高考物理大一轮复习选修部分基础课2机械波课件粤教版选修3-4.ppt

基础课2机械波 知识点一 机械波横波和纵波1 机械波的形成条件 1 有发生机械振动的波源 2 有传播介质 如空气 水等 2 传播特点 1 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 2 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 3 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 4A 零 3 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 知识点二 横波的图象波速 波长和频率的关系1 横波的图象 1 坐标轴 横轴表示各质点的 纵轴表示该时刻各质点的 2 意义 表示在波的传播方向上 某时刻各质点离开 的位移 3 图象 平衡位置 位移 平衡位置 2 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 2 波速v 波在介质中的传播速度 由 本身的性质决定 3 频率f 由波源决定 等于波源的 4 波长 波速和频率的关系 v v 相同 介质 振动频率 f 知识点三 波的干涉和衍射现象多普勒效应1 波的干涉和衍射 相同 尺寸 干涉图样 绕过障碍物 2 多普勒效应 1 条件 声源和观察者之间有 2 现象 观察者感到 发生变化 3 实质 声源频率 观察者接收到的频率 相对运动 频率 不变 变化 思考判断 1 在机械波传播过程中 介质中的质点随波的传播而迁移 2 周期或频率 只取决于波源 而与v 无直接关系 3 波速v取决于介质的性质 它与T 无直接关系 只要介质不变 v就不变 如果介质变了 v也一定变 4 两列波在介质中叠加 一定产生干涉现象 5 一切波都能发生衍射现象 6 多普勒效应说明波源的频率发生变化 答案 1 2 3 4 5 6 机械波的传播与图象 1 波动图象的信息 如图1所示 图1 1 直接读取振幅A和波长 以及该时刻各质点的位移 2 确定某时刻各质点加速度的方向 并能比较其大小 3 结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向 1 机械波的传播 多选 如图2 a b c d是均匀媒质中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 图2 A 在t 6s时刻波恰好传到质点d处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E 当质点d向下运动时 质点b一定向上运动 答案ACD 2 判断波的传播方向或质点的振动方向 2017 山西四校联考 多选 如图3所示是沿x轴传播的一列简谐横波 实线是在t 0时刻的波形图 虚线是在t 0 2s时刻的波形图 已知该波的波速是0 8m s 则下列说法正确的是 图3 A 这列波的周期是0 15sB 这列波是沿x轴负方向传播C t 0时 x 4cm处的质点速度沿y轴正方向D 0 0 2s内 x 4cm处的质点振动方向改变了3次E t 0 2s时 x 4cm处的质点加速度方向沿y轴负方向答案ABD 3 波速公式的应用 2016 河北唐山统考 一列沿 x方向传播的简谐横波 在t 0时刻的波形如图4所示 质点振动的振幅为10cm P Q两点的坐标分别为 1 0 和 9 0 已知t 0 7s时 P点第二次出现波峰 图4 1 这列波的传播速度多大 2 从t 0时刻起 经过多长时间Q点第一次出现波峰 3 当Q点第一次出现波峰时 P点通过的路程为多少 答案 1 10m s 2 1 1s 3 0 9m 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 方法技巧 振动图象和波的图象的关联分析 求解波动图象与振动图象综合类问题可采用 一分 一看 二找 的方法 1 已知振动图象确定波的图象 福建理综 在均匀介质中 一列沿x轴正向传播的横波 其波源O在第一个周期内的振动图象如图5所示 则该波在第一个周期末的波形图是 图5 解析由振动图象可知波源开始振动的方向沿y轴负方向 则一个周期末开始振动的质点 其振动方向也是沿y轴负方向 所以A C错误 由振动图象可知 后半个周期振动的振幅较大 根据波的传播特点 B错误 D正确 答案D 2 已知波的图象确定振动图象 如图6所示 甲为t 1s时某横波的波形图象 乙为该波传播方向上某一质点的振动图象 距该质点 x 0 5m处质点的振动图象可能是 图6 答案A 3 两种图象的综合应用 多选 图7 a 为一列简谐横波在t 0 10s时刻的波形图 P是平衡位置在x 1 0m处的质点 Q是平衡位置在x 4 0m处的质点 图 b 为质点Q的振动图象 下列说法正确的是 图7 A 在t 0 10s时 质点Q向y轴正方向运动B 在t 0 25s时 质点P的加速度方向与y轴正方向相同C 从t 0 10s到t 0 25s 该波沿x轴负方向传播了6mD 从t 0 10s到t 0 25s 质点P通过的路程为30cmE 质点Q简谐运动的表达式为y 0 10sin 10 t 国际单位制 答案BCE 波的多解问题 造成波动问题多解的主要因素有1 周期性 1 时间周期性 时间间隔 t与周期T的关系不明确 2 空间周期性 波传播距离 x与波长 的关系不明确 2 双向性 1 传播方向双向性 波的传播方向不确定 2 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 典例 2015 全国卷 34 2 甲 乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播 波速均为v 25cm s 两列波在t 0时的波形曲线如图8所示 求 图8 t 0时 介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标 从t 0开始 介质中最早出现偏离平衡位置位移为 16cm的质点的时间 解析 两列波的振幅均为8cm 故偏离平衡位置位移为16cm的质点应为两列波的波峰相遇处的质点 根据波形图可知 甲 乙的波长分别为 乙 60cm 甲 50cm则甲 乙两列波的波峰坐标分别为x甲 50 k1 50 cm k1 0 1 2 3 x乙 50 k2 60 cm k2 0 1 2 3 答案 x 50 300n cm n 0 1 2 3 0 1s 方法技巧 1 周期性造成的多解问题 2016 吉林长春三模 多选 一列简谐横波沿x轴正方向传播 t时刻波形图如图9中的实线所示 此时波刚好传到P点 t 0 6s时刻的波形如图中的虚线所示 a b c P Q是介质中的质点 则下列说法正确的是 图9 A 这列波的波速可能为50m sB 质点a在这段时间内通过的路程一定小于30cmC 质点c在这段时间内通过的路程可能为60cmD 若周期T 0 8s 则在t 0 5s时刻 质点b P的位移相同E 若周期T 0 8s 从t 0 4s时刻开始计时 则质点c的振动方程为x 0 1sin t m 答案ACD 2 双向性造成的多解问题 2017 衡水模拟 在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距4m的A B两点 如图10甲 乙分别是A B两质点的振动图象 已知该波波长大于2m 求这列波可能的波速 图10 答案见解析 波的干涉 衍射 多普勒效应 2 多普勒效应的成因分析 1 接收频率 观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数 2 当波源与观察者相互靠近时 观察者接收到的频率变大 当波源与观察者相互远离时 观察者接收到的频率变小 1 波的干涉现象 多选 如图11所示 实线与虚线分别表示振幅 频率均相同的两列简谐横波的波峰和波谷 此刻 M是波峰与波峰的相遇点 设这两列波的振幅均为A 则下列说法正确的是 图11 A 此时刻位于O处的质点正处于平衡位置B P N两处的质点始终处在平衡位置C 随着时间的推移 M处的质点将向O处移动D 从此时刻起 经过四分之一周期 M处的质点到达平衡位置 此时位移为零E O M连线的中点是振动加强的点 其振幅为2A 解析此时刻位于O处的质点正处于波谷与波谷的相遇点 不在平衡位置 选项A错误 P N两处的质点处于波峰和波谷的相遇点 两列波在这两处的位移始终相反 合位移为0 选项B正确 质点并不随波迁移 选项C错误 从此时刻起 经过四分之一周期 两列波在M点的振动均达到平衡位置 合位移为零 选项D正确 O M连线的中点是振动加强区的点 其振幅为2A 选项E正确 答案BDE 2 多普勒效应 如图12所示 向左匀速运动的小车发出频率为f的声波 车左侧A处的静止的人感受到的声波的频率为f1 车右侧B处的静止的人感受到的声波的频率为f2 则 图12 A f1 f f2 fB f1 f f2 fC f1 f f2 fD f1 f f2 f 解析波源朝向观察者运动时 观测频率大于波源的频率 波源远离观察者运动时 观测频率小于波源的频率 D正确 答案D 3 波的干涉 衍射 多选 一列简谐横波 某时刻的波形图如图13甲所示 从该时刻计时 波上质点A的振动图象如图乙所示 则 图13 A 若此波传播过程中遇到频率为1 25Hz的同类波 一定会发生干涉 产生稳定的干涉图样B 若此波传播过程中遇到波长为20m的同类波 一定会发生干涉 产生稳定的干涉图样C 若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为2000m 可能发生明显衍射现象D 该波的传播速度为2 5m sE 该波的传播速度为25m s 答案ABE 1 2016 全国卷 34 某同学漂浮在海面上 虽然水面波正平稳地以1 8m s的速率向着海滩传播 但他并不向海滩靠近 该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s 下列说法正确的是 填正确答案标号 A 水面波是一种机械波B 该水面波的频率为6HzC 该水面波的波长为3mD 水面波没有将该同学推向岸边 是因为波传播时能量不会传递出去E 水面波没有将该同学推向岸边 是因为波传播时振动的质点并不随波迁移 答案ACE 2 2016 全国卷 34 由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左 右传播 波源振动的频率为20Hz 波速为16m s 已知介质中P Q两质点位于波源S的两侧 且P Q和S的平衡位置在一条直线上 P Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15 8m 14 6m P Q开始振动后 下列判断正确的是 填正确答案标号 A P Q两质点运动的方向始终相同B P Q两质点运动的方向始终相反C 当S恰好通过平衡位置时 P Q两点也正好通过平衡位置D 当S恰好通过平衡位置向上运动时 P在波峰E 当S恰好通过平衡位置向下运动时 Q在波峰 答案BDE 3 2015 全国卷 平衡