2017年高考一轮冲刺总复习：13.2《机械波》精品课件

课标版物理,第2讲机械波,一、机械波的形成和传播特点1.机械波的产生条件:、。2.机械波的分类(1)横波:质点振动方向与波的传播方向。(2)纵波:质点振动方向与波的传播方向在同一直线上。3.机械波的传播(1)在同一种均匀介质中机械波的传播是匀速的。波速、波长和频率(周期)之间满足公式:v=f=。(2)介质质点的运动是在各自的平衡位置附近振动,是变加速运动,介质质点并不随波。(3)机械波传播的是、能量和信息。(4)机械波的频率由决定,而传播速度由决定。,振源,介质,垂直,迁移,振动形式,波源,介质,自测1(多选)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,波立即停止传播答案AB波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度,在均匀介质中,其速度大小不变,而质点只在其平衡位置附近振动,其速度随时间周期性地发生变化,C错误;波源一旦将振动形式传给了介质,振动形式就会在介质中向远处传播,当波源停止振动时,介质仍然继续传播波源振动的运动形式,不会随波源停止振动而停止传播,D错误。,二、横波的图像1.坐标轴:横轴表示各质点的,纵轴表示该时刻各质点的。2.意义:表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开的位移。,平衡位置,位移,平衡位置,三、波长、波速、频率及其关系1.波长:在波动中,振动相位总是的两个相邻质点间的距离。2.波速v:波在介质中的传播速度,由本身的性质决定。3.频率f:由波源决定,等于波源的。4.波长、波速和频率的关系:a.v=;b.v=。自测2如图所示是一列简谐波在t=0时刻的波形图,介质中的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y=10sin5t(cm)。关于这列简谐波,下列说法中正确的是(),相同,介质,振动频率,f,A.这列简谐波的振幅为20cmB.这列简谐波的周期为5.0sC.这列简谐波在该介质中的传播速度为25cm/sD.这列简谐波沿x轴正向传播答案D由题图可知,质点偏离平衡位置的最大距离即振幅为10cm,A错误;由质点P做简谐运动的表达式可知其运动周期为T=s=0.4s,B错误;由题图知波长为=4m,波速v=m/s=10m/s,C错误;由质点P做简谐运动的表达式可知,t=0时刻质点P正在向上运动,由此可判断波沿x轴正向传播,D正确。,四、波的干涉和衍射现象多普勒效应1.波的干涉和衍射,相同,尺寸,干涉图样,绕过障碍物,2.多普勒效应(1)条件:声源和观察者之间有。(2)现象:观察者感到发生变化。(3)实质:声源频率,观察者接收到的频率。自测3(辨析题)(1)两列波在介质中叠加,一定产生干涉现象。()(2)一切波都能发生衍射现象。()(3)多普勒效应说明波源的频率发生变化。()答案(1)(2)(3),相对运动,频率,不变,变化,考点一波的形成与传播1.在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离叫波长。2.波传到任意一点,该点的起振方向都和波源的起振方向相同。3.介质中每个质点做的都是受迫振动,所以任一质点的振动频率和周期都和波源相同。因此可以断定:波从一种介质进入另一种介质,由于介质的情况不同,它的波长和波速可能改变,但频率和周期都不会改变。4.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。5.质点振动nT(波传播n)(n=1,2,3,)时,波形不变。6.相隔波长整数倍的两质点,振动状态总相同,相隔半波长奇数倍的两质点,振动状态总相反。,典例12015课标,34(2)平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿水平x轴传播,P、Q为x轴上的两个点(均位于x轴正向),P与O的距离为35cm,此距离介于一倍波长与二倍波长之间。已知波源自t=0时由平衡位置开始向上振动,周期T=1s,振幅A=5cm。当波传到P点时,波源恰好处于波峰位置;此后再经过5s,平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置。求:()P、Q间的距离;()从t=0开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源在振动过程中通过的路程。,答案()133cm()125cm解析()由题意,O、P两点间的距离与波长之间满足OP=波速v与波长的关系为v=在5s的时间内,波传播的路程为vt。由题意有vt=PQ+式中,PQ为P、Q间的距离。由式和题给数据,得,PQ=133cm()Q处的质点第一次处于波峰位置时,波源振动的时间为t1=t+T波源从平衡位置开始运动,每经过,波源运动的路程为A。由题给条件得t1=25故t1时间内,波源运动的路程为s=25A=125cm,1-1(2015四川理综,2,6分)平静湖面传播着一列水面波(横波),在波的传播方向上有相距3m的甲、乙两小木块随波上下运动,测得两小木块每分钟都上下30次,甲在波谷时,乙在波峰,且两木块之间有一个波峰。这列水面波()A.频率是30HzB.波长是3mC.波速是1m/sD.周期是0.1s答案C波的周期T=s=2s,f=0.5Hz,1.5=3m,=2m,则波速v=m/s=1m/s,A、B、D错误,C正确。,1-2(2014天津理综,5,6分)平衡位置处于坐标原点的波源S在y轴上振动,产生频率为50Hz的简谐横波向x轴正、负两个方向传播,波速均为100m/s。平衡位置在x轴上的P、Q两个质点随波源振动着,P、Q的x轴坐标分别为xP=3.5m、xQ=-3m。当S位移为负且向-y方向运动时,P、Q两质点的()A.位移方向相同、速度方向相反B.位移方向相同、速度方向相同C.位移方向相反、速度方向相反D.位移方向相反、速度方向相同答案D该波的波长=m=2m,SP=3.5m=+,SQ=3m=+,此时P、Q两质点的位移方向相反,但振动方向相同,选项D正确。,考点二波动图像的理解和应用1.通过图像能直接得到的信息(1)直接读取振幅A和波长,以及该时刻各质点的位移;(2)确定该时刻各质点加速度的方向,并能比较其大小。2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法,典例2如图为一列沿x轴负方向传播的简谐横波在t=0时的波形图,当Q点在t=0时的振动状态传到P点时,则(),A.1cmx3cm范围内的质点正在向y轴的负方向运动B.Q处的质点此时的加速度沿y轴的正方向C.Q处的质点此时正在波峰位置D.Q处的质点此时运动到P处答案B画出将Q点的振动状态传到P点,即t=T时的波形图(如图),由波的传播方向知,1cmx2cm范围内的质点沿y轴正方向运动,A错误;此时Q处的质点在波谷,具有沿y轴正方向的加速度,所以B正确,C、D错误。,2-1(2015北京理综,15,6分)周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播,该波在某时刻的图像如图所示,此时质点P沿y轴负方向运动。则该波()A.沿x轴正方向传播,波速v=20m/sB.沿x轴正方向传播,波速v=10m/sC.沿x轴负方向传播,波速v=20m/s,D.沿x轴负方向传播,波速v=10m/s答案B由质点P沿y轴负方向运动,可知波沿x轴正方向传播,波速v=10m/s,B项正确。,考点三振动图像和波动图像的综合应用,典例32014课标,34(1),6分(多选)图(a)为一列简谐横波在t=2s时的波形图,图(b)为媒质中平衡位置在x=1.5m处的质点的振动图像,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/s,B.波的传播方向向右C.02s时间内,P运动的路程为8cmD.02s时间内,P向y轴正方向运动E.当t=7s时,P恰好回到平衡位置答案ACE由图(a)可知,波长=2m,由图(b)可知周期T=4s,则波速v=0.5m/s,A正确。t=2s时,x=1.5m处的质点振动方向向下,则波向左传播,B错。02s时间内,P质点运动的路程xP=4A=8cm,C项正确。02s时间内,P质点向y轴负方向运动,D项错。t=0时P质点位于正向最大位移处,故P质点到达平衡位置的时刻为t=(2n+1),当n=3时,t=7s,P恰好回到平衡位置,E项正确。,“一分、一看、二找”巧解波动图像与振动图像综合类问题(1)分清振动图像与波动图像。只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波动图像,横坐标为t则为振动图像。(2)看清横、纵坐标的单位,注意单位前的数量级。(3)找准波动图像对应的时刻。,(4)找准振动图像对应的质点。,3-1(2015天津理综,3,6分)图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,a、b两质点的横坐标分别为xa=2m和xb=6m,图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图像。下列说法正确的是()A.该波沿+x方向传播,波速为1m/sB.质点a经4s振动的路程为4mC.此时刻质点a的速度沿+y方向D.质点a在t=2s时速度为零,答案Dt=0时,b质点向+y方向运动,根据“下坡上”可判定波沿-x方向传播,A错误;a总是与b的振动方向相反,t=0时,a向-y方向运动,C错误;经过4s,a回到平衡位置,路程为1m,B错误;t=2s时,a处于波谷,速度为零,D正确。,考点四波的多解问题1.造成波动问题多解的主要因素(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,形成波动问题的多解性。2.解决波的多解问题的一般思路一般采用从特殊到一般的思维方法,即找出一个周期内满足条件的关系t或x,若此关系为时间,则t=nT+t(n=0,1,2,);若此关系为距离,则x=n+x(n=0,1,2,)。,典例42015课标,34(2),10分甲、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()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;,()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。答案()(50+300n)cm,n=0,1,2,()0.1s解析()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+k11,k1=0,1,2,x2=50+k22,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,()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=50+(2m2+1)-50+(2m1+1)式中,m1和m2均为整数。将式代入式得x=10(6m2-5m1)+5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,求解波的多解问题的一般解题步骤(1)根据初末两时刻的波形图确定传播距离与波长的关系通式。(2)根据题设条件判断是唯一解还是多解。(3)根据波速公式v=或v=f求波速。,4-1(2015吉林长春三模)(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t时刻波形如图中的实线所示,此时波刚好传到P点,t+0.6s时刻的波形如图中的虚线所示,a、b、c、P、Q是介质中的质点,则下列说法正确的是()A.这列波的波速可能为50m/sB.质点a在这段时间内通过的路程一定小于30cmC.质点c在这段时间内通过的路程可能为60cmD.若周期T=0.8s,则在t+0.5s时刻,质点b、P的位移相同E.若周期T=0.8s,从t+0.4s时刻开始计时,则质点c的振动方程为x=0.1sin(t)m,答案ACD由波形图可知波长=40m,且0.6s=nT+T(n=0,1,2,),解得周期T=s(n=0,1,2,)。当n=0时,T=0.8s,波速v=50m/s,选项A正确;由波的传播方向沿x轴正方向可知质点a在t时刻向上运动,当n=0时,T=0.8s,则质点a在这段时间内通过的路程小于30cm,当n=1时,T=s,质点a在这段时间内通过的路程大于30cm,选项B错误;若n=1,则T=s,波传播到c点所用时间为T,0.6s=,质点c振动的时间为T-T=T,故在这段时间,内质点c通过的路程则为6A=60cm,选项C正确;若T=0.8s,t+0.5s时刻,质点b、P的位移均为负值,大小相等,选项D正确;若T=0.8s,从t+0.4s时刻开始计时,则质点c的振动方程为y=0.1cos(t)m,选项E错误。,考点五波的干涉、衍射、多普勒效应1.波的干涉中振动加强点和减弱点的判断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。(1)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。,(2)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.波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。3.多普勒效应的成因分析(1)接收频率:观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。当波以速度v通过观察者时,时间t内通过的完全波的个数为N=,因而单位时间内通过观察者的完全波的个数,即接收频率。(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大,当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小。,典例5(多选)如图所示表示两列相干水波的叠加情况,图中的