高考物理总复习 第3讲 机械波课件 新人教版选修34.ppt

一 机械波1 波的形成 机械振动在介质中传播 形成机械波 1 产生条件 波源 介质 2 特点 机械波传播的只是振动的和 质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动 并不随波 介质中各质点的振幅相同 振动周期和频率都与振动周期和频率相同 各质点开始振动 即起振 的方向均 一个周期内 质点完成一次全振动 通过的路程为 位移为 形式 能量 迁移 波源的 相同 4a 零 2 机械波的分类 1 横波 质点的振动方向与波的传播方向相互的波 有 凸部 和 凹部 2 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在上的波 有和 垂直 波峰 波谷 同一直线 密部 疏部 3 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 用 表示 2 波速波在介质中的传播速度 由本身的性质决定 3 频率由决定 等于的振动频率 4 波长 波速和频率的关系 v f 相同 介质 波源 波源 二 波的图象1 图象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象 简谐波的图象是 或余弦 曲线 2 物理意义 某一时刻介质中相对平衡位置的位移 位置 平衡 位移 正弦 各质点 思考能否通过波的图象和介质中某个质点的振动图象 计算波的传播速度 三 波特有的现象1 波的干涉与波的衍射的比较 绕过障碍物继续 传播 增大 减小 增大 减小 深入 透彻地理解波的形成过程及传播特征是解决关于波的各类问题的基础 而对波的形成过程及传播特征的理解要从下面几点掌握 1 机械振动之所以能够在介质中传播形成机械波 是因为介质的质点间存在着相互作用力 假如没有介质或质点间无作用力 机械振动是不会传播出去的 这一特点告诉我们 1 要形成机械波首先要存在波源质点的振动 2 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 在真空中不会形成机械波 这一点和电磁波是不同的 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 1 各质点的起振方向总是跟波源质点的起振方向相同 2 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 3 从整体的运动形式上看 波传播的是振动这一特定形式的运动 从一个质点振动的各个状态来看 波传播的是波源质点在一个振动周期内的各个状态 即波源质点的各个状态要依次传给后面的质点 例如 正的最大位移 这一状态沿传播方向平移 平移的速度即波速 经过一个周期的时间这一状态传到离它一个波长远的后面的质点 使该质点达到 正的最大位移 这一状态 只会死记波是振动的传播 而不能从波是波源质点的 各个运动状态的传播 这一实质去理解波的传播是远远不够的 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 答案 1 2 25s图见尝试解答 2 16cm 在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点 相邻两质点的距离均为l 如下图 a 所示 一列横波沿该直线向右传播 t 0时到达质点1 质点1开始向下运动 经过时间 t第一次出现如下图 b 所示的波形 则该波 1 波长为多少 2 质点振动的周期为多少 1 两种图象的比较 2 质点振动方向与波传播方向关系的判断方法 1 带动法 由波的形成传播原理可知 后振动的质点总是重复先振动质点的运动 且波总是由前面先振动的点向后面振动的点传播的 即前带动后 2 微平移法 所谓微平移法 将波形曲线沿波的传播方向做微小平移 如右图所示的p q 点 移动后它比原来的位置高 低 了 说明经过极短的一段时间它向上 下 运动了 这种方法叫微平移法 这种方法可以由波的传播方向判断某质点的振动方向 也可以由振动方向判断波的传播方向 3 上下坡法 如右图所示 沿波的传播方向看去 上坡 处的质点向下振动 下坡 处的质点向上振动 简称 上坡下 下坡上 4 同侧法 在波的图上的某一点 沿竖直方向画出一个箭头表示质点的振动方向 并在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向 那么这两个箭头总在曲线的同侧 如图右图所示 注意 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 2012 新课标全国卷 一简谐横波沿x轴正向传播 t 0时刻的波形如下图 a 所示 x 0 30m处的质点的振动图线如图 b 所示 该质点在t 0时刻的运动方向沿y轴 填 正向 或 负向 已知该波的波长大于0 30m 则该波的波长为 m 答案 正向0 8 如图 一列沿x轴正方向传播的简谐横波 振幅为2cm 波速为2m s 在波的传播方向上两质点a b的平衡位置相距0 4m 小于一个波长 当质点a在波峰位置时 质点b在x轴下方与x轴相距1cm的位置 则 a 此波的周期可能为0 6sb 此波的周期可能为1 2sc 从此时刻起经过0 5s b点可能在波谷位置d 从此时刻起经过0 5s b点可能在波峰位置 波的干涉现象中加强点 减弱点的两种判断方法1 公式法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 2 图象法在某时刻的波形图上 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 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 尝试解答 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 c点此时刻位移也为0 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图所示 答案 1 a c eb d f 2 b d f 3 见尝试解答图 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 1 如下图所示 向左匀速运动的小车发出频率为f的声波 车左侧a处的人感受到的声波的频率为f1 车右侧b处的人感受到的声波的频率为f2 则f1 f2与f的关系为 2 如右图所示 横波1沿bp方向传播 b点的振动图象如甲所示 横波2沿cp方向传播 c点的振动图象如图乙所示 p与b相距40cm p与c相距50cm 波速都为20cm s 两横波在p处相遇 两横波振动方向相同 p点振幅为 cm 答案 1 f2 f f1 2 70 在下列四幅图中 q点的振动图象可能是 易错分析 错解一 错误地以为 在题图所示时刻p q两质点振动的位移相同 因此其振动图象也相同 错选a 错解二 有的同学则认为 题图所示时刻 p q两质点振动位移相同 但振动的方向相反 因此d正确 错解三 认为波沿x轴正方向传播 因此漏选c 答案 b 2012 云南省建水一中月考 一列沿x轴传播的简谐横波 t 0时刻的波形如图中实线所示 t 0 3s时刻的波形如图中虚线所示 其中正确的是 a 波的传播方向一定向右b 波的周期可能为0 5sc 波的频率可能为5 0hzd 波的传播速度可能为9 0m s 答案 d 对应学生用书p242 1 利用发波水槽得到的水面波形如图a b所示 则 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 2 2012 浙江卷 用手握住较长软绳的一端连续上下抖动 形成一列简谐横波 某一时刻的波形图如下图所示 绳上a b两质点均处于波峰位置 下列说法正确的是 a a b两点之间的距离为半个波长b a b两点振动开始时刻相差半个周期c b点完成全振动的次数比a点多一次d b点完成全振动的次数比a点少一次 解析 a b两点是波上相邻两波峰 其间距为一个波长 a错 波在一个周期里传播一个波长 所以波的前端从a到b需要一个周期的时间 b错 a质点比b质点提前一个周期起振 所以b比a完成的全振动次数少一次 d正确 答案 d 3 2012 安徽卷 一列简谐波沿x轴正方向传播 在t 0时波形如图甲所示 已知波速度为10m s 则t 0 1s时正确的波形应是图乙中的 解析 由波形图知波长为4 0m 用波长除以波速得到周期为0 4s 所以0