高考物理一轮复习 11.2机械波课件.ppt

第2节机械波 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 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 当介质中的某一质点发生振动时 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 介质 一 机械波 2 波的分类 1 横波 质点的振动方向与相互垂直的波 凸起部分的正中央叫波峰 部分的正中央叫波谷 2 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在上 质点分布密的部分叫 质点分布疏的部分叫 波的传播方向 凹陷 同一 条直线 密部 疏部 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 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 中央间的距离等于波长 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 在一个周期内 振动在介质中传播的距离等于波长 相等 二 波长 频率和波速 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 3 波速波在介质中传播的快慢 叫波速 不变 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 四 波特有的现象1 波的干涉 1 产生稳定干涉的条件 频率相同的两列同性质的波相遇 平衡位置 位移 正弦 各质点 三 波的图象 2 现象 两列波相遇时 某些区域振动总是 某些区域振动总是 且加强区和减弱区互相间隔 3 对两个完全相同的波源产生的干涉来说 凡到两波源的路程差为一个波长的点 振动加强 凡到两波源的路程差为半个波长的的点 振动减弱 2 波的衍射 1 产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔 缝 的尺寸跟波长 或者比波长 2 现象 波绕过障碍物继续传播 加强 减弱 整数倍 奇数倍 差不多 更小 3 多普勒效应 1 由于波源和观察者之间有相对运动 使观察者接收到的波的频率发生变化的现象叫多普勒效应 2 注意 波源的频率不变 只是观察者接收到的波的频率发生变化 如果二者相互接近 观察者接收到的频率变大 如果二者相互远离 观察者接收到的频率变小 例1运动周期为t 振幅为a 位于x 0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐运动 该波源产生的一列简谐横波沿x轴正向传播 波速为v 传播过程中无能量损失 一段时间后 该振动传播至某质点p 关于质点p振动的说法正确的是 a 振幅一定为ab 周期一定为tc 速度的最大值一定为vd 开始振动的方向沿y轴向上或向下取决去他离波源的距离e 若p点与波源距离s vt 则质点p的位移与波源的相同 题型一 波的形成与传播规律 思路点拨 机械波的传播过程中 各质点都在前一质点的驱动下做受迫振动 解析 由波的形成与传播可知 各质点都是在前一质点的驱动下做受迫振动 故其周期 频率 振幅都与波源的振动周期 频率 振幅相同 且起振方向也与波源的起振方向相同 若p点与波源距离s vt 即为一个波长的距离 则质点p的振动情况与波源的相同 正确答案是abe 答案 abe 方法与知识感悟 正确理解波的形成 应抓住以下几点 1 机械波传播的是机械振动这一运动形式和能量 2 所有的质点都在其平衡位置附近振动 并不随波迁移 3 所有质点都在其前一个质点的驱动下做受迫振动 故在无能量损失的情况下 各质点的周期 频率 振幅都与波源的周期 频率 振幅相同 起振方向也与波源的起振方向相同 4 相距波长整数倍的两质点的振动情况完全相同 相距半个波长的奇数倍的两质点的振动情况完全相反 题型二 波动图象的理解应用例2一列简谐横波在t 0时的波形图如图所示 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 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 答案 cd 方法与知识感悟 1 由波的图象可获取的信息 1 波长 2 各质点振动的振幅 3 该时刻各质点的位移 4 各质点的加速度方向 5 若已知波的传播方向 就能确定各质点的速度方向 2 质点振动方向与波传播方向的互判 例3如图甲为一列简谐横波在t 0 10s时刻的波形图 p是平衡位置为x 1m处的质点 q是平衡位置为x 4m处的质点 图乙为质点q的振动图象 则 a t 0 15s时 质点q的加速度达到正向最大b t 0 15s时 质点p的运动方向沿y轴负方向c 从t 0 10s到t 0 25s 该波沿x轴正方向传播了6md 从t 0 10s到t 0 25s 质点p通过的路程为30cm 题型三 波动图象与振动图象的综合问题 思路点拨 正确理解波动图象与振动图象的区别与联系 答案 ab 方法与知识感悟 1 振动图象与波动图象的比较 2 振动图象与波动图象的联系 1 由振动图象可确定波的传播周期 结合波动图象获取的波长信息 可求波的传播速度 2 由振动图象确定质点的振动方向 从而联系波动图象可确定波的传播方向 3 由两个质点的振动图象可画出某时刻两质点间的波动图象 4 由某时刻的波动图象可确定某质点的振动图象 例4已知在t1时刻简谐横波的波形如图中实线所示 在时刻t2该波的波形如图中虚线所示 t2 t1 0 02s 求 1 该波可能的传播速度 2 若已知t t2 t1 2t 且图中p质点在t1时刻的瞬时速度方向向上 求可能的波速 3 若0 01s t 0 02s 且从t1时刻起 图中q质点比r质点先回到平衡位置 求可能的波速 题型四 波的多解问题 思路点拨 1 分析 1 时注意波传播的双向性和时间上的周期性造成的多解 2 在 2 3 中根据题意判断出波的传播方向 3 在 2 3 中根据周期条件判断出波传播距离与波长的关系 方法与知识感悟 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的关系不确定 空间周期性 波传播距离 x与波长 的关系不确定 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 而其他信息均处于隐含状态 这样波形就有多种情况 形成相关波动问题的多解 2 解决此类问题时 往往采用从特殊到一般的思维方法 即找到一个周期内满足条件的特例 在此基础上 如知道时间关系则加nt 如知道空间关系则加n 题型五 波的叠加问题例5两列简谐波沿x轴相向而行 波速均为v 0 4m s 两波源分别位于a b处 t 0时的波形如图所示 当t 2 5s时 m点的位移为 cm n点的位移为 cm 思路点拨 根据波的传播规律 先确定两列波分别引起该质点振动的位移情况 再求合位移 答案 20 1 2012福建 一列简谐波沿x轴传播 t 0时刻的波形如图甲所示 此时质点p正沿y轴负方向运动 其振动图象如图乙所示 则该波的传播方向和波速分别是 a 沿x轴负方向 60m sb 沿x轴正方向 60m sc 沿x轴负方向 30m sd 沿x轴正方向 30m s a cd 3 1 如图所示 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 如图所示 横波1沿bp方向传播 b点的振动图象如图甲所示 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 两横波振动方向相同 两横波在p处相遇 p点振幅为cm f1 f f2 70 ab 巩固基础 2 如图所示 在同一均匀媒质中有s1 s2两个波源 这两个波源的频率 振动方向均相同 且振动的步调完全一致 s1 s2之间相距两个波长 d点为s1 s2连线中点 今以d点为圆心 以r ds1为半径画圆 且a1aa2和c1cc2为到两波源距离差等于 的两条虚线 则s1 s2两波源产生的波发生干涉时 a 根据对称性 d1 d2两点一定是振动加强点b 根据对称性 在圆上有无数个振动加强点c 根据波程差 在圆上除两波源外还有六个振动加强点 acd d 振动加强点的振动位移有时为正向最大 有时为负向最大 也有可能等于零e 振动加强点的振动位移总是正向最大 解析 根据与相同波源的距离差为半波长的偶数倍处是干涉加强区 与相同波源的距离差为半波长的奇数倍处是干涉减弱区 在圆周上到两波源距离差等于0的两个加强点是d1 d2 到两波源距离差等于 的四个加强点是a1 a2 c1 c2 故在圆周上除两波源外振动加强点共有六个 故选项ac正确 b错误 在波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇处是干涉加强区 但当两波都是平衡位置传播到该位置时 根据振动位移的矢量合成可知 振动加强区的合位移也为零 故选项d正确 e错误 3 2012浙江 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 某一时刻的波形如图所示 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点完成全振动次数比a点多一次d b点完成全振动次数比a点少一次 d 解析 波的图象中相邻波峰间的两质点间的距离为一个波长 且振动开始时刻相差一个周期 所以选项a b均错误 质点b开始振动的时刻比质点a晚一个周期 因此质点b完成全振动的次数比质点a少一次 所以选项d正确 选项c错误 提升能力 4 2012安徽 一列简谐波沿x轴正方向传播 在t 0时波形如图1所示 已知波速为10m s 则t 0 1s时正确的波形应是图2中的 c 5 一列简谐横波沿直线传播 该直线上的a b两点相距2 1m a点比b点离波源较近 图中两条曲线分别表示平衡位置在a b两点处质点的振动曲线 从图示可知 a 此列波的频率一定是25hzb 此波从a点传播到b点的时间是0 01sc 此列波的传播速度可能是42m sd 此列波的传播速度可能是30m se 此列波的波长可能是2 8m ade 6 一列简谐横波在t 0时刻的波形如图中的实线所示 t 0 02s时刻的波形如图中虚线所示 若该波的周期t大于0 02s 则该波的传播速度可能是 b a 2m sb 3m sc 4m sd 5m s 7 一列波长大于1m的横波沿x轴正方向传播 处在x1 1m和x2 2m的两质点a b的振动图象如图所示 由此可知 a 波长为4 3mb 波速为1m sc 3s末a b两质点的位移相同d 1s末a点的振动速度大于b点的振动速度 a 8 2012江苏 地震时 震源会同时产生两种波 一种是传播速度约为3 5km s的s波 另一种是传播速度约为7 0km s的p波 一次地震发生时 某地震监测点记录到首次到达的p波比首次到达的s波早3min 假定地震波沿直线传播 震源的振动周期为1 2s 求震源与监测点之间的距离x和s波的波长 9 一简谐波在t 0时的波形图如图所示 位于x 2m处的质点a做简谐运动的表达式为y 10sin5 t cm 求 1 该波的传播速度 2 在t 0 95s时 位于x 3m处的质点b偏离平衡位置的位移 10 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 11 简谐横波沿x轴正向传播 处在x1 5cm x2 15cm处的a b两点的振动图象如 a b 所示 1 这列波的周期是多少 2 这列波的速度是多少 3 若波以最大速度沿x