高考物理复习 高效学习方略 122 机械波课件.ppt

一 机械波1 定义 机械振动在介质中的 2 产生条件 1 有 振源 2 有 传播 机械振动 介质 3 分类 1 横波 2 纵波 4 特点 1 机械波传播的是 质点只在各自的平衡位置附近振动 并不随波 2 波不但传递能量 而且可以传递 运动的形式 迁移 信息 二 描述波的物理量1 波长 在波动中 总是相同的两个质点间的距离 叫做波长 通常用 表示 2 频率 在波动中 各个质点的振动频率都是相同的 它们都等于 3 波速 波在介质中传播的速度 机械波的波速大小由决定 4 波长 频率和波速的关系 v 振动相位 相邻 振源的频率 介质 f 三 波的衍射1 定义 波可以绕过继续传播 这种现象叫波的衍射 2 发生明显衍射的条件 任何波遇到任何障碍物都能发生衍射 衍射总是存在的 发生明显衍射的条件是 只有缝 孔的宽度或障碍物的尺寸跟或 才能观察到明显的衍射现象 障碍物 波长差不多 比波长 小时 四 波的干涉1 波的叠加 几列波相遇时能够保持各自的运动状态 继续传播 在它们重叠的区域里 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 位移的矢量和 2 波的干涉 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 并且加强区和减弱区相互间隔 这种现象叫波的干涉 形成的图样称为 2 条件 产生干涉的必要条件是两列波的必须相同 加强 减弱 干涉图样 频率 1 一列简谐波某时刻的波形图如图甲所示 图乙表示该波在传播介质中某质点此后一段时间内的振动图象 则 若波沿x轴正方向传播 图乙为a点的振动图象 若波沿x轴正方向传播 图乙为b点的振动图象 若波沿x轴负方向传播 图乙为c点的振动图象 若波沿x轴负方向传播 图乙为d点的振动图象a b c d 解析d若波沿x轴正方向传播 只有b点从平衡位置向上振动 所以 正确 同理 当波沿x轴负方向传播时 正确 2 振源a带动细绳振动 某时刻形成的横波波形如图所示 从波刚传播到细绳上的p点开始计时 则下图所示的四个图形中能表示p点振动图象的是 解析a由振源a带动形成的部分横波可知 振源a的起振方向应是沿x负向 p点开始振动时也应向x负向起振 所以a正确 3 一列简谐横波在x轴上传播 在t1 0时的波形图如图中的实线所示 图中虚线是在t2 0 15s时的波形图 已知该波的周期大于0 15s 这列波的波速v为 a 若波沿x轴正方向传播 v 100m sb 若波沿x轴正方向传播 v 300m sc 若波沿x轴负方向传播 v 100m sd 若波沿x轴负方向传播 v 300m s 5 如图所示 实线和虚线分别表示振幅 频率均相同的两列波的波峰和波谷 此刻 m是波峰与波峰相遇点 下列说法中正确的是 a 该时刻质点o正处在平衡位置b p n两质点始终处在平衡位置c 随着时间的推移 质点m向o点处移动d 从该时刻起 经过四分之一周期 质点m到达平衡位置 解析bd波峰与波峰 或波谷与波谷 相遇的点为振动加强点 波峰与波谷相遇的点为振动减弱点 在波的传播方向上 加强点的连线为加强区 减弱点的连线为减弱区 不管波如何叠加 介质各质点均在各自的平衡位置附近振动 6 2011 上海 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 解析2 5s内两波传播的距离为x vt 0 4 2 5m 1m t 2 5s时的波形图如图所示 由波的叠加规律可知 m n两点的位移为2cm和0 答案 20 要点一机械波的传播和波的图象1 机械波的形成和传播特点 1 机械波的形成条件 有发生机械振动的波源 有传播介质 如空气 水等 2 传播特点 传播振动形式 传递能量 质点不随波迁移 1 机械波从一种介质进入另一种介质 频率不变 但波速 波长都改变 2 机械波波速仅由介质来决定 固体 液体中的波速比空气中大 2 振动图象与波的图象的对比和应用 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 2 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 根据波的传播特性判断a 由传播方向判定质点振动方向 确定该质点前边相邻的一质点 根据这一质点此时的位置 确定要判定质点的振动方向 b 由质点的振动方向判定波的传播方向 由某质点的振动方向确定哪边是它前边的点 从而确定波的传播方向 上下坡 法 沿波的传播方向看 上坡的点向下振动 下坡的点向上振动 由某一质点的振动方向 也可确定该段是上坡或下坡 即 上坡下 下坡上 解析c分别画出两个状态的波形图 很容易得波向x轴正方向传播 两个状态的波形图关于x轴对称 可知本题正确选项只有c 2011 四川理综 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 要点二简谐波中常见多解问题和加强 减弱点的判断1 波的多解性问题 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 d 只给出两时刻的波形 则有多次重复出现的可能 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 如知时间关系 则加nt 如知空间关系 则加n 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 1 波的传播和介质中各质点的振动之间有着密切的内在联系 要从本质上对它们的关系加以理解 2 与波有关的问题要注意其多解性 波的多解问题一般先考虑波传播的 双向性 再考虑 周期性 还应注意波的 对称性 例2 2010 福建理综 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 a 2m sb 3m sc 4m sd 5m s 如图所示 一简谐横波在x轴上传播 轴上a b两点相距12m t 0时a点为波峰 b点为波谷 t 0 5s时 a点为波谷 b点为波峰 下列判断中正确的是 a 波一定沿x轴正方向传播b 波长可能是8mc 周期可能是0 5sd 波速一定是24m s 当n 和n取相同值时 波速为24m s 若n 和n取不同值时 波速可有无数个可能值 所以选项d错 要判定波传播的方向 除了知道某时刻的波形图外 还需知道该时刻某一质点振动方向 因此本题中无法判定波向哪个方向传播 故选项a也错 要点三波的干涉 衍射与多普勒效应1 波的干涉与波的衍射的比较 1 加强区振动加强只是振幅变大 并不是质点一直处于位移最大值 2 只有符合干涉条件的两列波相遇时才能产生干涉现象 3 任何波都能发生衍射现象 而发生明显的衍射需要一定的条件 1 发生多普勒效应时 波源的真实频率不会发生任何变化 只是观察者接收到的频率发生了变化 2 观察者接收到的频率发生变化的原因是观察者与波源之间有相对运动 例3 2011 上海 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c a点的振动始终加强d a点的振动始终减弱 解析b根据题意 由于介质相同 所以两列波的波速相等 由题图可知 两列波的波长不相等 由v f知两列波的频率不相等 因此相遇时不会发生干涉现象 也就不会出现振动始终加强或者始终减弱的区域 选项a错误 b正确 a点在图示时刻是两波峰相遇 振动加强 但因频率不同 另一时刻 可能是两列波的波峰和波谷相遇 振动就减弱了 故选项c d均错误 规律方法 关于波的干涉 要正确理解稳定的干涉图样是表示加强区和减弱区的相对稳定 但是加强区和减弱区还是在做振动 发生变化的是振幅增大和减小的区别 而且波形图沿着波的传播方向在推进 如图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 且图示的范围内振幅不变 波速和波长分别为1m s和0 5m c点是be连线的中点 下列说法正确的是 a c e两点都保持静止不动b 图示时刻a b两点的竖直高度差为20cmc 图示时刻c点正处一平衡位置且向水面上运动d 从图示的时刻起经0 25s b点通过的路程为20cm解析bcd由波的干涉知识可知图中加强区是质点a b e的连线处 减弱区是过d f的连线处和过p q的连线处 显然 c e两点是振动的加强点 不可能保持静止 a选项错误 a b在图示的时刻 a在波峰 b在波谷 它们振动是加强的 振幅均为两列波的振幅之和 均为10cm 此时的高度差为20cm b选项正确 a b c e均在振动加强处 且在同一条直线上 由题图可知波是由e处向a处传播 在图示时刻这些质点的波形图如图所示 由图可知c点向水面 上方表示水面 运动 c选项正确 例4 在水波的衍射实验中 若打击水面的振子振动的频率是5hz 水波在水波槽中的传播速度是0 05m s 为观察到显著的衍射现象 小孔直径d应为 a 10cmb 5cmc d 1cmd d 1cm 如图所示 s是波源 m n是两块挡板 其中m板固定 n板可以左右移动 两板中间有一狭缝 此时a点没有明显振动 为了使a点能发生明显的振动 可采取的方法是 a 增大波源的振动频率b 减小波源的振动频率c 将n板向右平移一些d 将n板向左平移一些 解析bd由题意可知 a点处于挡板m后面的 阴影区 内 要使之有明显的振动 需使波发生明显的衍射 关键在于孔缝的尺寸要跟波长相差不多 或者比波长更小 因此 为使a点能发生明显振动有两条途径 其一 若保持狭缝宽度不变 可减小波的频率以增大波长 当波长大于缝的宽度时 由于衍射而使a点明显振动 其二 若波源振动频率不变 可将n板向左平移 使缝的宽度减小 当缝宽小于波长时 波发生明显衍射 也可使a点明显地振动 例 一列简谐横波沿x轴正方向传播 如图甲是波传播到x 5m的m点时的波形图 图乙是质点n x 3m 从此时刻开始计时的振动图象 q是位于x 10m处的质点 则 1 q点开始振动时 振动方向如何 2 经过多长时间 q点第一次到达波峰 错因剖析 不清楚波的实质 不清楚由于 带动作用 介质中每个质点的起振方向都与波源起振方向相同 忽略波形会随着时间的变化而变化 直接将图甲所示给出的波形延伸 画出如图所示的波形图 得出从图甲时刻到q点第一次出现波峰的时间为5t 4 5s的错误结论 答案 1 向下 2 8s 1 如图所示 有两列简谐横波a b在同一介质中沿x轴正方向传播 振幅均为0 5m 波速均为5m s 在t 0时刻两列波的波峰正好在x 5m处重合 则以下说法正确的是 a x 5m处为干涉加强点 振幅为1mb 两列波在t 0时刻只有x 5m处波峰重合c 两列波不会发生干涉 所以没有振幅总保持1m做简谐运动的质点d 这两列波虽然不会发生干涉 但是存在振幅总保持1m做简谐运动的质点 2 2011 重庆理综 介质中坐标原点o处的波源在t 0时刻开始振动 产生的简谐波沿x轴正向传播 t0时刻传到l处 波形如题图所示 下列能描述x0处质点振动的图象是 解析c从波形图上看出 x0处的质点下一时刻的振动方向是向y轴负方向运动 所以振动图线是a或c 考虑到波传播到l处 l处质点的起振方向向下 所以 振动图线必是c 3 一列横波在某时刻的波形图如图中实线所示 经2 10 2s后的波形如图中虚线所示 则该波的波速v和频率f不可能是 a v为5m sb v为45m sc f为50hzd f为37 5hz 4 水槽中步调相反的波源s1 s2发出两列波长相等的水波 设某一时刻p点恰好是两波谷相遇 则 a 这两列波能干涉b p点始终就在波谷c p是振动加强点d p的位移有时可为零解析acd本题综合考查了v f 波的干涉条件 干涉中介质质点的运动规律