202X版高中物理全程复习方略配套课件（鲁科版·福建）：11.2机械波的形成和传播

1、第2讲 机械波的形成和传播 波的图象,考点1 机械波,1.定义：机械振动在_中的传播 2.产生条件：_和_ 3.形成原因：由于介质中各质点间存在作用力，沿波的传播 方向上先振动起来的质点带动周围的质点做_向外传 播而形成,介质,波源,介质,受迫振动,4.波的分类 (1)横波：质点振动方向与波传播方向_，有波峰和 波谷. (2)纵波：质点振动方向与波传播方向_，有密部和 疏部,垂直,平行,1.振动与波的关系 (1)振动是波动的起因，波动是振动在介质中的传播. (2)有波动一定有振动，有振动不一定有波动. 2.波的传播规律 (1)介质中质点的振动周期与波源的周期相同，即波的传播周期. (2)波源质

2、点振动一个周期，波沿传播方向传播一个波长. (3)介质中所有质点的起始振动方向均与波源质点的起始振动方向相同,4)介质中的质点总是依次跟随波源质点在自身平衡位置附近振动，并不随波迁移. (5)波不仅传播振动和信息，还传播能量. 3.横波和纵波的比较 (1)横波和纵波是依据波传播方向与质点振动方向的关系来分类. (2)横波只能在固体介质中传播，纵波在固体、液体和气体中均可传播. (3)在同种介质中，横波和纵波的传播速度是不同的,关于振动和波的关系，下列说法中正确的是( ) A.有机械波必有振动 B.有机械振动必有波 C.离波源远的质点振动周期长 D.波源停振时，介质中的波动立即停止,解析】选A.

3、一个质点的振动会带动邻近质点的振动，使振动这种运动形式向外传播而形成机械波，但在缺少介质的情况下，波动现象就无法发生，故A对B错；波动形成以后，各质点的振动都先后重复波源的振动，故各质点的振动周期是一样的，C错；大量质点的振动所形成的波动不会因波源的停振而消失，因为能量不会无故地消失， D错，故选A,考点2 横波的图象,1.坐标轴的意义：横坐标x表示在波的传播方向上各个 质点的_，纵坐标y表示_各个质点偏离 平衡位置的位移 2.图象特点：简谐波的波形曲线是_(或_)曲线,平衡位置,某一时刻,正弦,余弦,3.横波图象的应用 (1)可知波动中质点的_和_，以及任意一质点 此刻的位移、加速度方向.

4、(2)若已知波的传播方向，可知介质质点的_， 反之亦然. (3)若知波速v，可求此时刻以后某一时刻的波形图，方法 是把波形图平移_的距离,振幅,波长,振动方向,x=vt,1.振动图象与波动图象的比较 波的振动图象与波动图象虽然形状相同，但所研究的对象、意义、特点等有所不同,比较如下,2.波的传播方向与质点的振动方向关系互判四法 (1)特殊点带动法:如图所示为一 沿x轴正方向传播的横波，根据波 的形成，靠近波源的点能带动它 邻近的离波源稍远的点，可判断 质点的振动方向在质点P附近靠近波源一方的图线上另找一点 P，若P在P上方，P带动P向上运动，则P向上运动；若P在P下方，P带动P向下运动，则P向

5、下运动反之，根据质点的运动方向判断邻近哪侧点带动它运动，从而确定波的传播方向,2)微平移法：是将波形沿波的传播方向平移微小的一段距离得到 经过微小一段时间后的波形图，据质点在新波形图中的对应位 置，便可判断该质点的运动方向.如图所示， 原波形图(实线)沿传播方向经微平移后得到微小一段时间的波形 图(虚线)，P点的对应位置在P处，便知原时刻向下运动,3)上下坡法: 沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下 振动.“下坡”处的质点向上振动.如图所示，简称“上坡下， 下坡上,4)同侧法:在波的图形的某质点P上，沿波的传播方向画一箭头，再沿竖直方向向曲线的同侧画另一箭头，则该箭头即为质点振动的方向，如

6、图所示,一列沿着x轴正方向传播的横波，在t=0时刻的波形如图甲所示. 图甲中某质点的振动图象如图乙所示.质点N的振幅是_m， 振动周期为_s，图乙表示质点(从质点K、L、M、N中选填)的振动图象该波的波速为_m/s,解析】从甲、乙图可看出波长=2.0 m，周期T=4 s，振幅A0.8 m；乙图中显示t0时刻该质点处于平衡位置向上振动，甲图波形图中，波向x轴正方向传播，则L质点正在平衡位置向上振动，波速v/T0.5 m/s. 答案：0.84L0.5,考点3 波速、波长和频率(周期)的关系,1.波长：沿波的传播方向,两个_的、相对_的 位移和振动方向总是相同的质点间的距离. 2.波速v：单位时间内

7、振动向外传播的距离，大小由_决定. 3.频率f：波传播过程中各质点做受迫振动，波的频率由 _决定.同一列波在各种介质中传播，频率不变. 4.波速与波长和频率的关系：_对机械波、电磁波均适用,相邻,平衡位置,介质,波源,v=f,1.对波速的理解 (1)介质能传播波是因为介质中各质点间有弹性作用，弹性越强，对运动的反应越灵敏，则波的传播速度越大，通常情况下，固体对机械波传播速度较大，气体对机械波传播速度较小. (2)波速与振动速度不同，波速是介质中波的传播速度，在均匀介质中是匀速传播，与波的频率无关；振动速度是指波动中各质点在平衡位置附近做变加速运动，速度会随时间做周期性变化,2.对波长的理解 (

8、1)在波的传播方向上，两个相邻的、振动步调总是相同的质点间的距离. (2)质点振动一个周期，波传播的距离. (3)在横波中两个相邻的波峰(或两个相邻的波谷)之间的距离；在纵波中两个相邻的密部(或两个相邻的疏部)之间的距离. (4)波长反映了机械波在传播过程中的空间周期性,有两个波源，在甲波源振动50次的时间内，乙波源振动了60 次，它们发出的机械波在同一介质中传播时，甲、乙两波波长 之比为( ) A.65B.56C.15D.61 【解析】选A.由题意知两波的周期分别为T甲= ，T乙= ， 由于机械波在同一介质中传播速度相等，因此有 , 故选A,波的传播规律 【例证1】如图所示，一列简谐横波沿x

9、轴正方向传播，从波传到x=5 m的M点时开始计时，已知P点相继出现两个波峰的时间间隔为0.4 s，下面说法中错误的是(,A.这列波的波长是4 m B.这列波的传播速度是10 m/s C.质点Q(x=9 m)经过0.5 s才第一次到达波峰 D.M点以后各质点开始振动时的方向都是向下 【解题指南】解答本题应把握以下三点： (1)由波的传播方向确定质点的振动方向. (2)P点相继出现两个波峰的时间间隔与质点振动周期的关系. (3)介质中所有质点的起始振动方向均与波源质点的起始振动 方向相同,自主解答】选C.从图中可以看出波长为4 m，A对;“相继出现 两个波峰”应理解为出现第一个波峰与出现第二个波峰

10、之间的 时间间隔,即T=0.4 s,则v= =10 m/s，B对；质点Q(x=9 m)经 过0.4 s开始振动，0.4 s时波传到Q时，其左侧质点在它下方， 所以Q点在0.5 s 时处于波谷，再经过0.2 s即总共经过0.7 s才 第一次到达波峰，C错；从波的向前传播原理可以知道，M以后 的每个质点都是先向下振动的，D对，故选C,总结提升】解答本题的关键是质点的全振动的理解以及波的传播规律的认识，对易错选项及错误原因具体分析如下,变式训练】如图为竖直弹簧振动系统，振子连接一根水平且很 长的软绳，沿绳方向取x轴.振子从平衡位置O以某一初速度向A端 开始运动，振动频率为f10 Hz，则下列说法正确

11、的是(,A.绳上产生的波的传播速度取决于弹簧振子 B.绳上各质点都沿x轴方向运动 C.绳上各质点的振动频率相同 D.离O点距离越远的质点振动频率越低 【解析】选C.波的传播速度取决于介质，绳上各质点的振动频率取决于振源，C对A、D错；振子沿竖直方向振动，因此绳上各质点都沿竖直方向振动，B错，故选C,应用图象分析波动与振动 【例证2】(2011四川高考)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.1x3 cm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

12、动到P处 【解题指南】解答本题应明确以下两点： (1)利用波动图象“平移法”判断各质点的振动方向. (2)利用质点的位移综合分析运动学量,自主解答】选B.当t0时，Q点 沿y轴正方向运动，当此状态传到 P点时，此时波应向左传播 n，根据振动方向与波传 播方向的关系，由“平移法”得图象如图所示,由图中虚线波形 可知：12 cm范围内的质点正在向y轴正方向运动，23 cm范 围内的质点正在向y轴负方向运动，A错；Q处质点此时在波谷 处，C错；根据a 可知，Q处的质点位移沿y轴负方向，加 速度a沿y轴正方向，B对；质点只在平衡位置附近振动， 并不随波迁移，D错，故选B,互动探究】若简谐横波在t0时的

13、波形图如题中所示，当Q点 经过 到达波谷时，x=2 cm的质点此时处在何位置？ 【解析】由Q点经过 到达波谷可知t=0时Q点向下振动， 则波沿x轴正方向传播，t0时x=2 cm的质点向上振动， 经过 到达波峰位置. 答案：波峰,总结提升】利用图象求解波动与质点振动的问题 (1)首先要识别是波动图象还是振动图象，从而获得波长、振幅或周期、振幅. (2)利用特殊点带动法、“微平移法”、上下坡法、同侧法判断波的传播方向与质点的振动方向的关系. (3)根据质点的振动方向和初始位置判断位移变化，从而分析回复力、加速度以及速度的变化，进一步结合时间与周期来分析计算位移与路程等相关运动学量,变式备选】(20

14、12合肥模拟)北京时间2011年3月11日13点46分，日本本州岛附近海域发生里氏9.0级地震，震中位于宫城县以东太平洋海域，震源深度10公里，东京有强烈震感.地震波既有横波，也有纵波. 如甲图所示为一列横波在t=20 s时的波形图，如乙图是这列波中P点的振动图象，那么该波的传播速度和传播方向是(,A.v=25 m/s，向左传播B.v=50 m/s，向左传播 C.v=25 m/s，向右传播D.v=50 m/s，向右传播 【解析】选B.从甲图得出波长为:=100 m，从乙图得出质点 的振动周期为:T=2 s，波传播的速度为:v= m/s 50m/s.A、C错；t20 s时质点P的振动情况与t0时

15、的振动情 况相同，质点P的位移为零，速度方向向上，从甲图可知质点P 向上振动，则波向左传播，D错，故选B,波的多解问题的规范求解 【例证3】(2012莱芜模拟)(14分)一列简谐波沿x轴方向传播，已知x轴上x1=0和x2=1 m两处质点P、Q的振动图线分别如图甲、乙所示，求此波的传播速度,规范解答】由振动图象知周期T410-3 s. (2分) 由题图可知，t0时刻，x10的质点P在正最大位移处， x2=1的质点Q在平衡位置向y轴负方向运动，所以有： 当简谐波沿x轴正方向传播时： PQ间距离为(n )1，其中n=0、1、2 (2分) 由(n )11 m，得1 m (2分) 故波速v1 m/s(n

16、0、1、2) (2分) 当简谐波沿x轴负方向传播时： PQ间距离为(n )2，其中n0、1、2 (2分,由(n )21 m，得2 m (2分) 故波速v2 m/s(n0、1、2) (2分) 答案：见规范解答,总结提升】机械波多解问题的求解方法 在机械波中由于条件的不确定性，导致结果出现多种可能，对于此类问题，应仔细分析各种可能的情况，引起多解的主要原因有以下四个方面：(1)传播的双向性：由于波可沿x轴的正、负两方向传播而导致多解.(2)时间的周期性：每经过一个周期，同一质点振动状态相同，波的形状也相同，因此在波的传播过程中，经过整数倍周期时，波形图相同. (3)空间的周期,性：每经过一个波长，

17、波的形状也相同，振动状态相同，因此在波的传播过程中，经过波长整数倍距离时，波形图相同.(4)两质点间关系不确定：在波的传播方向上，两质点间的距离不确定或者相位之间关系不确定形成多解,变式训练】一列简谐横波沿x轴传播，如图甲、乙所示分别为传播方向上相距3 m的两质点的振动图象，则波的传播速度大小可能为( ) A.30 m/sB.20 m/sC.15 m/sD.5 m/s,解析】选A.由两质点的振动图象可得T=0.2 s， x n(n0、1、2)， m， v m/s m/s， 当n=0时,v1=30 m/s;当n=1时,v2=10 m/s.当n=2时,v3=6 m/s; 当n=3时,v4= m/s

18、,故A对,例证】某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s 和9 km/s,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 (如图),在一次地震中,震源在地震仪下方,观察到两振子相差5 s 开始振动,则(,A.P先开始振动,震源距地震仪约36 km B.P先开始振动,震源距地震仪约25 km C.H先开始振动,震源距地震仪约36 km D.H先开始振动,震源距地震仪约25 km 【规范解答】选A.由于纵波传播较快,故P先开始振动,设震源距 地震仪约x,则有： =t,代入数据可得x=36 km,故A正 确,1.一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(

19、 ) A周期B波速 C波长D频率 【解析】选C.题中未给出实线波形和虚线波形的时刻，不知道时间差或波的传播方向，因此无法确定波速、周期和频率，只能确定波长,2.(2011北京高考)介质中有一列简谐机械波传播，对于其中某个振动质点( ) A.它的振动速度等于波的传播速度 B.它的振动方向一定垂直于波的传播方向 C.它在一个周期内走过的路程等于一个波长 D.它的振动频率等于波源的振动频率,解析】选D.简谐机械波介质中的各质点都做简谐运动，其速度按照正弦或余弦规律变化，与波的传播速度是两码事，A错误；横波中质点的振动方向垂直于波的传播方向，而纵波中质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上，B错误；简谐机械波介质中的各质点一个周期内走过的路程等于四个振幅，而波一个周期传播的距离等于一个波长，C错误；机械波介质中的各质点做简谐运动的频率相等，都等于波源的振