高中物理选修3-4 1-2

第二讲机械波,一、机械波1机械波的产生(1)定义：机械振动在中的传播过程，叫做机械波(2)产生条件：和(3)产生过程：沿波的传播方向上各质点的振动都受它前一个质点的带动而做振动，对简谐波而言各质点振动的和都相同，各质点只在自己的附近振动,介质,介质,波源,受迫,振幅,周期,平衡位置,2波的分类(1)横波：质点的振动方向与相互垂直的波，凸起部分叫波峰，部分叫波谷(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在上，质点分布密的叫，质点分布疏的叫,波的传播方向,凹陷,一条直线,密部,疏部,3描述机械波的物理量(1)波长：在波动中，振动相位的两个相邻质点平衡位置间的距离在简谐横波中，两个相邻的(或波谷)间的距离等于波长在简谐纵波中，两个相邻的(或疏部)间的距离等于波长在一个周期内机械波传播的距离等于(2)频率f：波的频率由波源决定，在传播过程中，只要波源的振动频率一定，则无论在什么介质中传播，波的频率都,总是相同,波峰,密部,波长,不变,vf,介质,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；用纵坐标表示某一时刻，各质点偏离平衡位置的，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：某一时刻介质中相对平衡位置的位移,平衡位置,位移,各质点,三、波特有的现象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，某些区域振动总是加强，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,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,差不多,更小,一、振动图象与波动图象的比较,二、质点振动方向与波传播方向的互判,三、波的干涉与波的衍射的比较,1.如下图所示是同一机械波在两种不同介质中传播的波动图象从图中可以直接观察到发生变化的物理量是()A波速B频率C周期D波长解析：同一机械波在不同介质中传播的频率，周期相同，从图上能观察到波长发生了变化，波速同时也变化了，故只有D项正确答案：D,2如下图所示，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12，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(),AP点有时在波峰，有时在波谷，振动始终加强BP点始终在波峰CP点的振动不遵守波的叠加原理，P点的运动也不始终加强DP点的振动遵守波的叠加原理，但并不始终加强答案：D,3(2010安徽卷)一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如右图所示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v和加速度a的大小变化情况是()Av变小，a变大Bv变小，a变小Cv变大，a变大Dv变大，a变小解析：由波的传播方向及P点位置，可知P点此时正向平衡位置振动，速度增大，加速度减小答案：D,4(2010重庆理综)一列简谐波在两时刻的波形如图中实线和虚线所示，由图可确定这列波的()A周期B波速C波长D频率解析：由题中所给的波形图能够确定这列波的波长为4m.答案：C,5利用发波水槽得到的水面波形如图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,解析：图a中可以看出只有一条狭缝，穿过水波发生明显的衍射；图b中有两个振源，有些区域振动加强，有些区域振动减弱，是干涉现象故D项正确答案：D,答案：AB,7(2010上海单科)如右图，一列简谐横波沿x轴正方向传播，实线和虚线分别表示t10和t20.5s(T0.5s)时的波形能正确反映t37.5s时波形的是图(),答案：D,8如下图所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处的人感受到的声波的频率为f2，则f1、f2的关系为_,解析：声源靠近A处的人，由多普勒效应知，他接收到的频率较大，即f1f，相反，声源远离B处的人，则他接收到的频率变小，即f2f，所以f1f2.答案：f1f2,一列简谐横波沿x轴正方向传播，t时刻波形图如图中的实线所示，此时波刚好传到P点，t0.7s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，则以下说法正确的是(),A这列波的波速可能为100m/sB质点c在这段时间内通过的路程一定小于30cmCt0.7s时a点的振动方向为y轴正向D如果T0.4s，则当t0.5s时刻，质点b、P的位移相同,答案：AC,11：如下图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t0时刻的波形图，已知波的传播速度v2m/s，试回答下列问题：(1)写出x1.0m处质点的振动函数表达式；(2)求出x2.5m处质点在04.5s内通过的路程及t4.5s时该质点的位移,解析：波长2.0m，周期T/v1.0s，振幅A5cm，则y5sin(2t)cmnt/T4.5，则4.5s内x2.5m处质点的路程s4nA90cmx2.5m处质点在t0时位移为y5cm，则经过4个周期后与初始时刻相同，再经0.5个周期后该质点位移为y5cm答案：(1)y5sin(2t)cm(2)90cm5cm,如下图甲为一列简谐横波在t0.10s时刻的波形图，P是平衡位置为x1m处的质点，Q是平衡位置为x4m处的质点，图乙为质点Q的振动图象，则(),At0.15s时，质点Q的加速度达到正向最大Bt0.15s时，质点P的运动方向沿y轴负方向C从t0.10s到t0.25s，该波沿x轴正方向传播了6mD从t0.10s到t0.25s，质点P通过的路程为30cm解析：A选项，由乙图象看出，t0.15s时，质点Q位于负方向的最大位移处，而简谐运动的加速度大小与位移成正比，方向与位移方向相反，所以加速度为正向最大值；,答案：AB,21：如下图所示，甲是一列横波在某一时刻的波动图象，乙是在x6m处的质点从该时刻开始计时的振动图象，a、b是介质中两个质点，下列说法正确的是()A这列波沿x轴的正方向传播B这列波的波速是2m/sCb比a先回到平衡位置Da、b两质点的振幅都是10cm,答案：BC,如下图所示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示波峰，虚线表示波谷，c和f分别为ae和bd的中点，则：(1)在a、b、c、d、e、f六点中，振动加强的点是_振动减弱的点是_,(2)若两振源S1和S2振幅相同，此时刻位移为零的点是_(3)画出此时刻ace连线上，以a为原点的一列完整波形，标出ce两点解析：(1)a、e两点分别是波谷与波谷、波峰与波峰相交的点，故此两点为振动加强点；c处在a、e连线上，且从运动的角度分析a点的振动形式恰沿该线传播，故c点是振动加强点，同理b、d是减弱点，f也是减弱点,(2)因为S1、S2振幅相同，振动最强区的振幅为2A，最弱区的振幅为零，该时刻a、e的中点c正处在平衡位置，所以位移为零的是b、c、d、f.(3)图中对应时刻a处在两波谷的交点上，即此刻a在波谷，同理e在波峰，故a、e中点c在平衡位置，所以所对应的波形如图,答案：(1)a、c、eb、d、f(2)b、c、d、f(3)图见解析,31：(1)右图为一列简谐横波的图象，质点P此时的速度为v，经过0.2s，质点P的速度大小和方向都不变，再经过0.2s，质点P的速度大小不变，方向改变，下列叙述正确的是_,A波向左传播，波速为5m/sB波向右传播，波速为5m/sC该波与一个频率为1.25Hz的波可能发生干涉现象D该波与一个频率为1.25Hz的波不可能发生干涉现象,(2)公路巡警开车在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时巡警车接收到的电磁波频率比发出时低巡警车接收到的电磁波频率比发出时高以上两种情况说明了什么问题？,(2)如果警车接收到的电磁波频率比发出时低，由多普勒效应可知，警车与轿车在相互远离又由于警车在后且车速恒定，所以轿车的速度大于100km/h.如果警车接收到的电磁波频率比发出时高由多普勒效应可知，警车与轿车在相互靠近，同理可知，轿车的速度小于100km/h.答案：(1)AC(2)轿车的速度大于100km/h轿车的速度小于100km/h,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如下图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是()A女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高B女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高C女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变D女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低答案：AD,Aa处质点的振动图象Bb处质点的振动图象Cc处质点的振动图象Dd处质点的振动图象,答案：B,4.如右图所示是一列简谐波在t0时的波形图，介质中的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y10sin5tcm.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,5(2010天津理综)一列简谐横波沿x轴正向传播，传到M点时波形如图所示，再经0.6s，N点开始振动，则该波的振幅A和频率f为()AA1mf5HzBA0.5mf5HzCA1mf2.5HzDA0.5mf2.5Hz,答案：D,6(2010四川卷)一列简谐横波沿直线由A向B传播，A、B相距0.45m，图是A处质点的振动图象当A处质点运动到波峰位置时，B处质点刚好到达平衡位置且向y轴正方向运动，这列波的波速可能是()A4.5m/sB3.0m/sC1.5m/sD0.7m/s,答案：A,7(2010上海单科)如右图，一列沿x轴正方向传播的简谐横波，振幅为2cm，波速为2m/s，在波的传播方向上两质点a、b的平衡位置相距0.4m(小于一个波长)，当质点a在波峰位置时，质点b在x轴下方与x轴相距1cm的位置，则()A此波的周期可能为0.6sB此波的周期可能为1.2sC从此时刻起经过0.5s，b点可能在波谷位置D从此时刻起经过0.5s，b点可能在波峰位置,答案：ACD,8(1)同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如下图所示，以下说法正确的是_A声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线B声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线C水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线D空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线,(2)一列简谐横波沿x负方向传播，速度为10m/s，已知t0时刻的波形图如图甲所示图中P点此时正沿_方向运动，将t0.5s时的波形图画在图乙上(至少要画一个半波长)解析：(1)因声波的波速在水中较空气中快，而波的频率等于振源的振动频率，则声波在水和空气中传播的频率相同，再由vf知，声波在水中传播的波长长,答案：(1)A(2)y,9(1)如图所示，是用a、b两束不同频率的光分别照射同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上用照相底片感光得到的干涉图样，其中图甲是用a光照射时形成的，图乙是用b光照射时形成的则关于a、b两束光，下述正确的是_(填选前字母)Aa光的波长比b光短，频率比b光高Bb光的波长比a光短，频率比a光高Cb光比a光衍射现象更明显Da光比b光衍射现象更明显,(2)在均匀介质中，各质点的平衡位置均在同一直线上，图中正方形方格的边长均为1.5cm.波源在坐标原点处，t0时波源开始向y轴负方向振动，如图为t0时刻的波动图象，经过0.24s时间第三次重复如图所示波形，则此波的周期T和波速v分别为多大？,答案：(1)BD(2)0.08s1.5m/s,10(1)如图甲所示为一列沿x轴传播的简谐横波在t0.2s时刻的波形图，图乙是这列波中某质点的振动图象，由图可知，这列简谐波的波速大小为_m/s；质点B在图示时刻之后的1s之内通过的路程为_cm；若图乙所示的是质点B的振动图象，则这列波的传播方向为_,(2)下列说法中正确的是_A水面