2011年高中物理二轮总复习 机械波教案

第十四讲机械波第十四讲机械波 20 10 年 命 题 特 点 对本部分的内容的考查呈现以下特点 1 高考必考内容命题频率最高的知识点是波的图象 波长 波速和 频率的关系 2 一道题往往考查多个概念和规律 特别是通过波的图象综合考查 对波的理解能力 推理能力和空间的想象能力 应 试 高 分 子 瓶 颈 在这部分试题中 考生容易出现的问题是不去理解波的产生原因和 波动图象的物理意义 只想通过死记硬背来解决波动问题 结果必然出 现问题 导致丢分 要理解波动产生和传播过程的原因 然后在理解的基础上熟记相关知识 内容是正确决问题保证得分的有效办法 命题点 1 波的图象 命题点 2 波的干涉和衍射 声波和多普勒效应 命题点命题点 1 1 波的图象波的图象 本类考题解答锦囊本类考题解答锦囊 解答 波的图象 一类试题 应了解以下几点 1 注意区分波速和质点的振速 波速是振动形式由近及远传播的快慢 在均匀介质中是匀速的 经过 一个周期向外传播的距离等于一个波长 振速是一种变加速运动 振速的大小和方向随时间在做周期性变化 经过一个周期质点振动经过的路程为 4 个振幅 2 注意区分波动图象与振动图象 3 质点振动方向与波传播方向的判断 应用口诀 逆向找 上坡上 下坡下 即波若向右传则向左找 是波峰的话该质点向上振动 是波谷的话就向下振动 4 会用公式 v f 或 T 进行相关计算 计算中注意波传播的方向性和周期性所带来的多解的问 题 I I 高考最新热门题高考最新热门题 1 典型例题 一列简谐横波沿 x 轴负方向传播 如图 14 1 1 甲 所示是 t ls 时的波形图 图 乙 是 波中某振动质元位移随时间变化的振动图线 两图用同一时间起点 则图 乙 可能是图 甲 中哪个质元的振 动图线 A x 0 处的质元 B x 1 m 处的质元 D x 2m 处的质元 C x 3 m 处的质元 命题目的与解题技巧命题目的与解题技巧 考查振动图象和波动图象的意义以及它们之间的 内在联系 从波动图象入手画出 t 0 时的波形图是解题关键 解析 由图已看出周期 T 4s 由题意图甲是 t 1s 时的波形 则在 t 0 时的波形图中 x 0 处的质元位移 达正最大 x 1 处的质元位移零 x 2 处的质元位移达负最大 x 3 处的质元位移为零 可见图乙是 x 0 处 的质元的振动图线 答案 A 2 典型例题 已知 一简谐横波在某一时刻的波形图如图 14 1 2 所示 图中位于 a b 两处的质元经 过四分之一周期后分别运动 a b 处 某人据此 做出如下判断 可知波的周期 可 知波的传播速度 可知波的传播方向 可知波的波长 其中正确的是 A B C D 答案 答案 C 指导 指导 考查波的图象的应用 注意波的形成原因由于 b 处的质元经过 1 4 周期到达 b 处重复 坐标 5 的质元的振动形式 5 处的质元为 b 处质元的前一质元 所以波向右传播 正确 由所给波动图象 可直热接读出波长为 4m 正确 3 典型例题 如图 14 1 3 所示 一列简谐横波在 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 则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 8 m C 周期可能是 0 5 s D 波速一定是 24m s 答案 答案 B 指导 指导 考查考生从已知简谐横波的波峰与波谷间的距离求可能的波长 波速 周期以及传播 方向等 由 a 点在波峰 b 点在波谷 可知 a b 的运动方向或运动趋势方向总相反 则 3 2 1 0 2 1 12 n n nSab 当 n 1 时 8 m 所以 B 项正确 经过 t 秒 a 在波谷 b 在波峰 可知 3 2 1 0 2 1 5 0 2 n n T T Tnt 则 T 不可能为 0 5 s 所以 C 选项错误 由于不知道某质点的振动 方向 无法判断波的传播方向 A 项错误 由于波长和周期都不是唯一解 则速度值也不唯一 所以 D 项错 误 4 典型例题 如图 14 1 4 所示 波源 S 从平衡位置 y 0 开始振动 运动方向竖直向上 y 轴的正方向 振动周期 T 0 01s 产生的简谐波向左 右两个方向传播 波速均为 v 80m s 经过一段时间后 P Q 两 点开始振动 已知距离 SP 1 2m SQ 2 6m 若以 Q 点开始振动的时刻作为计时的零点 则在 14 1 5 的振动图 象中 能正确描述 P Q 两点振动情况的 A 甲 为 Q 点的振动图象 B 乙 为Q 点的振动图象 C 丙 为 P 点的振动图象 D 丁 为 P 点的振动图象 答案 答案 AD 指导 指导 波长 4 3 14 1 8 0 mSPSQmTv即 P 点比 Q 点振动提前T 4 3 1 若以 Q 点开始振动 的时刻作为计时零时刻 则甲图应为 Q 点的振动图象 丁图为 P 点的振动图象 故 A D 正确 5 典型例题 一简谐横波在图 14 1 6 中 x 轴上传播 实线和虚线分别是 t1和 t2时刻的波形图 已知 t1 t2 1 0s 由图判断下列哪一个波速是不可能的 A 1m s B 3m s C 5m s D 10 m s 答案 答案 D 分析 波的图象 平移法 与波的公式 v f 综合的考查 指导 指导 由题图知简谐横波的波长为 4m 设简谐横波向右传播 v 3 2 1 0 14 0 1 141 12 nn n tt n t x v可能为 1 5 9 m s 设简谐横波 向左传播 vnn n tt n t x v 3 2 1 0 34 0 1 34 12 n 0 1 2 3 v 可能为 3 7 11 m s 所以 A B C 都可能 D 不可能 6 典型例题 一列简谐横波沿一直线向左传播 当直线上某质点 a 向上运动到达最大位移时 a 点右 方相距 0 15m 的 b 点刚好向下运动到最大位移处 则这列波的波长可能是 A 0 6 m B 0 3 m C 0 2 m D 0 1m 答案 答案 BD 指导 指导 由题可知 sab n 0 1 2 3 得 n 0 1 2 3 n 取 0 1 时 B D 正确 A C 不可能 7 典型例题 一简谐横波在 x 轴上传播 波源振动周期 T 0 1 s 在某一时刻的波形如图 14 1 7 所示 且此时 a 点向下运动 则 A 波速为 20m s 波向 x 轴正方向传播 B 波速为 10m s 波向 x 轴负方向传播 C 波速为 20m s 波向 x 轴负方向传播 D 波速为 10m s 波向 x 轴正方向传播 答案 答案 A 指导 指导 d 点向下运动 由 上坡法 可判断波向 c 轴正向传播 据 v T 得 v 20m s 题点经典类型题题点经典类型题 1 典型例题 如图 14 1 8 所示为波源 O 振动 1 5s 时沿波的传播方向上部分质点振 动的波形图 已知波源 O 在 t 0 时开始沿 x 负方向振动 t 1 5s 时它正好第二次到达波 谷 问 1 何时 y 5 4m 的质点第一次到达波峰 2 从 t 0 开始至 y 5 4m 的质点第一次到达波峰这段时间内 波源通过的路程是多少 命题目的与解题技巧命题目的与解题技巧 考查波的形成原因 解题关键是 t 0 时波源 o 沿 x 负方向振动 那么根据波产生 原因可知每一质点的起振方向都是 x 负方向 解析 1 因为 60 cm 0 6 m t 1T 4 1 所以 T 4t 5 1 2 s 因为 s t T 所以 s t T 0 6 1 5 1 2 0 75 m 所以 t 1 5s 时波刚好传到距波源 0 75m 的质点 最前面的波峰位于 y 0 3 m 的质点 又因为 s t T 所以 t sT 5 4 0 3 1 2 0 6 10 2s 所以 t t t 1 5 10 2 11 7 s 2 S路 4At T 4 0 05 11 7 1 2 1 95 m 答案 1 1 11 7s 2 1 95m 2 典型例题 一列简谐横波某时刻的波形如图 14 1 9 中的实线所示 经过 0 5 秒后的波形又如图中的 虚线所示 已知波的周期为了 且 0 25 秒 T 0 5 秒 则 A 当波向 x 方向传播时 波速等于 10 米 秒 B 不论波向 x 轴哪一方向传播 在 0 5 秒内 x 1 米处的质点 M 通过的路程都相等 C 当波沿 x 方向传播时 x 1 米处的质点 M 和 x 2 5 米处的质点 N 在这 0 5 秒内通过的 路程不相等 D 当波向 x 方向传播时 经过 0 1 秒时质点 M 的位移一定为零 答案 答案 AC 指导 指导 由图象读出 4 米 由于 0 25 秒 T 0 5 秒 所以 T 0 5 秒5A 选项 C 正确 如果波向 x 方向传播 将实线波形向左平移 1 而得到虚线波形 应有 0 5 T 所以 T 秒 在这 0 5 秒内 质点 M 通过的路程 sM 7A 14 厘米 显然 sM sM 选项 B 错误 波向 x 方向传播时 选项 D 中的时间 t 0 1 秒并非 4 T 的整数倍 质点 M 的位移不 可能为零 故 A C 正确 3 典型例题 如图 14 1 10 中实线为一列简谐横波在 t1时刻的图象 虚线是它在 t2 t1 0 05 s 时的 图象 求 1 波速 2 若波速为 600m s 求波的传播方向 答案 答案 1 若波向左传 v 40 4n 3 m s n 0 l 2 若波向右传 v 40 4n 1 m s n 0 1 2 2 波向左传播 指导 指导 1 由图可知 这列波波长 8m 当波向右传时 在 t 0 005s 内 设波传播距离为 s1 则 s2 4 1 n波传播的速 v1 14 40 5 0 8 4 14 4 1 1 smn n t n t s 当波向左传播时 在 t O 005 内 设波传播距离为 s2 则 s2 4 3 n 波传播的速度 v2 40 4n 3 m s 式中 n 0 1 2 2 若波向右传 有 600 40 4n 1 得 n 3 5 与 n 为整数相矛盾 若波向左传有 600 40 4n 3 得 n 3 所以波向左 传播 4 205 泰安模拟 图 14 1 11 甲 是一列简谐横波在 t 0 2s 时的波形图 其中 O 是波源 图 14 1 11 乙 是 波上某一点尸的振动图象 求 1 波速 并说明 P 质点的位置 2 画出 t 0 4 s 和 t 0 55 s 的波形图 答案 答案 1 v 20m s P 是波源 O 点 2 如图 D14 1 所示 指导 指导 1 从 甲 图可知 4 m 由 乙 图可得了 T 0 2 s 所以波速 v T 2vm s 因为在 t 0 2s 内 波向前传播一个波长 而 P 质点刚好振动一个周期 故 p 应是波源 O 点 2 由于波在 t 0 4 s 时又 向前传播了一个波长 而在 x 0 至 4m 之间各质点均重复回到原来位置 故 t 0 4s 时的波形图为 图 D14 1 中实线所示 同理可得出 t 0 55s 时的波形图 相对 t 0 4s 时又多向前传播了 4 3 P 质点又多振动了 4 3 T 位移 y 2cm 如图 014 1 中的虚线所示 新高考命题方向预测新高考命题方向预测 1投石于静水中 圆形波沿水面向外传播 当第一个波峰经 12s 从投石处传到距离为 3m 处时 第 7 个波峰刚好在投石处形成 求 1 这列水波的波长 2 波速 3 水波 答案 答案 1 0 5 m 2 0 25m s 3 0 5Hz 指导 指导 1 第一个波峰到第七个波峰的距离为六个波长 所 以 m ms 5 0 6 3 6 2 由 s vt 知波速 vsm s m t s v 25 0 12 3 3 由 v f 知 f 0 5Hz 2 一列简谐横波沿 x 轴传播 某时刻的波形如图 14 1 12 所示 关于波的传播方向 与质点 a b c d e 的运动情况 下列说法正确的是 A 若波形沿 x 轴正方向传播 则质点 d 运动的速度将减小 B 若质点 e 比质点 d 先回到平衡位置 则波沿 x 轴正方向 C 若波形沿 x 轴负方向传播 则质点 c 向下运动 D 若波形沿 x 轴正方向传播 再经过半个周期质点 b 将运动到质点 d 现在的位置 答案 答案 C 指导 指导 若波形沿 x 正方向传播 在波的传播方向上 由 上坡下 下坡上 知 a 下振 c 上振 e 下振 则 运动的速度将增大 d 比 e 先回到平衡位置 经过半个周期 b 质点将在波谷位置但不会迁移 到 d 位置 3 如图 14 1 13 所示一列简谐横波的振源沿竖直方向振动图 14 1 13 为振源起振后一 个周期时间内 波在介质中传播的情况 设振源振动的周期为了 则下列说法正确的是 A 若 M 点为振源 则 M 点起振时的运动方向向下 B 若 N 点为振源 则 N 点起振时的运动方向向上 C 若 M 点为振源 则质点 P 已振动了T 4 3 的时间 D 若 N 点为振源 则质点 P 已振动了T 4 3 的时间 答案 答案 D 指导 指导 若 M 点为振源 波由 M 传播到 N 则 N 点开始振动的方向向上 也是 M 点起振时的运动方 向 由于 M P0 两点相距 4 3 在波由 M 传播到