高考物理一轮复习 第十三章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第2讲 机械波课件.ppt

第2讲机械波 一 机械波的形成与传播1 机械波的形成与传播 1 产生条件 有波源 有介质 如空气 水 绳子等 2 传播特点 传播振动形式 能量和信息 质点不随波迁移 介质中各质点振动频率 振幅 起振方向等都与波源相同 2 机械波的分类 3 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相邻质点间的距离 用 表示 波长由频率和波速共同决定 横波中 相邻两个波峰 或波谷 之间的距离等于波长 纵波中 相邻两个密部 或疏部 之间的距离等于波长 2 频率 波的频率由波源决定 等于波源的振动频率 在任何介质中频率不变 3 波速 波的传播速度 波速由介质决定 与波源无关 提示 机械波的频率的两点注意 1 机械波的频率由波源决定 与传播的介质无关 2 机械波从一种介质进入另一种介质 波的频率不会改变 波速 波长都改变 二 横波的图象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 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 图象形状 横波的图象是正弦 或余弦 曲线 如图所示 提示 波的衍射的三点注意 1 发生明显衍射的条件是缝 孔或障碍物与波长相比很小 而不是要求缝 孔或障碍物一定要小 2 任何波都能发生衍射现象 衍射不需要条件 考点二 考点三 考点一 考点一机械波的图象与波的传播1 要形成机械波首先要存在波源质点的振动 其次还必须存在传播振动的介质 所以机械波只能依靠介质传播 2 介质中各质点是在它前面质点带动下才振动起来的 因此 各质点的起振方向总是跟波源质点的起振方向相同 3 每个质点的起振时刻总要比它前面质点起振迟一些 不是同时起振 这样当各质点都振动起来后 某一时刻对平衡位置的位移是不同的 从整体上看 有的地方凸起 有的地方下凹 考点二 考点三 考点一 典例1一根弹性绳沿x轴方向放置 左端在原点o 用手握住绳的左端使其沿y轴方向做周期为1s的简谐运动 于是在绳上形成一列简谐波如图 求 1 若从波传到平衡位置在x 1m处的m质点时开始计时 那么经过的时间 t等于多少时 平衡位置在x 4 5m处的n质点恰好第一次沿y轴正方向通过平衡位置 在图中准确画出当时弹性绳上的波形 2 从绳的左端点开始做简谐运动起 当它通过的总路程为88cm时 n质点振动通过的总路程是多少 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 1 多选 如图 a b c d是均匀介质中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 acd a 在t 6s时刻波恰好传到质点d外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 解析 因为a开始时向下运动 经过t 3s后恰好第一次到达最高点 所以波的周期为t 4s 波长 vt 8m 在t 6s时波向前传播的距离为s vt 12m 即恰好传到d点 a项正确 当t 3s时 波向前传播了6m 传到c点 c点向下运动 再经过2s恰好处于平衡位置 b项错误 b振动的周期即为波的周期 所以c项正确 在4s t 6s的时间内质点c从最低点运动到最高点 d项正确 考点二 考点三 考点一 2 多选 一列简谐横波沿x轴传播 t 0时的波形如图所示 质点a与质点b相距1m a点速度沿y轴正方向 t 0 02s时 质点a第一次到达正向最大位移处 由此可知 abd a 此波沿x轴负方向传播b 此波的传播速度为25m sc 从t 0时起 经过0 04s 质点a沿波传播方向迁移了1md 在t 0 04s时 质点b处在平衡位置 速度沿y轴正方向 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二振动图象和波动图象的综合应用 考点二 考点三 考点一 典例2 多选 图甲为一列简谐横波在t 2s时的波形图 图乙为介质中平衡位置在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 a 波速为0 5m sb 波沿x轴正方向传播c 0 2s内质点p运动的路程为8cmd 0 2s内质点p向y轴正方向运动e t 7s时 质点p在平衡位置 考点二 考点三 考点一 参考答案 ac 考点二 考点三 考点一 归纳总结 一分 一看 二找 巧解波动图象与振动图象的综合类问题 1 分清振动图象与波动图象 此问题最简单 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 尤其要注意单位前的数量级 3 找准波动图象对应的时刻 4 找准振动图象对应的质点 考点二 考点三 考点一 1 多选 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 bc 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 考点二 考点三 考点一 2 一简谐横波沿x轴正向传播 t 0时刻的波形如图 a 所示 x 0 30m处的质点的振动图象如图 b 所示 该质点在t 0时刻的运动方向沿y轴正向 填 正向 或 负向 已知该波的波长大于0 30m 则该波的波长为0 8m 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点三波的干涉 衍射 多普勒效应1 对波的干涉的理解 1 加强点与减弱点的比较 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 典例3如图表示两个相干波源s1 s2产生的波在同一种均匀介质中相遇 图中实线表示波峰 虚线表示波谷 c和f分别为ae和bd的中点 则 1 在a b c d e f六点中 振动加强的点是 振动减弱的点是 2 若两振源s1和s2振幅相同 此时刻位移为零的点是 3 画出此时刻ace连线上 以a为起点的一列完整波形 标出e点 考点二 考点三 考点一 解题思路 1 a e两点分别是波谷与波谷 波峰与波峰相交的点 故此两点为振动加强点 c点处在a e连线上 且从运动的角度分析a点的振动形式恰沿该线传播 故c点是振动加强点 同理b d是减弱点 f也是减弱点 2 因为s1 s2振幅相同 振动最强区的振幅为2a 最弱区的振幅为零 位移为零的是b d f 3 图中对应时刻a处在两波谷的交点上 即此刻a在波谷 同理e在波峰 所以所对应的波形如答案中图所示 参考答案 1 a c eb d f 2 b d f 3 如图所示 考点二 考点三 考点一 归纳总结 1 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 某时刻可能为零 相同的两列波的干涉 减弱区域的点一直静止不动 从干涉图样中区分波峰和波谷 画图象 2 波的特有现象指的是波的干涉 衍射 多普勒效应 掌握好它们发生的条件及特性是关键 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 2 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 1 求简谐横波的波长 2 p点是振动加强点还是振动减弱点 波的多解问题的处理方法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 如 a 质点达到最大位移处 则有正向和负向最大位移两种可能 b 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 c 只告诉波速不指明波的传播方向 应考虑沿两个方向传播的可能 即沿x轴正方向或沿x轴负方向传播 d 只给出两时刻的波形 则有多次重复出现的可能 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满足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 3 波速大小为74m s时 波在 t时间内传播的距离为 x