【红对勾】高考物理 机械波课件.ppt

课时2机械波 知识点一机械波的传播及特点 知识回顾 1 波的形成 机械振动在介质中传播 形成机械波 1 产生条件 波源 介质 2 特点 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 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 各质点开始振动 即起振 的方向均 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 相同 4a 零 2 机械波的分类 1 横波 质点振动方向与波的传播方向的波 有 凸部 和 凹部 2 纵波 质点振动方向与波的传播方向在的波 有和 垂直 波峰 波谷 同一条直线 密部 疏部 3 波长 波速 频率及其关系 1 波长在波的传播方向上 相对平衡位置的总是相等的两个相邻的质点间的距离 用 表示 2 波速波在介质中的传播速度 由本身的性质决定 3 频率由决定 等于的振动频率 4 波长 波速和频率的关系 v f 位移 介质 波源 波源 特别提醒 基础自测 1 关于振动和波的关系 以下说法正确的是 a 如果波源停止振动 在介质中传播的波也立即停止b 物体做机械振动 一定产生机械波c 波在介质中传播的频率由波源决定 与介质的性质无关d 波源振动的越快 波的速度也越大 解析 波源停止振动 介质中已经振动起来的质点有一定的能量 要继续振动一段时间 波也要继续传播一段时间才停止 a错误 产生机械波的条件是机械振动和传播振动的介质 b错误 波的频率由波源决定 与介质无关 波速和介质有关 c正确 波源振动快慢和波的传播速度是两个不同的概念 d错误 答案 c 2 一个小石子落入平静的湖面中央 圆形波纹一圈圈向外传播 有一片树叶落在水面上 则树叶 a 逐渐漂向湖心b 逐渐漂向湖畔c 在落下的地方上下动荡d 沿树叶所在的圆圈做圆周运动 解析 波是振动在介质里的传播 传播的是振动这种运动形式 介质中各个质点都在自己的平衡位置附近做往复运动 介质并没有迁移 树叶落在水面上 它随这部分水振动 不会迁移到别处 故c选项正确 答案 c 知识点二波的图象 知识回顾 1 坐标轴 取各质点平衡位置的连线作为x轴 表示质点 取过波源质点的振动方向作为y轴 表示质点 2 意义 在波的传播方向上 介质中质点在某一时刻相对各自的位移 3 形状 平衡 位置 位移 平衡位置 正弦或余弦曲线 要点深化 1 振动图象与波动图象的比较 2 质点振动方向与波传播方向的互判 基础自测 1 甲 乙两列同类机械横波在同一种介质中传播 其图象如图1所示 以下说法中正确的是 图1a 甲波的传播速度比乙波大b 甲波的传播速度比乙波小c 甲波的频率比乙波小d 甲波的频率比乙波大 解析 同一类机械波在同一介质中传播 波速相等 与波长及波的频率无关 故a b均错 从图象可读出 甲的波长小于乙的波长 即 甲f乙 所以d对c错 答案 d 2 2009 北京高考 一简谐机械波沿x轴正方向传播 周期为t 波长为 若在x 0处质点的振动图象如图2所示 则该波在t t 2时刻的波形曲线为 图2 答案 a 知识点三波特有的现象 知识回顾 1 波的干涉 1 产生稳定干涉的条件 频率相同的两列同性质的波相遇 2 现象 两列波相遇时 某些区域振动总是 某些区域振动总是 且加强区和减弱区互相间隔 3 对两个完全相同的波源产生的干涉来说 凡到两波源的路程差为一个波长时 振动加强 凡到两波源的路程差为半个波长的时 振动减弱 加强 减弱 整数倍 奇数倍 2 波的衍射 1 产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔 缝 的尺寸跟波长 或者比波长 2 现象 波绕过障碍物继续传播 差不 多 更小 3 多普勒效应 1 由于波源和观察者之间有相对运动 使观察者接收到的波的频率发生变化的现象叫多普勒效应 2 注意 波源的频率不变 只是观察者接收到的波的频率发生变化 如果二者相互接近 观察者接收到的频率变大 如果二者相互远离 观察者接收到的频率变小 要点深化 1 波的叠加遵循什么规律 两列波在空间相遇与分离时都保持其原来的特性 如f a 振动方向 沿原来方向传播 而不互相干扰 在两列波重叠的区域里 任何一个质点同时参与两个振动 其振动位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和 2 关于加强点 减弱点的位移与振幅的理解 1 加强处和减弱处都是两列波引起的位移的矢量和 质点的位移都随时间变化 各质点仍围绕平衡位置振动 与振源振动周期相同 2 加强处振幅大 等于两列波的振幅之和 即a a1 a2 质点的振动能量大 并且始终最大 减弱处振幅小 等于两列波的振幅之差 即a a1 a2 质点振动能量小 并且始终最小 若a1 a2 则减弱处不振动 3 加强点的位移变化范围 a1 a2 a1 a2 减弱点位移变化范围 a1 a2 a1 a2 基础自测 1 如图3所示 s1 s2为水波槽中的两个波源 它们分别激起两列水波 图中实线表示波峰 虚线表示波谷 已知两列波的波长分别为 1和 2且 1 2 该时刻在p点为两列波的波峰与波峰相遇 则以下叙述正确的是 图3 a p点有时在波峰 有时在波谷 振动始终加强b p点始终在波峰c p点的振动不遵守波的叠加原理 p点的运动也不始终加强d p点的振动遵守波的叠加原理 但并不始终加强答案 d 2 如图4所示是观察水面波衍射的实验装置 ac和bd是两块挡板 ab是一个孔 o是波源 图中已画出波源所在区域波的传播情况 每两条相邻波纹 图中曲线 之间距离表示一个波长 则波经过孔之后的传播情况 下列描述正确的是 图4 a 此时能明显观察到波的衍射现象b 挡板前后波纹间距离相等c 如果将孔ab扩大 有可能观察不到明显的衍射现象d 如果孔的大小不变 使波源频率增大 能更明显观察到波的衍射现象 解析 由题图可见两波纹间距 与ab孔的大小接近 所以水波通过ab孔会发生明显的衍射 由于衍射后水波的频率不变 波速不变 因此水波的波长也不变 a b选项正确 ab孔扩大后若破坏了明显衍射的条件时就不会看到明显的衍射现象 故c选项正确 由v f可知 v一定 f增大 则 变小 衍射现象不明显 d选项错误 此题重在理解 障碍物尺寸和波长的相对大小关系 并以此作为判断明显衍射的条件 答案 abc 3 如图5所示表示产生机械波的波源o做匀速运动的情况 图中圆表示波峰 已知波源的频率为f0 则下列说法正确的是 图5 a 该图表示波源正在向b点移动b 观察者在图中a点接收波的频率是定值 但大于f0c 观察者在图中b点接收波的频率是定值 但大于f0d 观察者在图中b点接收波的频率是定值 但小于f0 解析 当波源靠近静止的观察者时 观察者 感觉 到的频率增大 当波源远离静止的观察者时 观察者 感觉 到的频率降低 从图看出波源正在向b点移动 所以观察者在图中a点接收波的频率是定值 但小于f0 观察者在图中b点接收波的频率是定值 但大于f0 所以a c正确 答案 ac 题型一对波的图象的理解 例1 如图6所示 实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t 0时刻的波形图 虚线是这列波在t 0 2s时刻的波形图 图6已知该波的波速是0 8m s 则下列说法正确的是 a 这列波的波长是14cmb 这列波的周期是0 125sc 这列波可能是沿x轴正方向传播的d t 0时 x 4cm处的质点速度沿y轴负方向 答案 d 题后反思本题中的易错点之一就是判断波传播的路程与波长的关系 本题中的最小路程可能是波长的1 3 这与平时所见的模型不同 容易出错 对于判断波的传播方向除了根据路程与波长的关系 还可以根据时间与周期的关系进行判断 变式1 1图7为一横波在某时刻的波形图 已知f质点此时的运动方向如图所示 则 图7 a 波向右传播b 质点h的运动方向与质点f的运动方向相同c 质点c比质点b先回到平衡位置d 质点c在此时的加速度为零 解析 由于f质点向下运动 跟着右边质点运动 此波从右向左传播 选项a错误 在此时刻质点h的运动方向应向上 选项b错误 答案 c 题型二波的多解问题 例2 如图8所示 实线是一列简谐波在某一时刻的波的图象 虚线是该列波0 2s后的图象 则这列波可能的波速为多大 图8 解析 因为本题没指明波的传播方向 应考虑到两种可能的情况 沿x轴正方向或负方向传播 又因为本题对周期未加任何限制条件 应考虑到波具有周期性 已知t 0 2s 4m 若波沿x轴正方向传播 则根据时间t内传播的距离为 答案 波沿x轴正方向传播时 v右 20n 5 m s n 0 1 2 波沿x轴负方向传播时 v左 20n 15 m s n 0 1 2 3 题后反思波的特点是周期性和双向性 1 传播距离的周期性波在均匀媒质中传播时 传播距离写成x n x n 0 1 2 式中 表示波长 x是波传播过程中除去整数倍波长部分之后余下的那部分距离 2 传播时间的周期性波在媒质中传播时间t 总可以写成t nt t n 0 1 2 式中t表示波的周期 t表示时间t除去整数倍周期部分之后余下的那段时间 3 传播方向的双向性一般的说 波在媒质中可以向各个方向传播 但在文章中所遇到的波只限于一条直线上 即沿x轴正 负方向传播的波 变式2 1一列横波在x轴上传播 在x 0与x 1cm的两点的振动图线分别如图9中实线与虚线所示 由此可以得出 a 波长一定是4cmb 波的周期一定是4sc 波的振幅一定是2cmd 波的传播速度一定是1cm s图9 解析 从图9上可以看出振幅为2cm 周期为4s 对于x 0与x 1cm的两点处的质点在t 0时刻 一个在正向最大位移处 一个在平衡位置且振动方向向上 则在这两点间的最简波形如图10 若波沿x轴正向传播 如图10右图 若波沿x轴负方向传播 如图10左图 由此可知 波长和波速有多个解 a d均错 答案 bc 图10 题型三波的叠加与干涉 例3 如图11所示 两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播 两波源分别位于x 2 10 1m和x 12 10 1m处 两列波的波速均为v 0 4m s 两波源的振幅均为a 2cm 图示为t 0时刻两列波的图象 传播方向如图 此刻平衡位置处于x 0 2m和0 8m的p q两质点刚开始振动 质点m的平衡位置处于x 0 5m处 关于各质点运动情况判断正确的是 a 质点p q都首先沿y轴负向运动b t 0 75s时刻 质点p q都运动到m点c t 1s时刻 质点m的位移为 4cmd t 1s时刻 质点m的位移为 4cm 图11 解析 根据上下坡法可以判断 质点p q都首先沿y轴负向运动 两列波波速相等 经过t 0 75s p q两质点只能在平衡位置上下振动没有左右位移 t 1s时刻 左边波运动到x 60cm处 右边波运动到x 40cm处 两波的波谷相遇在m点 叠加后质点m的位移为 4cm 答案 ad 题后反思对波的叠加问题 关键要充分理解波的独立传播原理和波的叠加原理 确立叠加图象时要紧紧抓住位移的矢量叠加 对叠加时的质点振动方向也是对两列波单独传播到叠加点时的振动速度进行叠加 变式3 1 2009 广东高考 如图12为声波干涉演示仪的原理图 两个u形管a和b套在一起 图12 a管两侧各有一小孔 声波从左侧小孔传入管内 被分成两列频率 的波 当声波分别通过a b传播到右侧小孔时 若两列波传播的路程相差半个波长 则此处声波的振幅 若传播的路程相差一个波长 则此处声波的振幅 解析 本题主要考查波的干涉 意在考查考生对干涉的必要条件 两列波的频率必须相同或者有固定的相位差的识记能力和应用能力 声波从左侧小孔传入管内 被分成两列频率相同的波且相位差固定 若波程相差为半波长的偶数倍 则干涉相长 若波程相差为半波长的奇数倍 则干涉相消 所以两列波传播的路程相差半个波长 奇数倍 则此处声波的振幅减小 若传播的路程相差一个波长 半波长的偶数倍 则此处声波的振幅增大 答案 相同减小增大 1 声波属于机械波 下列有关声波的描述中正确的是 a 同一列声波在各种介质中的波长是相同的b 声波的频率越高 它在空气中传播的速度越快c 声波可以绕过障碍物传播 即它可以发生衍射d 人能辨别不同乐器同时发出的声音 证明声波不会发生干涉 解析 声波的频率由波源决定 波速由介质决定 波长由波源和介质共同决定 同一列声波 频率相同 进入不同的介质 波速不同 由 v f 则波长不同 所以a选项错 不同波进入同一种介质中的波速是相同的 所以b选项错 一切波都可以进行波的干涉和衍射 所以c选项正确 d选项错 答案 c 2 2010 天津高考 一列简谐横波沿x轴正向传播 传到m点时波形如图13所示 再经0 6s n点开始振动 则该波的振幅a和频率f为 图13a a 1mf 5hzb a 0 5mf 5hzc a 1m f 2 5hzd a 0 5mf 2 5hz 答案 d 3 2010 福建高考 一列简谐横波在t 0时刻的波形如图14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