是波的成因 波是振动的传播b 振动是单个质点呈现的运动现象 波是许多质点联合起来呈现的运动现象c 波的传播速度就是质点振动的速度d 波源停止振动时 波立即停止传播答案ab波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度 在均匀介质中 其速度大小不变 而质点只在其平衡位置附近振动 其速度随时间周期性地发生变化 c错误 波源一旦将振动形式传给了介质 振动形式就会在介质中向远处传播 当波源停止振动时 介质仍然继续传播波源振动的运动形式 不会随波源停止振动而停止传播 d错误 二 横波的图像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 三 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 a v b v 自测2如图所示是一列简谐波在t 0时刻的波形图 介质中的质点p沿y轴方向做简谐运动的表达式为y 10sin5 t cm 关于这列简谐波 下列说法中正确的是 相同 介质 振动频率 f a 这列简谐波的振幅为20cmb 这列简谐波的周期为5 0sc 这列简谐波在该介质中的传播速度为25cm sd 这列简谐波沿x轴正向传播答案d由题图可知 质点偏离平衡位置的最大距离即振幅为10cm a错误 由质点p做简谐运动的表达式可知其运动周期为t s 0 4s b错误 由题图知波长为 4m 波速v m s 10m s c错误 由质点p做简谐运动的表达式可知 t 0时刻质点p正在向上运动 由此可判断波沿x轴正向传播 d正确 四 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 1 条件 声源和观察者之间有 2 现象 观察者感到 发生变化 3 实质 声源频率 观察者接收到的频率 自测3 辨析题 1 两列波在介质中叠加 一定产生干涉现象 2 一切波都能发生衍射现象 3 多普勒效应说明波源的频率发生变化 答案 1 2 3 相对运动 频率 不变 变化 考点一波的形成与传播1 在波动中 振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离叫波长 2 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 3 介质中每个质点做的都是受迫振动 所以任一质点的振动频率和周期都和波源相同 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 它的波长和波速可能改变 但频率和周期都不会改变 4 振源经过一个周期t完成一次全振动 波恰好向前传播一个波长的距离 所以有v f 5 质点振动nt 波传播n n 1 2 3 时 波形不变 6 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 典例1 2015课标 34 2 平衡位置位于原点o的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播 p q为x轴上的两个点 均位于x轴正向 p与o的距离为35cm 此距离介于一倍波长与二倍波长之间 已知波源自t 0时由平衡位置开始向上振动 周期t 1s 振幅a 5cm 当波传到p点时 波源恰好处于波峰位置 此后再经过5s 平衡位置在q处的质点第一次处于波峰位置 求 p q间的距离 从t 0开始到平衡位置在q处的质点第一次处于波峰位置时 波源在振动过程中通过的路程 答案 133cm 125cm解析 由题意 o p两点间的距离与波长 之间满足op 波速v与波长的关系为v 在5s的时间内 波传播的路程为vt 由题意有vt pq 式中 pq为p q间的距离 由 式和题给数据 得 pq 133cm q处的质点第一次处于波峰位置时 波源振动的时间为t1 t t 波源从平衡位置开始运动 每经过 波源运动的路程为a 由题给条件得t1 25 故t1时间内 波源运动的路程为s 25a 125cm 1 1 2015四川理综 2 6分 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答案c波的周期t s 2s f 0 5hz 1 5 3m 2m 则波速v m s 1m s a b d错误 c正确 考点二波动图像的理解和应用1 通过图像能直接得到的信息 1 直接读取振幅a和波长 以及该时刻各质点的位移 2 确定该时刻各质点加速度的方向 并能比较其大小 2 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 典例2如图为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t 0时的波形图 当q点在t 0时的振动状态传到p点时 则 a 1cm x 3cm范围内的质点正在向y轴的负方向运动b q处的质点此时的加速度沿y轴的正方向c q处的质点此时正在波峰位置d q处的质点此时运动到p处答案b画出将q点的振动状态传到p点 即t t时的波形图 如图 由波的传播方向知 1cm x 2cm范围内的质点沿y轴正方向运动 a错误 此时q处的质点在波谷 具有沿y轴正方向的加速度 所以b正确 c d错误 2 1 2015北京理综 15 6分 周期为2 0s的简谐横波沿x轴传播 该波在某时刻的图像如图所示 此时质点p沿y轴负方向运动 则该波 a 沿x轴正方向传播 波速v 20m sb 沿x轴正方向传播 波速v 10m sc 沿x轴负方向传播 波速v 20m s d 沿x轴负方向传播 波速v 10m s答案b由质点p沿y轴负方向运动 可知波沿x轴正方向传播 波速v 10m s b项正确 考点三振动图像和波动图像的综合应用 典例3 2014课标 34 1 6分 多选 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处的质点的振动图像 p是平衡位置为x 2m的质点 下列说法正确的是 a 波速为0 5m s b 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恰好回到平衡位置答案ace由图 a 可知 波长 2m 由图 b 可知周期t 4s 则波速v 0 5m s a正确 t 2s时 x 1 5m处的质点振动方向向下 则波向左传播 b错 0 2s时间内 p质点运动的路程xp 4a 8cm c项正确 0 2s时间内 p质点向y轴负方向运动 d项错 t 0时p质点位于正向最大位移处 故p质点到达平衡位置的时刻为t 2n 1 当n 3时 t 7s p恰好回到平衡位置 e项正确 一分 一看 二找 巧解波动图像与振动图像综合类问题 1 分清振动图像与波动图像 只要看清横坐标即可 横坐标为x则为波动图像 横坐标为t则为振动图像 2 看清横 纵坐标的单位 注意单位前的数量级 3 找准波动图像对应的时刻 4 找准振动图像对应的质点 3 1 2015天津理综 3 6分 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像 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 答案dt 0时 b质点向 y方向运动 根据 下坡上 可判定波沿 x方向传播 a错误 a总是与b的振动方向相反 t 0时 a向 y方向运动 c错误 经过4s a回到平衡位置 路程为1m b错误 t 2s时 a处于波谷 速度为零 d正确 考点四波的多解问题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 2 解决波的多解问题的一般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 典例4 2015课标 34 2 10分 甲 乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播 波速均为v 25cm s 两列波在t 0时的波形曲线如图所示 求 t 0时 介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标 从t 0开始 介质中最早出现偏离平衡位置位移为 16cm的质点的时间 答案 50 300n cm n 0 1 2 0 1s解析 t 0时 在x 50cm处两列波的波峰相遇 该处质点偏离平衡位置的位移为16cm 两列波的波峰相遇处的质点偏离平衡位置的位移均为16cm 从图线可以看出 甲 乙两列波的波长分别为 1 50cm 2 60cm 甲 乙两列波波峰的x坐标分别为x1 50 k1 1 k1 0 1 2 x2 50 k2 2 k2 0 1 2 由 式得 介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标为x 50 300n cm n 0 1 2 只有两列波的波谷相遇处的质点的位移为 16cm t 0时 两波波谷间的x坐标之差为 x 50 2m2 1 50 2m1 1 式中 m1和m2均为整数 将 式代入 式得 x 10 6m2 5m1 5 由于m1 m2均为整数 相向传播的波谷间的距离最小为 x0 5cm 从t 0开始 介质中最早出现偏离平衡位置位移为 16cm的质点的时间为 t 代入数据得t 0 1s 求解波的多解问题的一般解题步骤 1 根据初末两时刻的波形图确定传播距离与波长的关系通式 2 根据题设条件判断是唯一解还是多解 3 根据波速公式v 或v f求波速 4 1 2015吉林长春三模 多选 一列简谐横波沿x轴正方向传播 t时刻波形如图中的实线所示 此时波刚好传到p点 t 0 6s时刻的波形如图中的虚线所示 a b c p q是介质中的质点 则下列说法正确的是 a 这列波的波速可能为50m sb 质点a在这段时间内通过的路程一定小于30cmc 质点c在这段时间内通过的路程可能为60cmd 若周期t 0 8s 则在t 0 5s时刻 质点b p的位移相同e 若周期t 0 8s 从t 0 4s时刻开始计时 则质点c的振动方程为x 0 1sin t m 答案acd由波形图可知波长 40m 且0 6s nt t n 0 1 2 解得周期t s n 0 1 2 当n 0时 t 0 8s 波速v 50m s 选项a正确 由波的传播方向沿x轴正方向可知质点a在t时刻向上运动 当n 0时 t 0 8s 则质点a在这段时间内通过的路程小于30cm 当n 1时 t s 质点a在这段时间内通过的路程大于30cm 选项b错误 若n 1 则t s 波传播到c点所用时间为t 0 6s 质点c振动的时间为t t t 故在这段时间 内质点c通过的路程则为6a 60cm 选项c正确 若t 0 8s t 0 5s时刻 质点b p的位移均为负值 大小相等 选项d正确 若t 0 8s 从t 0 4s时刻开始计时 则质点c的振动方程为y 0 1cos t m 选项e错误 考点五波的干涉 衍射 多普勒效应1 波的干涉中振动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 1 当两波源振动步调一致时若 r n n 0 1 2 则振动加强 若 r 2n 1 n 0 1 2 则振动减弱 2 当两波源振动步调相反时若 r 2n 1 n 0 1 2 则振动加强 若 r n n 0 1 2 则振动减弱 2 波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象 产生明显衍射现象的条件是缝 孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长 3 多普勒效应的成因分析 1 接收频率 观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数 当波以速度v通过观察者时 时间t内通过的完全波的个数为n 因而单位时间内通过观察者的完全波的个数 即接收频率 2 当波源与观察者相互靠近时 观察者接收到的频率变大 当波源与观察者相互远离时 观察者接收到的频率变小 典例5 多选 如图所示表示两列相干水波的叠加情况 图中的实线表示波峰 虚线表示波谷 设两列波的振幅均为5cm 且在图