高中物理.机械波.(A级).学生版VIP

机械波认识机械波，了解横波和纵波横波的图象了解横波的图象理解横波的图象特征会解决横波图象与简谐运动图象的综合问题波速、波长和频率（周期）的关系掌握波速、波长和频率（周期）的关系运用该关系进行计算波的现象认识波的干涉和衍射现象、多普勒效应知识点1 机械波1机械波的产生（1）机械振动在介质中的传播形成机械波（2）机械波的产生条件：必须要有波源和介质2机械波的分类（1）横波：质点的振动方向与传播方向垂直，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷（2）纵波：质点的振动方向与传播方向在同一条直线上，质点分布最密的地方叫密部，质点分布最疏的地方叫疏部3特点（1）机械波在传播运动形式的同时，也将波源的能量传递出去（2）机械波的传播过程中，质点在各自平衡位置附近振动，不随波迁移（3）介质中各个质点的振动周期和频率与波源的振动周期和频率相同（4）离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动，各质点的起振方向相同4波动图象（1）表示波的传播方向上，介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移简谐波的图象为正弦或余弦曲线（2）区分波动图象和振动图象波动图象描述各个质点在某一时刻离开平衡位置的位移，振动图象描述一个质点在各个时刻离开平衡位置的位移波动图象的横轴是各个质点的平衡位置，振动图象的横轴是时间轴具体对比如下表：简谐振动的振动图像机械波的波动图像图像函数关系一个质点做简谐运动时，它的位移随时间变化的关系它在某一时刻某一直线上各个质点的位置所形成的图线（横波）坐标横轴一个质点振动的时间各质点的平衡位置（距离）纵轴一个质点不同时刻相对平衡位置位移同一时刻，各质点相对各自平衡位置的位移形状正弦函数或余弦函数的图像由图像可直观得到的数据周期振幅波长振幅波峰及波谷的位置图像上某一点的意义在某时刻（横轴坐标）做简谐运动的物体相对平衡位置的位移（纵轴坐标）在某时刻，距坐标原点的距离一定（横轴坐标）的该质点的位移（纵坐标）（3）横波的传播方向与质点振动方向的判断微平移法：沿波的传播方向将波的图象做一个微小平移，然后由两条波形曲线来判断如图甲所示，虚线表示沿波的传播方向微平移波动图象后的图形，由图中可以看出，质点运动方向向上，质点运动方向向下上下坡法：沿波的传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向上振动，即“上坡下、下坡上”如图乙所示，将波动曲线看作人行走的路径，波的传播方向看作人行走的方向，则在点处，人正在下坡，该处质点的振动方向向上；点处，人正在上坡，该处质点的振动方向向下同侧法：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丙所示，在波动图象上的点沿水平方向作一个箭头表示波的传播方向，再在竖直方向作一个箭头表示质点振动方向，则这两个箭头总是在波动曲线的同一侧（4）在波的图象上各质点振动方向的规律质点的起振方向与波源开始振动的方向一定相同处于最大位移处（波峰或波谷）的质点一定将向平衡位置运动处于相邻的波峰和波谷之间的质点的振动方向一定相同；处于波峰（或波谷）两侧位移都为正值（或都为负值）的质点的振动方向一定相反对于横波在最大位移两侧，哪侧附近的质点正向最大位移运动，波就向哪侧方向运动已知某时刻的波形图和波速可以画出在时间前（或后）的波形图，具体方法是：（1）平移法：先算出经时间波传播的距离，再把波形逆着（若顺着）波的传播方向平移即可，因为波动图像的重复性，若知波长，则波形平移时波形不变，当时，可采取去整留零的方法，只需平移即可（2）特殊点法：（若知周期则更简单）在波形上找两个特殊点，如过平衡位置的点和它相邻的峰（谷）点，先确定这两点的振动方向，再看，由于经波形不变，所以可采取去整留零的方法，分别作出两特殊点经后的位置，然后按正弦规律画出新波形5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横波中，两个相邻波峰（或波谷）间的距离等于波长；在纵波中，两个相邻密部（或疏部）间的距离等于波长（2）频率：波的频率由波源决定，无论在什么介质中传播，波的频率都不变（3）波速：单位时间内振动向外传播的距离波速的大小由介质决定波速与波长和频率的关系：6波的现象（1）衍射波绕过障碍物继续传播的现象叫做衍射产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多（2）波的叠加：几列波相遇时，每列波都能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰，只是在重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和（3）干涉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，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象产生稳定的干涉现象的必要条件：两列波的频率相同若两波源的振动步调一致，某点到两波源的距离之差为波长的整数倍，则该点为加强点；某点到两波源的距离之差为半波长的奇数倍，则该点为减弱点这里的加强和减弱指的不是位移的增大或减小，而是振幅的增大和减小，即：加强的点只是振幅大了，并非任一时刻的位移都大；减弱的点只是振幅小了，也并非任一时刻的位移都小（4）多普勒效应：由于波源和观察者之间的相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫做多普勒效应如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小7惠更斯原理（1）波面：一系列同相位的波峰（波谷）形成的面振动相位相同的各点组成的曲面（2）波线：由波源发出的，指向波的传播方向的射线为波线（3）波前：某一时刻波动所达到最前方的各点所连成的曲面波前是最前面的波面（4）惠更斯原理：介质中任一波面上的各点都可以看成发射（子波）的波源，其后任意时刻这些子波在前进方向上的包络面就是新的波面例题精讲【基本概念】【例1】 下列关于机械波的说法中正确的是()A.介质中各质点都在各自的平衡位置附近振动B.传播波的过程中相邻质点间必有相互作用力C.随着波的传播,介质中的各质点也将由近及远地迁移出去D.将相邻的两个质点比较,离波源近的质点带动离波源远的质点振动【例2】 下列有关纵波与横波的说法，正确的是( )A振源上下振动形成的波是横波B振源水平振动形成的波是纵波C波沿水平方向传播，质点上下振动，这类波是横波D质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波【例3】 如图所示,为沿水平方向的介质中的部分质点,每相邻两质点间距离相等,其中O是波源.设波源的振动周期为T,自波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时,经过,质点1开始起振,则下列关于各质点的振动和介质中波的说法中正确的是()A.介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的,但图中质点9起振最晚B.图中所画出的质点起振时间都是相同的,起振位置和起振方向是不同的C.图中质点8的振动完全重复质点7的振动,只是质点8振动时,通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过相同位置时落后D.只要图中所有质点都已振动了,质点1与质点9的振动步调就完全一致,但如果质点1发生的是第100次振动,那么质点9发生的就是第98次振动【例4】 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【例5】 关于波速，下列说法正确的是 ( )A反映了介质中质点振动的快慢 B反映了振动在介质中传播的快慢C波速由介质和波源共同决定 D由知，波速由频率与波长决定【例6】 关于波的频率,下列说法中正确的是()A.波的频率由波源决定,与介质无关 B.波的频率等于各质点的振动频率C.波从一种介质进入另一种介质时频率可能改变 D.波的频率由波长和波速决定【例7】 一列简谐波在第一种介质中的波长为1,在第二种介质中传播时波长为2,且2=41,那么波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为()A.4:1,1:1B.1:1,1:4C.1:1,4:1D.1:4,1:1【例8】 有一频率为0.5Hz的简谐波,波速为4ms,沿波传播方向上有相距1m的两个质点,它们相继到达波峰的时间差为()A.2sB.1sC.0.5sD.025s【例9】 某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为和一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成在一次地震中，震源在地震仪下方，观察到两振子相差开始振动，则（ ）AP先开始振动，震源距地震仪约BP先开始振动，震源距地震仪约CH先开始振动，震源距地震仪约DH先开始振动，震源距地震仪约【例10】 一列简谐横波沿直线传播,A和B是该直线上的两点,相距1.2m.当横波刚好到达其中某一点时开始计时,已知4s内A点完成了8次全振动.B点完成了10次全振动,则该波的传播方向及其波速分别是()A.方向由B向A,v=1.5msB.方向由A向B,v=1.5msC.方向由A向B,v=0.3msD.方向由B向A,v=03ms【例11】 一列简谐横波沿x轴传播,某时刻波上A、B两质点都在平衡位置,这时两点间相距3m,且在两点间只有一个波峰,则这列波的波长可能为()A.2mB.3mC.4mD.5m【图像】【例12】 一列简谐横波沿轴正方向传播，某时刻（设）波传播到轴上的质点，在它左边的质点正在负最大位移处，如图所示，在时，质点第二次出现在正的最大位移处，则（ ）A该简谐波的波速等于B时，质点在平衡位置处且向上运动C时，质点在平衡位置处且向下运动D当质点第一次出现在正最大位移处时，质点恰好在平衡位置且向下运动【例13】 如图所示，一列沿轴正方向传播的简谐横波，周期为某一时刻，离开平衡位置的位移都相等的各质元依次为，已知和之间的距离为，和之间的距离为，则的振动传到所需的时间为ABCD【例14】 如图所示的是一列横波在某时刻的波的图像，质点的运动方向向上，则下列说法正确的是( )A波沿轴正方向传播B质点的运动方向相同C质点比先回到平衡位置D质点的加速度为【例15】 如图为一简谐波在时刻的波形图，介质中的质点做简谐运动的表达式为，求该波的速度，并画出时的波形图（至少画出一个波长）【例16】 如图，一列简谐横波沿轴正方向传播，实线和虚线分别表示和（）时的波形，能正确反映时波形的是图（ ）【例17】 一列简谐横波在时的波形如图所示，经过该波形恰好第三次重复出现根据以上信息，下列各项不能唯一确定的是（ ）A波传播的速度大小B经过，处的质点通过的路程C时，处的质点的速度方向D时的波形图【振动波动综合】【例18】 下列关于简谐振动和简谐机械波的说法正确的是（ ）A弹簧振子的周期与振幅有关B横波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定C在波传播方向上的某个质点的振动速度就是波的传播速度D单位时间内经过媒质中一点的完全波的个数就是这列简谐波的频率【例19】 一列沿轴方向传播的简谐横波，某时刻的波形如图所示P为介质中的一个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度和加速度的大小变化情况是（ ）A变小，变大 B变小，变小C变大，变大D变大，变小【例20】 如图所示，实线为一列横波某时刻的图象，这列波的传播速度为，经过时间后的波形为虚线所示那么这列波的传播方向与在这段时间内质点所通过的路程是（）A向左，B向右，C向左，D向右，【例21】 一列简谐横波沿轴正方向传播，振幅为，当时，平衡位置在处的质元位于处，且向轴负方向运动；此时，平衡位置在处的质元位于处该波的波长可能等（ ）ABCD【例22】 如图所示，甲图为一沿x轴正向传播的简谐波在t=0时刻的波形图，a、b、c、d是这列波上的四个质点则乙图是哪个质点的振动图像？（ ）Aa Bb Cc Dd【例23】 如下图所示，一列简谐横波在轴上传播，图甲和图乙分别为轴上、两质点的振动图象，且，下列判断正确的是（ ）A此波一定沿轴正方向传播 B波长一定是8mC波速可能是2m/s D波速一定是6m/s【例24】 如图是一列简谐波在时的波形图，介质中的质点沿轴方向做简谐运动的表达式为关于这列简谐波，下列说法中正确的是（ ）A这列简谐波的振幅为B这列简谐波的周期为C这列简谐波在该介质中的传播速度为D这列简谐波沿轴正向传播【例25】 渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位已知某超声波频率为，某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图所示从该时刻开始计时，画出处质点做简谐运动的振动图象（至少一个周期）现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4s，求鱼群与渔船间的距离（忽略船和鱼群的运动）【例26】 (2009年北京)一简谐机械波沿轴正方向传播，周期为，波长为若在处质点的振动图像如右图所示，则该波在时刻的波形曲线为（ ） 【例27】 如图所示是沿轴传播的一列简谐波在某时刻的波形图已知波的传播速度为，从此时起，图中所标的质点比质点先回到自己的平衡位置那么下列说法中正确的是（ ）A这列波一定沿轴正向传播B这列波的周期是C从此时起末质点的速度和加速度都沿轴正向D从此时起末质点的速度和加速度都沿轴负向【例28】 一简谐横波以4m/s的波速沿x轴正方向传播已知t=0时的波形如图所示，则（ ） A波的周期为1s Bx=0处的质点在t=0时向y轴负向运动 Cx=0处的质点在时速度为0 Dx=0处的质点在时速度值最大【例29】 弹性绳沿轴放置，左端位于坐标原点，用手握住绳的左端，当时使其开始沿轴做振幅为的简谐振动，在时，绳上形成如图所示的波形，则该波的波速为_，时，位于的质点恰好第一次沿轴正向通过平衡位置【例30】 一简谐机械波沿x轴正方向传播在、时刻该波的波形曲线分别如图中实线、虚线所示a、b为该机械波上的两个质点，它们平衡位置的坐标分别为、下列说法中正确的是（ ）A该机械波的周期一定等于8sB该机械波的波速一定等于C时a与b的速度一定大小相等、方向相同D时a与b的加速度一定大小相等、方向相同【波动现象】【例31】 声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物，这是因为（ ）A声波是纵波，光波是横波 B声波振幅大，光波振幅小C声波波长较长，光波波长很短 D声波波速较小，光波波速很大【例32】 下列关于波的衍射的说法正确的是()A衍射是一切波特有的现象B对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显C只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象D声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大【例33】 下列关于波的叠加的说法中，正确的是( )A两列波相遇后，振幅小的波振动减弱，振幅大的波振动得以加强B两列波相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同C在两列波相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和D几个人在同一房间说话，相互间听得清楚，这说明声波相遇时互不干扰【例34】 波源在绳的左端发出半个波，频率，振幅；同时另一波源在绳右端发出半个波，频率（），振幅，为两个波源的中点，如图所示，下列说法错误的是( )A两列波同时到达点B两列波相遇时点波峰值可达到C两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播D因频率不同，这两列波相遇不能叠加【例35】 如图所示，、是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷关于图中所标的、四点，下列说法中正确的有（ ）A质点振动最弱，、质点振动最强，的质点振动既不是最强也不是最弱B质点振动最弱，、的质点振动都最强，因而、质点的位移一定最大C质点的振动始终是最弱的，、质点的振动始终是最强的D再过后的时刻，、三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱【例36】 两列振幅相同（振幅设为）的波在相遇区域发生了稳定的干涉现象，在其干涉图样中有、三点，如图所示（实线表示波峰，虚线表示波谷），下列说法正确的是（ ）A点为振动加强点，所以点的位移不可能为零B点始终处于平衡位置C点的振幅为D从图示开始经时间，点的位移为零【例37】 关于波的干涉现象,下列说法中正确的是()A.两列波在相遇的区域内,一定能发生干涉现象B.两列波相互干涉是波叠加的结果C.频率不同的两列波叠加时,不可能发生干涉现象D.只有频率相同的两列波相遇时,才可能形成干涉图样【例38】 利用发波水槽得到的水面波形如a，b所示，则（ ）A图a、b均显示了波的干涉现象B图a、b均显示了波的衍射现象C图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象D图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象【例39】 关于多普勒效应的说法中,正确的是()A.只要波源在运动,就一定能观察到多普勒效应B.当声源静止.观察者运动时,也可以观察到多普勒效应C.只要声源在运动,观察者总是感到声音的频率变高D.当声源相对观察者运动时,观察者听到的声音的音调可能变高,也可能变低【例40】 当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到的汽笛声的音调变高了,这是因为()A.声源振动的频率变高了 B.声波传播的速度变大了C.耳膜振动的频率变大了 D.耳膜振动的频率变小了【例41】 如图表示一个机械波的波源S做匀速运动的情况,图中的圆表示机械波的波面,A、B、C、D是四个观察者的位置,由图可以看出()A.波源正在向A运动 B.波源正在向C运动C.B点的观察者接收到的频率最低 D.D点的观察者接收到的频率最高【例42】 医院有一种先进的检测技术彩超这一技术是，首先向病人体内发射频率已精确掌握的超声波，超声波经血液反射后被专用仪器接收，同时测出反射波的频率变化，最后就可知道血液的流速则这一技术主要体现了下列哪一种物理现象（ ）A多普勒效应 B波的衍射C波的干涉D共振【例43】 下列说法中不正确的是()A只有平面波的波面才与波线垂直 B任何波的波线与波面都相互垂直C任何波的波线表示波的传播方向 D有些波的波面表示波的传播方向课堂检测1 关于振幅的各种说法正确的是()A.振幅是振子离开平衡位置的最大距离 B.振幅大小表示振动能量的大小C.振幅越大,振动周期越长D.振幅增大,振动物体最大加速度也增大2 一质点做简谐运动,当位移为正的最大值时,质点的()A.速度为正的最大值,加速度为零B.速度为负的最大值,加速度为零C.速度为零,加速度为正的最大值D.速度为零,加速度为负的最大值3 如图所示，为一个质点做简谐运动的图像，在和时刻，这个质点的（ ）A加速度相同 B位移相同 C回复力相同 D速度相同4 声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物，这是因为（ ）A声波是纵波，光波是横波 B声波振幅大，光波振幅小C声波波长较长，光波波长很短 D声波波速较小，光波波速很大课后作业1 下列有关纵波与横波的说法，正确的是( )A振源上下振动形成的波是横波B振源水平振动形成的波是纵波C波沿水平方向传播，质点上下振动，这类波是横波D质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波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3 关于波速的正确说法是()A反映了振动在介质中传播的快慢B反映了介质中质点振动的快慢C波速由介质决定与波源无关D反映了介质中质点迁