河北省沧州市高考物理一轮复习 机械波课件.pptVIP

一 机械波的形成与传播1 机械波 1 产生条件 振源 传播振动的介质 2 分类 横波 质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波 纵波 质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波 3 特点 对于理想的简谐波而言 各质点振动的振幅 周期都相同 只是振动的步调不一致 离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动 即 前带后 后跟前 运动形式向后传 各质点只在各自的平衡位置附近振动 并不沿着波的传播方向迁移 所有质点开始振动的方向与波源开始振动的方向相同2 描述机械波的物理量 1 波长 两个相邻的 在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长在一个周期内振动形式在介质中传播的距离等于波长 2 频率f 即波源的振动频率 单位是hz 3 波速v 单位时间内振动向外传播的距离公式 v f 4 决定频率 波速和波长大小的因素 波的频率f就是波源振动的频率而跟介质的种类无关 波由一种介质进入另一种介质时 频率不会改变 简谐波的振幅也由波源决定 波速v由介质性质均定而跟频率大小无关 所以不同频率的声波在同种介质中的速率相同 有一种介质进入另一种介质时 频率不变 速率改变 波长 由频率 或周期 和波速共同决定 也就是由振源和介质共同决定 即 v f vt 二 波动图像1 波动图象 表示波的传播方向上 介质中的各个质点在同一时刻想对于平衡位置的位移 当波源作简谐运动时 它在介质中形成简谐波 其波动图象为正弦或余弦曲线 2 由波的图象可获取的信息 1 该时刻各质点的位移 2 质点振动的振幅a 3 波长 4 若知道波速v的方向 可知各质点的运动方向 如图中 设波速向右 则1 4质点沿 y方向运动 2 3质点沿 y方向运动 5 若已知波速v的大小 可求频率f或周期t f 1 t v f 6 若已知f或t 可求v的大小 v f t 7 若已知波速v的大小和方向 可画出后一时刻的波形图 波在均匀介质中作匀速运动 t内各质点的运动形式沿波速方向传播 x v t 即把原波形图沿波的传播方向平移 x 3 波动图象与振动图象的比较 振动图象与波的图象 1 首先两个图象的坐标轴所表示的物理意义不同 振动图象的横坐标表示时间 而波动图象的横坐标表示介质中各振动质点的平衡位置 2 两个图象所描述的对象不同 振动图象描述的是一个质点的位移随时间的变化情况 而波的图象描述的是介质中的一群质点某一时刻各自振动所到达的位置情况 通俗地说 振动图象相当于是在一般时间内一个质点运动的 录像 而波的图象则是某一时刻一群质点振动的 照片 3 随着时间的推移 振动图象原来的形状 即过去质点不同时刻所到达的位置不再发生变化 而波的图象由于各质点总在不断地振动 因此随着时间的推移 原有的图象将发生周期性变化 4 已知波速v和波形 画出再经 t时间波形图的方法平移法 先算出经 t时间波传播的距离 x v t 再把波形沿波的传播方向平移 x即可 因为波动图象的重复性 若已知波长 则波形平移n个 时波形不变 当 x n x时 可采取去整留零x的方法 只需平移x即可 特殊点法 在波形上找两特殊点 如果平衡位置的点和与相邻的峰 谷 点 先确定这两点的振动方向 再看 t nt t 由于经nt波形不变 所以也采取去整nt留零t的方法 分别作出两特殊点经t后的位置 然后按正弦规律画出新波形 5 已知振幅a和周期t 求振动质点在 t时间内的路程和位移求振动质点在 t时间内的路程和位移 由于牵涉质点的初始状态 需要正弦函数复杂 但 t若为半周期t 2的整数倍则很容易在半周期内质点的路程为2a 若 t nt 2 n 1 2 3 则路程s 2na 其中n t t 2 当质点的初始位移 相对平衡位置 为x1 x0时 经t 2的奇数倍时x2 x0 经t 2的偶数倍时 x2 x0注意 振动质点无论从哪个位置开始计时 在一个周期内通过的路程为4a 半个周期内通过的路程为2a 但不能说四分之一周期内通过的路程为a 这与振子计时位置有关 6 波的多解性及其求解方法 重点题型 1 波动图像的周期形成多解问题机械波在一个周期内不同时刻图像的形状是不同的 但在相隔时间为周期整数倍的不同时刻的波形则是相同的 机械波的这种周期性必然导致波的传播距离 时间 速度及质点振动的路程等物理量具有多解 假设经过n个周期后 传播距离 x0 n x 传播时间 t nt t 传播速度 v x0 t n x nt t 质点振动路程 s 4na s 2 波的传播方向的双向性形成多解问题机械波传播时 可以沿x轴正方向传播 也可以沿x轴负方向传播 3 波形的隐含性形成多解问题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 三 波特有的现象1 波的叠加原理两列波在空间相遇与分离时都能保持其原来的特性 如f a v 振动方向等 沿原来方向传播 而不互相干扰 在两列波重叠区域里 任意质点同时参与两个振动 其合振动位移等于这两列波分别引起位移的矢量和 2 波的干涉 1 定义 频率相同的两列波叠加 使某些区域的振动加强 某些区域的振动减弱 且振动加强和振动减弱的区域互相间隔 2 相干条件 两类波的频率必须相同 振动方向必须相同 3 特点 振动加强点的位移不是始终等于振幅 它的位移的大小和方向随时间在发生周期性变化 4 判断方法 对于两个相同的波源 r表示空间某点到两个波源的距离之差 则 r n n 0 1 2 该质点振动加强 r 2n 1 2 n 0 1 2 该质点振动减弱 3 波的衍射 1 定义 波在传播过程中 绕过障碍物偏离直线传播的现象 2 特点 衍射总是存在的 只是明显与不明显而已 不明显时表现为直线传播 3 发生明显衍射的条件 障碍物 或孔 的尺寸大小比波长更小或差不多 四 声波和多普勒效应 1 声源的振动在介质中的传播形成声波 2 声波是纵波 3 声波在空气中的传播速度大约为340m s 随温度的升高而略有增大 4 多普勒效应 由于波源和观察者之间有相对运动 使观察者感到频率发生变化的现象 叫做多普勒效应 频率为f的波源和观察者相互接近时 观察者感受到的频率增大f1 f 频率为f的波源和观察者相互远离时 观察者感受到的频率减小f2 f 1 区分横波和纵波是根据a 沿水平方向传播的叫做横波b 质点振动的方向和波传播的远近c 质点振动的方向和波传播的方向d 质点振动的快慢 c 2 一列波由波源向周围扩展 则以下说法中正确的有a 介质中各质点由波源向周围运动b 介质振动的能量由波源向周围传播c 介质中各质点振动的形式由波源向周围传播d 介质中各质点只是在各自的平衡附近振动而没有发生迁移 bcd 3 关于振动和波的关系 下列说法正确的是a 有机械波必有振动b 有机械振动必有波c 介质中各质点都在各自的平衡位置附近振动d 离波源远的质点振动得慢 ac 4 如图是某时刻的波动图象 其中质点p沿y轴正方向运动 则波的传播方向如何 质点a的振动方向如何 波向右传播 质点a向下振动 5 一列简谐横波沿x轴负方向传播 左图是t 1s时的波形图 右图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 则右图可能是左图中哪个质元的振动图线 a x 0处的质元b x 1m处的质元c x 2m处的质元d x 3m处的质元 a 多解问题1 图6 6中实线是一列简谐波在某一时刻的波形图线 虚线是0 2s后它的波形图线 这列波可能的传播速度是 从图上可以看出 4m 当波沿x正方向传播时 两次波形之间间隔的时间为 当波沿x负方向传播时 两次波形之间间隔的时间为 此题的答案为 20n 5 m s和 20m 15 m s n 0 1 2 2 如图6 18所示 一根张紧的水平弹性长绳上的a b两点 相距14 0m b点在a点的右方 当一列简谐横波沿此长绳向右传播时 若a点的位移达到正最大时 b点的位移恰为零且向下运动 经过1 00s后a点的位移为零 且向下运动 而b点的位移恰达到负最大 则这简谐波的波速可能等于 a 4 67m sb 6m sc 10m sd 4m s ac 3 有两列简谐横波a b在同一媒质中沿x轴正方向传播 波速均为v 2 5m s 在t 0时两列波的波峰正好在x 2 5m处重合 如图所示 1 求两列波的周期ta和tb 2 求t 0时两列波的波峰重合处的所有位置 1 a 2 5m b 4m ta 1s tb 1 6s 2 4n 2 5 n m 式中n和m都是正整数 得3n 5m n 5 m 3 所以每隔20m又会重合 所有重合处的位置为x 2 5 20k k 0 1 2 一简谐波的波源在坐标原点o处 经过一段时间振动从o点向右传播20cm到q点 如图6 7所示 p点离开o点的距离为30cm 试判断p质点开始振动的方向 并画出传播到p点时的波形图 如图6 16所示 一列简谐横波沿x轴正方向传播 从波传到x 5m的m点时开始计时 已知p点相继出现两个波峰的时间间隔为0 4s 下面说法中正确的是a 这列波的波长是4mb 这列波的传播速度是10m sc 质点q x 9m 经过0 5s才第一次到达波峰d m点以后各质点开始振动时的方向都是向下 abd 波的叠加1 如图2所示 一水平弹性绳上 两列波相向传播 波长都是2m 波速都是1m s t 0时 波形如图 此刻两列波的前端相距1m 则图中的各波形图对应的时刻t1 t2 t3 t4 四个时刻不代表先后顺序 分别为 a 1s 1 5s 2s 2 5sb 1s 2s 1s 4sc 2s 1s 1 5s 2 5sd 2s 1 5s 1s 2 5s d 2 如图3所示 表示两列相干水波的叠加情况 图中实线表示波峰 虚线表示波谷 设两列波的振幅为5cm c点是bd连线的中点 下列说法中正确的是