高二物理-机械波

机械波1、 机 械 波1机械波的形成和传播(1)产生条件：有波源。有传播振动的介质，如空气、水、绳子等。(2)传播特点：传播振动形式、能量和信息。质点不迁移。介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同。2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垂直的波，有波峰(凸部)和波谷(凹部)。(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上的波，有疏部和密部。3波长、波速、频率及其关系(1)波长：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，用表示。(2)波速：波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定。(3)频率：由波源决定，等于波源的振动频率。(4) 波长、波速和频率的关系：vf。核心突破1波速与振速的区别(1)波速是波在介质中传播的速度，它表示波形(或能量)向外平移的速度；波源振动几个周期，波形就向外平移几个波长，在同一种均匀介质中波的传播是匀速的，波速只与介质有关，与波源的振动频率无关。(2)振速是指介质中质点振动的速度，在机械波传播的过程中，介质中各质点都在各自的平衡位置附近做周期性的振动简谐运动，质点振动的速度时刻在变，质点并没有沿波的传播方向迁移。2振动与波动的区别和联系名称项目振动波动区别研究对象不同来源:学.科.网Z.X.X.K振动是单个质点以平衡位置为中心所做的往复运动波动是介质中大量质点依次发生振动而形成的“集体运动”来源:学.科.网Z.X.X.K产生原因不同振动是由于质点所受回复力作用的结果波动是由于介质中相邻质点的带动作用而形成的能量变化情况不同振动过程动能和势能不断地相互转化，总机械能守恒振源将机械能传递给它的相邻质点，这个质点再将能量传递给下一质点，每个质点在不断地吸收和放出能量，从而把波源的能量传播出去，是一个能量的传播过程联系(1)振动是波动的成因，波动是振动在介质中的传播(2)波动的周期等于质点振动的周期(3)有振动不一定有波动，因为波的形成还需要有传播振动的介质，但有波动一定有振动(4)波源停振后，介质中的波动并不立即停止，而是继续向远处传播，直到振动能量完全损失尽例1关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()A振动是波的成因，波是振动的传播B振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象C波的传播速度就是质点振动的速度D波源停止振动时，波立即停止传播二、波 的 图 象1图象在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置；用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线。2物理意义某一时刻介质中各个质点相对平衡位置的位移。核心突破：1 振动图象与波动图象的比较两种图象比较内容振动图象波动图象研究对象某一振动质点沿波传播方向所有质点图象意义某一质点位移随时间变化规律某时刻所有质点相对平衡位置的位移图象特点图象信息(1)周期、振幅(2)各时刻质点的位移(3)速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻加速度的方向图象变化随时间推移图象延续，但已有形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移一个完整曲线对应横坐标一个周期一个波长2.质点振动方向与波传播方向的互判图象方法(1)微平移法：沿波的传播方向将波的图象进行一微小平移，然后由两条波形曲线来判断。例如：波沿x轴正向传播，t时刻波形曲线如图中实线所示。将其沿v的方向移动一微小距离x，获得如图中虚线所示的图线可以判定：t时刻质点A振动方向向下，质点B振动方向向上，质点C振动方向向下(2)“上、下坡”法：沿着波的传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向上振动。即“上坡下、下坡上” 例如：图中，A点向上振动，B点向下振动，C点向上振动(3)同侧法：质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧。如图所示3.由t时刻波形图画tt时刻波形图的方法(1)平移法：先算出经t时间波传播的距离xvt，再把波形沿波的传播方向平移x，当x，即xnx时，可采取去整(n)留零(x)的方法，只需平移x即可。(2)特殊点法：在波形上找特殊点，如过平衡位置的点，与它相邻的波峰和波谷，判断出这些点经过t后的位置，画出相应的正弦曲线或余弦曲线即可。这种方法只适用于tk的情况。例2.如图1221所示为一列横波在某时刻的波形，已知f质点在此时的运动方向向下，那么下列说法中正确的是()图1221A波向左传播B质点c比b先回到平衡位置C质点c和f的振幅相同D质点c在此时刻的加速度为零三、机械波的形成与传播命题分析本考点为高考热点，主要考查波动与振动的关系和公式vf的应用，以选择题呈现。例1(2012四川高考)在xOy平面内有一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速为2 m/s，振幅为A。M、N是平衡位置相距2 m的两个质点，如图1222所示。在t0时，M通过其平衡位置沿y轴正方向运动，N位于其平衡位置上方最大位移处。已知该波的周期大于1 s。则()图1222A该波的周期为 sB在t s时，N的速度一定为2 m/sC从t0到t1 s，M向右移动了2 mD从t s到t s，M的动能逐渐增大注：(1)机械波传播的是振动的形式、能量和信息，在传播方向上，各质点只在平衡位置附近做简谐运动，是变加速运动，介质质点并不迁移。(2)已知同一时刻两质点的位置情况要画出波形图，确定两质点的距离与波长的关系。变式训练1(2012浙江高考)用手握住较长软绳的一端连续上下抖动，形成一列简谐横波。某一时刻的波形如图1223所示。绳上a、b两质点均处于波峰位置。下列说法正确的是()图1223Aa、b两点之间的距离为半个波长Ba、b两点振动开始时刻相差半个周期Cb点完成全振动次数比a点多一次Db点完成全振动次数比a点少一次4、 振动图象和波动图象的综合应用命题分析本考点是高考热点，主要考查波动图象、振动图象及二者的相互转换，以选择题或作图题形式呈现。例2(2012全国高考)一列简谐横波沿x轴正方向传播，图1224甲是t0时刻的波形图，图乙和图丙分别是x轴上某两处质点的振动图象。由此可知，这两质点平衡位置之间的距离可能是()图1224A. mB. mC1 m D. m注：1解题思路2记住正弦函数图象上的两个特殊点由yAsin x知当x30时y；当x45，yA。变式训练2(2012新课标全国卷)一简谐横波沿x轴正向传播，t0时刻的波形如图1225(a)所示，x0.30 m处的质点的振动图线如图(b)所示，该质点在t0时刻的运动方向沿y轴_(填“正向”或“负向”)。已知该波的波长大于0.30 m，则该波的波长为_ m。图12255、 波的多解问题命题分析本考点为高考热点，主要考查由于波传播的双向性及周期性造成的波的多解问题，以选择或计算题呈现。例3(2012南昌模拟)如图1226所示实线是一列简谐横波在t10时刻的波形，虚线是这列波在t20.5 s时刻的波形，这列波的周期T符合：3Tt2t14T，问：图1226(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74 m/s，波速方向如何？注：1.造成波动问题多解的主要因素有(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，形成相关波动问题的多解。2.解决波的多解问题的思路,一般采用从特殊到一