【志鸿优化设计】（安徽专用）高考物理一轮复习 第十一章 机械振动和机械波第二节机械波教学案 新人教版.doc

第二节机械波一、机械波1定义机械振动在_中传播，形成了机械波。2产生条件一是要有做机械振动的物体作为_；二是要有能够传播机械振动的_。3机械波的分类(1)质点的振动方向与波的传播方向相互_的波叫做横波。在横波中凸起的最高处叫做_，凹下的最低处叫做_。(2)质点的振动方向与波的传播方向_的波叫做纵波。在纵波中质点分布最密的位置叫做_部，质点分布最疏的位置叫做_部。4机械波的特点(1)机械波传播的是运动_，介质中质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波_。(2)机械波传播的过程就是传递_的过程，也是传递_的过程。(3)“前带后，后跟前，运动状态向后传。”即各质点都做受迫振动，起振方向由波源来决定，并且其振动频率(周期)都等于_的振动频率(周期)，但离波源越远的质点振动越滞后。5描述机械波的物理量(1)波长：在波动中振动_总是相同的两个相邻质点间的距离。(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。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。三、波的特有现象1衍射(1)定义：波可以绕过_继续传播的现象。(2)产生明显衍射现象的条件是：_。2波的叠加定义：几列波相遇时，每列波都能够保持各自的状态继续传播而不互相_，只是在重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的_。3干涉(1)定义：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动_，某些区域的振动_，这种现象叫做波的干涉。(2)产生稳定的干涉现象的两个必要条件：_，_。4多普勒效应由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到波的_发生变化的现象，叫做多普勒效应。当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互靠近，观察者接收到的频率_；如果二者远离，观察者接收到的频率_。多普勒效应是所有波动过程共有的特征。根据声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度；根据光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的运行速度。1(2012怀宁中学模拟)如图甲为一列简谐横波在t0时的波的图象，图乙为该波中x2 m处质点p的振动图象，下列说法正确的是( )a波速为8 m/sb波沿x轴负方向传播ct0.5 s时，p点的动能最大dt0到t2.5 s，p点振动路程为1.8 cm2(2012安徽六校教育研究会测试)某质点在坐标原点o处做简谐运动，其振幅为5 cm，振动周期为0.4 s，振动在介质中沿x轴正向传播，波速为1 m/s。若质点由平衡位置o开始向y方向振动，经0.2 s时立即停止振动，则振源停止振动后经0.2 s时的波形是( )3(2012安徽江南十套)如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波，实线为t=0时刻的波形图，虚线为t=0.6 s时的波形图，波的周期t0.6 s，则( )a波的周期为2.4 sb波的速度为 m/sc在t=0.5 s时，q点到达平衡位置d在t=0.5 s时，q点到达波峰位置4(2012阜南春晖中学高考模拟)两列简谐横波的振幅都是20 cm，传播速度大小相同。实线波的频率为2 hz，沿x轴正方向传播；虚线波沿x轴负方向传播。某时刻两列波在如图所示区域相遇，则( )a在相遇区域会发生干涉现象b平衡位置为x6 m处的质点此刻速度为零c平衡位置为x8.5 m处的质点此刻位移y20 cmd从图示时刻起再经过0.25 s，平衡位置为x5 m处的质点的位移y0一、机械波的传播规律的应用自主探究1(2012福建理综)一列简谐横波沿x轴传播，t0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，60 m/s b沿x轴正方向，60 m/sc沿x轴负方向，30 m/s d沿x轴正方向，30 m/s思考1：波的传播方向与质点的振动方向的互判方法？思考2：波长、波速和频率的关系？二、波的叠加和干涉自主探究2波源s1和s2振动方向相同，频率均为4 hz，分别置于均匀介质中x轴上的o、a两点处，oa2 m，如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求：(1)简谐横波的波长；(2)oa间合振动振幅最小的点的位置。思考1：产生稳定干涉现象的条件？思考2：干涉区域内某点是振动加强点还是振动减弱点的充要条件？思考3：干涉区域内振动加强点、振动减弱点的位移变化范围？命题研究一、振动图象和波动图象的综合应用【题例1】 如图所示，图甲为一列简谐波某时刻的波形，图乙表示该波传播的介质中某质点此后一段时间内的振动图象，则( )a若波沿x轴正方向传播，图乙为a点的振动图象b若波沿x轴正方向传播，图乙为b点的振动图象c若波沿x轴负方向传播，图乙为c点的振动图象d若波沿x轴负方向传播，图乙为d点的振动图象解题要点：规律总结解决两种图象结合问题的基本思路：(1)首先识别哪一个是波的图象，哪一个是振动图象，两者间的联系纽带是周期与振幅。(2)再从振动图象中找出某一质点在波的图象中的那一时刻的振动方向，然后再确定波的传播方向及其他问题。命题研究二、机械波的多解性问题【题例2】 (2012江西南昌模拟)如图所示实线是一列简谐横波在t10时刻的波形，虚线是这列波在t20.5 s时刻的波形，这列波的周期t符合：3tt2t14t，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74 m/s，波速方向如何？解题要点：规律总结机械波的多解问题1传播方向的双重性带来的多解：在二维空间坐标系中，波的传播方向只有两种可能：沿x轴的正方向或负方向。在波的传播方向未定的情况下必须要考虑这一点。2图形的多样性带来的多解：在波的传播过程中，质点的振动情况、波的传播方向及波形三者紧密相关。若质点在一定的限制条件(时间、空间、振动状态)下振动，则质点间的波形可能不是唯一的，因此相应的波的参量亦可能不是唯一的。3波的时间周期性带来的多解：波在传播过程中，经过整数倍周期时，其波形图线相同。4解决波动图象中的多解问题的一般思路：(1)分析出造成多解的原因。波动图象的周期性，如由xkx，tktt，求v出现多解。波传播的双向性：是否有两种可能。(2)由vt进行计算，若有限定条件，再进行讨论。1介质中有一列简谐机械波传播，对于其中某个振动质点( )a它的振动速度等于波的传播速度b它的振动方向一定垂直于波的传播方向c它在一个周期内走过的路程等于一个波长d它的振动频率等于波源的振动频率2两波源s1、s2在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则( )a在两波相遇的区域中会产生干涉b在两波相遇的区域中不会产生干涉ca点的振动始终加强da点的振动始终减弱3(2012北京石景山区期末)如图所示是一列简谐横波在t0时的波形图，若波的传播速度为2 m/s，此时质点p向上振动，p、q离开平衡位置的距离相等，下列说法正确的是( )a质点p的振动周期为0.25 sb经过任意时间，质点q和p的振动情况总是相同的c经过t0.4 s，质点p向右移动0.8 md经过t0.4 s，质点p仍在平衡位置，它通过的路程为0.2 m4在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速v200 m/s，已知t0时，波刚好传播到x40 m处，如图所示。在x400 m处有一接收器(图中未画出)，则下列说法正确的是( )a波源开始振动时方向沿y轴正方向b从t0开始经0.15 s，x40 m的质点运动的路程为0.6 mc接收器在t2 s时才能接收到此波d若波源向x轴正方向运动，接收器接收到波的频率可能为9 hz参考答案基础梳理自测知识梳理一、1.介质2波源介质3(1)垂直波峰波谷(2)在同一直线上密疏4(1)形式迁移(2)能量信息(3)波源5(1)相位(2)波源(3)f介质二、1.平衡位置位移正弦2各振动质点三、1.(1)障碍物(2)障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多2干扰矢量和3(1)加强减弱(2)两列波的频率相同两个波源的相位差保持不变4频率增大减小基础自测1c解析：易知波长为4 m，周期为1 s，波速为4 m/s，p开始时向上运动，由同侧法知道波向右传播；经过0.5 s，质点又回到平衡位置，动能最大；两个半周期内质点p振动的路程为10振幅，等于2 cm。只有c正确。2a解析：波速为1 m/s，一共0.4 s波传播0.4 m，b、c错误；波源o开始的振动方向沿y轴正向，它被一直向右传播，波的前锋总是重复o点的振动，a正确，d错误。3d解析：由图象可知波长8 m，由题意可知t0.6 s内，波向左传播x，则v m/s10 m/s，t0.8 s，q点距右边第一个波峰距离为5 m，则其达到第一波峰的时间t s0.5 s，故d选项正确。4d解析：传播速度大小相同。实线波的频率为2 hz，其周期为0.5 s，由题图可知：虚线波的周期为0.75 s，则两波的频率不同，所以不能发生干涉现象，故a错误；两列简谐横波在平衡位置为x6 m处，振动加强，速度是两者之和，所以不可能为零，故b错误；两列简谐横波在平衡位置为x8.5 m处的质点是振动加强的，此刻各自位移都大于10 cm，故c错误；从图示时刻起再经过0.25 s，实线波在平衡位置为x5 m处于波谷，而虚线波处于y轴上方，但不在波峰处，所以质点的位移y0，故d正确。核心理解深化【自主探究1】 a解析：根据波的形成和传播规律可知，波沿x轴负方向传播，排除选项b、d；根据图甲可知波长24 m，根据图乙可知周期t(0.550.15) s0.40 s，则波速v m/s60 m/s，选项a对，c错。提示：1.内容图象上下坡法沿波的传播方向，上坡时质点向下振动，下坡时质点向上振动同侧法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧微平移法将波形图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定2关系式：vf【自主探究2】 答案：见解析解析：(1)设波长为，频率为f，则vf，代入已知数据，得1 m。(2)以o为坐标原点，设p为oa间的任意一点，其坐标为x，则两波源到p点的波程差为lx(2 mx)，0x2 m。其中x、l以m为单位。合振动振幅最小的点的位置满足l(k)，k为整数，解得：x0.25 m,0.75 m,1.25 m,1.75 m。提示：1.频率相同；有固定的相位差。2(1)最强：该点到两个波源的路程差是波长的整数倍，即sk(k1,2,3，)；(2)最弱：该点到两个波源的路程差是半波长的奇数倍，即s(2k1)(k0,1,2,3，)。3加强点的位移变化范围：|a1a2|a1a2|；减弱点的位移变化范围：|a1a2|a1a2|。考向探究突破【题例1】 bd解析：波传播过程中质点不随波迁移，而是在平衡位置附近上、下振动，如果简谐波向右传播，右边质点跟着左边质点运动；如果向左传播，左边质点跟着右边质点运动。图乙为振动图象，它反映了质点在0t/4时间内由平衡位置向y轴正方向运动，在t/4t/2时间内质点由正向最大位移处回到平衡位置。图甲为波动图象，如果波向右传播，在0t/4内质点b由平衡位置向正向最大位移处运动，选项b正确；同理选项d正确。【题例2】 答案：(1)54 m/s(2)58 m/s(3)波向左传播解析：(1)波向右传播时，传播距离x满足xk(k0,1,2,3)由t知传播时间满足tktt(k0,1,2，3)由于3tt2t14t因此k取3故t3tt由波形图知8 m波速v解得v54 m/s(2)波向左传播时，传播距离x满足xk(k0,1,2,3)传播时间满足tktt(k0,1,2，3)由3tt2t14t可知k取3故t3tt波速v解得v58 m/s(3)波速大小为74 m/s时，波在t时间内传播的距离为xvt740.5 m37 m(45) m所以波向左传播。演练巩固提升1d解析：机械波在传播过程中，振动质点并不随波迁移，只是在各自的平衡位置附近做简谐运动，选项a、c错误；机械波可能是横波，也可能是纵波，故振动质点的振动方向不一定垂直于波的传播方向，选项b错误；振动质点的振动是由波源的振动引起的，是受迫振动，故质点的振动频率等于波源的振动频率，选项d正确。2b解析：由题图知，两列波的波长不相等，而波速相同，由vf知，频率f不相同，不满足波的干涉条件，故选项b正确，选项a、c、d错误。3b解析：由波形图可知，波长0.4 m，振幅a5 cm，已知v2 m/s，所以t/v0.2 s，选项a错误；质点q和p间的距离刚好是1个波长，选项b正确；在机械波的传播过程中，各质点并不随波迁移，而是在自己的平衡位置附近振动，选项c错误；经过t0.4 s2t，质点p回到初始位置，不在平衡位置，它通过的路程是8a40 cm0.4 m，选项d错误。4c解析：由波动图象