高考物理一轮复习 选考部分 第一章 波 1.2 机械波课件.ppt

第2讲机械波 知识导图 波源 介质 振动形式 随波迁移 相同 垂直 在同一直线上 平衡位置 位移 平衡位置 相同 加强 减弱 波长 不变 发生变化 增大 减小 等于 微点拨 1 求解波动图象与振动图象的 一分 一看 二找 方法 1 分清振动图象与波动图象 此步骤最简单 只要看横坐标即可 横坐标为x则为波动图象 横坐标为t则为振动图象 2 看清横 纵坐标的单位 尤其要注意单位前的数量级 3 找准波动图象对应的时刻 4 找准振动图象对应的质点 2 波动图象问题的 五点 易错 1 不理解振动图象与波的图象的区别 2 误将振动图象看作波的图象或将波的图象看作振动图象 3 不知道波传播过程中任意质点的起振方向就是波源的起振方向 4 不会区分波的传播位移和质点的振动位移 5 误认为质点随波迁移 1 在机械波的传播中 各质点会随波迁移 纠错 2 在水平方向传播的波为横波 纠错 随波迁移的是振动形式和能量 各质点本身并不 随波迁移 只有振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波 慧眼纠错 3 机械波的传播速度与振源的振动速度相等 纠错 4 通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移 纠错 机械波的传播速度与振源的振动速度无关 波的图象描述的是某一时刻各质点离开平衡位 置的位移 并不能找出其他时刻的位移 5 两列波在介质中叠加 一定产生稳定干涉现象 纠错 6 只有当障碍物的尺寸比波长小或与波长差不多时 才会产生衍射现象 纠错 只有两波的频率相等 才会产生稳定干涉现象 会产生明显的衍射现象 7 机械波在介质中传播的速度是由振源决定的 纠错 机械波的传播速度由介质本身决定 与振源无 关 考点1波的形成与传播 典题探究 典例1 多选 2017 全国卷 如图 一列简谐横波沿x轴正方向传播 实线为t 0时的波形图 虚线为t 0 5s时的波形图 已知该简谐波的周期大于0 5s 关于该简谐波 下列说法正确的是 导学号04450294 a 波长为2mb 波速为6m sc 频率为1 5hzd t 1s时 x 1m处的质点处于波峰e t 2s时 x 2m处的质点经过平衡位置 题眼直击 1 波沿x轴正方向传播 则波传播时间 t 传播距离 x 2 周期大于0 5s 则 t t 故传播时间 t 传播距离 x 解析 选b c e 由波形图可知 波长为4m 故a错误 横波沿x轴正方向传播 实线为t 0时的波形图 虚线为t 0 5s时的波形图 又该简谐波的周期大于0 5s 波传播的距离 x t 0 5s 故周期t s 频率为1 5hz 波速v f 6m s 故b c正确 t 1s t t 0时 x 1m处的质点处于波峰位置 t 1s时 该质点处于波谷 故d错误 t 2s 3t 是周期整数倍 t 0时x 2m处的质点在平衡位置 t 2s时 该质点同样经过平衡位置 故e正确 通关秘籍 1 波的传播过程中的特点 1 振源经过一个周期t完成一次全振动 波恰好向前传播一个波长的距离 所以有v f 2 质点振动nt 波传播n 时 波形不变 3 在波的传播方向上 当两质点平衡位置间的距离为n n 1 2 3 时 它们的振动步调总相同 当两质点平衡位置间的距离为 2n 1 n 0 1 2 3 时 它们的振动步调总相反 4 波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向 各质点的起振方向与波源的起振方向相同 2 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 考点冲关 1 2017 天津高考 手持较长软绳端点o以周期t在竖直方向上做简谐运动 带动绳上的其他质点振动形成简谐波沿绳水平传播 示意如图 绳上有另一质点p 且o p的平衡位置间距为l t 0时 o位于最高点 p的位移恰好为零 速度方向竖直向上 下列判断正确的是 a 该简谐波是纵波b 该简谐波的最大波长为2lc t 时 p在平衡位置上方d t 时 p的速度方向竖直向上 解析 选c 绳波中质点的振动方向与波的传播方向垂直 属于横波 纵波的传播方向和质点的振动方向在同一条直线上 故a错误 根据波形图和波的传播方向可知 位移恰好为零且速度方向竖直向上的质点与o点距离应为l n 其中n 0 1 2 波长 可知当n 0时有波长的最大值 为 m 4l 故b错误 0 内p由平衡位置振动到波峰 内p由波峰回到平衡位置 可知t 时p在平衡位置上方向上振动 t 时p在平衡位置上方向下振动 故c正确 d错误 2 多选 2016 全国卷 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 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 解析 选b d e 由题意知t 0 05s v 16m s 故波长 vt 0 8m 找p点关于s的对称点p1 由对称性可知p1和p的振动情况完全一致 p1q两点相距 x 为半波长的整数倍 所以p1 q两点的振动方向始终相反 p q两点的振动方向也始终相反 a错误 b正确 p点距离s点x 当s恰好通过平 衡位置向上运动时 p在波峰 同理q点距离s点x1 当s恰好通过平衡位置向下运动时 q在波峰 c错误 d e正确 加固训练 多选 2016 天津高考 在均匀介质中坐标原点o处有一波源做简谐运动 其表达式为y 5sin t 它在介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播 某时刻波刚好传播到x 12m处 波形图象如图所示 则 a 此后再经6s该波传播到x 24m处b m点在此后第3s末的振动方向沿y轴正方向c 波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向d 此后m点第一次到达y 3m处所需时间是2s 解析 选a b 波的周期t 4s 波长 8m 波速v 2m s 则再经过6s 波传播的距离为x vt 12m 故该波传到x 24m处 选项a正确 m点在此时振动方向向下 则第3秒末 即经过了0 75t 该点的振动方向沿y轴正向 选项b正确 因波传到x 12m处时 质点向y轴正向振动 故波源开始振动时的运动方向沿y轴 正方向 选项c错误 题图中m点振动方向沿y轴负方向 m点第一次到达y 3m位置所需要的时间小于半个周期 即小于2s 选项d错误 考点2振动图象和波动图象的综合应用 典题探究 典例2 多选 2018 南昌模拟 图甲为一列简谐横波在t 0时刻的波形图 p是平衡位置在x 1m处的质点 q是平衡位置在x 4m处的质点 图乙为质点q的振动图象 则下列说法正确的是 导学号04450295 a 这列波的波长是8m 周期是0 20s 振幅是10cmb 在t 0时刻 质点q向y轴正方向运动c 从t 0到t 0 25s 该波沿x轴负方向传播了6md 从t 0到t 0 25s 质点p通过的路程为0cme 质点q简谐运动的表达式为y 0 1sin10 t m 解析 选a b e 由题图甲可知 这列波的波长是8m 由题图乙可知 周期为0 20s 振幅为10cm a正确 由题图乙可知 在t 0时刻 质点q向y轴正方向运动 b正确 从t 0到t 0 25s 该波沿x轴正方向传播了个波长 即传播了10m c错误 从t 0到t 0 25s 质点p通过的路程大于5个振幅 即大于50cm d错误 质点q简谐运动的表达式为y 0 1sin10 t m e正确 通关秘籍 振动图象和波动图象的比较 考点冲关 1 多选 2018 邢台模拟 图甲为一列简谐横波在t 0 10s时刻的波形图 p是平衡位置为x 1m处的质点 q是平衡位置为x 4m处的质点 图乙为质点q的振动图象 则下列说法正确的是 a 该波的周期是0 10sb 该波的传播速度是40m sc 该波沿x轴的负方向传播d t 0 10s时 质点q的速度方向向下e 从t 0 10s到t 0 25s 质点p通过的路程为30cm 解析 选b c d 由图乙知波的周期t 0 20s 故a错误 由图甲知 8m 则波速v 40m s b正确 在t 0 10s时 由图乙知质点q正向下运动 根据波平移法知波沿x轴负方向传播 故c d正确 从t 0 10s到t 0 25s t 0 15s t 但由于t 0 10s时刻质点p不在平衡位置或最大位移处 所以质点p通过的路程不是3a 30cm e错误 2 多选 2014 全国卷 图甲为一列简谐横波在t 2s时的波形图 图乙为媒质中平衡位置在x 1 5m处的质点的振动图象 p是平衡位置为x 2m的质点 下列说法正确的是 a 波速为0 5m sb 波的传播方向向右c 0 2s时间内 p运动的路程为8cmd 0 2s时间内 p向y轴正方向运动e 当t 7s时 p恰好回到平衡位置 解析 选a c e 本题考查了机械振动与机械波 v m s 0 5m s a正确 x 1 5m处的质点t 2s时正在向下振动 根据 上坡下 可判断机械波向左传播 b错误 0 2s是半个周期 p点由波峰运动到波谷 c正确 d错误 7s是此时刻再经过5s 即1t 这时p点刚好回到平衡位置 e正确 考点3波的多解问题 典题探究 典例3 多选 2016 四川高考 简谐横波在均匀介质中沿直线传播 p q是传播方向上相距10m的两质点 波先传到p 当波传到q开始计时 p q两质点的振动图象如图所示 则 导学号04450296 a 质点q开始振动的方向沿y轴正方向b 该波从p传到q的时间可能为7sc 该波的传播速度可能为2m sd 该波的波长可能为6m 解题探究 1 t 0时刻 q点振动方向如何 提示 t 0时刻 q点向上振动 p点先振动 p点刚开始振动时和q点起振的振动方向一致 2 p点图象向右平移4s可以得到q点图象 能否认为波传播10m历时4s 提示 不可以直接这样认为 波传播具有周期性 传播10m可能历时4s nt 因此本题是多解情况 解析 选a d 由图象知 质点q起振方向为y轴正方向 a正确 由图象知周期t 6s 振动由p向q传播 故时间t nt 4s 6n 4 s n 0 1 2 3 故不可能为7s b错误 由x vt 10m可得v m s n 0 1 2 3 波速不可能为2m s c错误 根据 vt m 当n 1时 6m d正确 故选a d 通关秘籍 1 造成波动问题多解的原因 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 波传播的距离 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 3 波形的隐含性 在波动问题中 往往只给出波形的一部分 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 2 解决波的多解问题的思路 一般采用从特殊到一般的思维方法 即先找出一个周期内满足条件的关系 t或 x 然后推广为通式t nt t n 0 1 2 x n x n 0 1 2 考点冲关 1 一列简谐横波沿直线传播 某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距6m 且这两质点之间的波峰只有一个 则该简谐波可能的波长为 a 4m 6m和8mb 6m 8m和12mc 4m 6m和12md 4m 8m和12m 解析 选c 根据题意 可能的波形有三种 如图所示 则 6m 1 12m 2 6m 3 6m 3 4m因此选项c正确 2 如图中实线是一列简谐横波在t1 0时刻的波形图 虚线是这列波在t2 0 5s时刻的波形 这列波的周期t符合 3t t2 t1 4t 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74m s 波速方向如何 解析 由图象可知 8m 由3t t2 t1 4t知波传播距离为3 x 4 1 当波向右传播时 波传播距离为s 3 3 8 3 m 27m 波速为v m s 54m s 2 当波向左传播时 波传播距离为s 3 3 8 5 m 29m 波速为v m s 58m s 3 若波速大小为74m s 在t t2 t1时间内波传播的距离为s vt 74 0 5m 37m 因为s 37m 4 所以波向左传播 答案 1 54m s 2 58m s 3 向左传播 加固训练 2015 全国卷 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时的波形曲线如图所示 求 1 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 2 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 1 t 0时 在x 50cm处两列波的波峰相遇 该处质点偏离平衡位置的位移为16cm 两列波的波峰相遇处的质点偏离平衡位置的位移均为16cm 从图线可以看出 甲 乙两列波的波长分别为 1 50cm 2 60cm 甲 乙两列波波峰的x坐标分别为 x1 50 k1 1 cm k1 0 1 2 x2 50 k2 2 cm k2 0 1 2 由 式得 介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标为x 50 300n cm n 0 1 2 2 只有两列波的波谷相遇处的质点的位移为 16cm t 0时 两波波谷间的x坐标之差为 x 式中 m1和m2均为整数 将 式代入 式得 x 10 6m2 5m1 5cm 由于m1 m2均为整数 相向传播的波谷间的距离最小为 x0 5cm 从t 0开始 介质中最早出现偏离平衡位置位移为 16cm的质点的时间为t 代入数据得t 0 1s答案 1 x 50 300n cm n 0 1 2 2 0 1s 考点4波的干涉现象和多普勒效应 典题探究 典例4 2017 全国卷 如图甲 在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源s1 0 4 和s2 0 2 两波源的振动图线分别如图乙和图丙所示 两列波的波速均为1 00m s 两列波从波源传播到点a 8 2 的路 程差为m 两列波引起的点b 4 1 处质点的振动相互 选填 加强 或 减弱 点c 0 0 5 处质点的振动相互 选填 加强 或 减弱 导学号04450297 解题探究 1 产生干涉的条件是什么 提示 两列波的频率相同 2 在波的干涉现象中 振动步调相反的两列波振动加强与减弱的条件是什么 提示 s n n 0 1 2 振动减弱 s n n 0 1 2 振动加强 解析 由几何关系可知as1 10m as2 8m 所以路程差为2m 同理可求bs1 bs2 0 为波长整数倍 由振动图象知两振源振动方向相反 故b点为振动减弱点 cs1 cs2 1m 波长 vt 2m 所以c点振动加强 答案 2减弱加强 通关秘籍 波的干涉现象中加强点 减弱点的两种判断方法 1 公式法 某质点的振动是加强还是减弱 取决于该点到两相干波源的距离之差 r 当两波源振动步调一致时 若 r n n 0 1 2 则振动加强 若 r 2n 1 n 0 1 2 则振动减弱 当两波源振动步调相反时 若 r 2n 1 n 0 1 2 则振动加强 若 r n n 0 1 2 则振动减弱 2 图象法 在某时刻波的干涉的波形图上 波峰与波峰 或波谷与波谷 的交点 一定是加强点 而波峰与波谷的交点一定是减弱点 各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线 形成加强线和减弱线 两种线互相间隔 加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间 考点冲关 1 2018 洛阳模拟 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