机械波的规律现象

1、按Esc键退出返回目录 基础梳理整合 核心理解深化 方法探究突破 按Esc键退出返回目录 基础梳理整合基础梳理整合 构建能力大厦的奠基石 一、机械波 1.定义 机械振动在中传播,形成了机械波。 2.产生条件 一是要有做机械振动的物体作为;二是要有能够传播机械振动 的。 答案：1.介质 2.波源介质 (1)质点的振动方向与波的传播方向相互的波叫做横波。在横 波中凸起的最高处叫做,凹下的最低处叫做。 (2)质点的振动方向与波的传播方向的波叫做纵波。在 纵波中质点分布最密的位置叫做部,质点分布最疏的位置叫做 部。 3.机械波的分类 答案：3.垂直波峰波谷在同一直线上密疏 按Esc键退出返回目录 4.

2、机械波的特点 (1)机械波传播的是运动,介质中质点只在各自的平衡位置附 近振动,并不随波。 (2)机械波传播的过程就是传递的过程,也是传递的过 程。 (3)“前带后,后跟前,运动状态向后传。”即各质点都做受迫振动,起 振方向由波源来决定,并且其振动频率(周期)都等于的振动频 率(周期),但离波源越远的质点振动越滞后。 答案：4.形式迁移能量信息波源 5.描述机械波的物理量 (1)波长:在波动中振动总是相同的两个相邻质点间的距离。 (2)频率f:在波动中,介质中各质点的振动频率都是相同的,都等于 的振动频率。 (3)波速v、波长和频率f、周期T的关系。 公式:v= 答案：5.相位波源 f 介质

3、T 机械波的速度大小由决定,与机械波的频率无关。 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(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。 答案1.平衡位置位移正弦 2.各振动质点 三、波的特有现象 1.衍射 (1)定义:波可以绕过继续传播的现象。 (2)产生明显衍射现象的条件是: 。 答案：1.障碍物障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多 答案：2.干扰矢量和 3.加强减弱两列波的频率相同两个波源的相位差保持不变 2.波的叠加 定

4、义: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,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 3.干涉 (1)定义:频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动,某些区域 的振动,这种现象叫做波的干涉。 (2)产生稳定的干涉现象的两个必要条件:, 。 4.多普勒效应 由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到波的发生变 化的现象,叫做多普勒效应。 当波源与观察者有相对运动时,如果二者相互靠近,观察者接收到的 频率;如果二者远离,观察者接收到的频率。多普勒效 应是所有波动过程共有的特征。根据声波的多普勒效应可以测定车 辆行驶

5、的速度;根据光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的 运行速度。 答案：4.频率增大减小 按Esc键退出返回目录 核心理解深化核心理解深化 拓展升华思维的加油站 图甲所示,此后,若经过 个周期开始计时,则图乙描述的是()。 3 4 一、振动图象和波的图象的异同 【自主探究1】 (2010北京理综)一列横波沿x轴正向传播,a、b、c、 d为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置。某时刻的波形如 A.a 处质点的振动图象 B.b 处质点的振动图象 C.c 处质点的振动图象 D.d 处质点的振动图象 答案：B 解析:波向右传播,可以确定经过 个周期,b质点处于平衡位置且向下运 动,从此时刻开始计时

6、,b质点的振动图象如题图乙所示,故选B项。 3 4 归纳要点振动图象和波的图象的比较 振动图象波的图象 研究对象一个振动质点沿波传播方向的所有 质点 图象意义一个质点位移随时间 的变化规律 某时刻所有质点相对 平衡位置的位移 图象 振动图象波的图象 图象信息质点振动的周期、 振幅、各时刻的位 移、速度、加速度 波长、振幅、任意一质点该时刻 的位移、任意一质点在该时刻 的加速度方向 图象变化随时间推移,图象延 续 随时间推移,图象沿传 播方向平移,但形状不 变 一完整曲 线对应横 坐标 一个周期一个波长 二、有关简谐波的多解问题 【自主探究2】 (2010福建理综)一列简谐横波在t=0时刻的波形

7、如图 中的实线所示,t=0.02 s时刻的波形如图中虚线所示。若该波的周期T 大于0.02 s,则该波的传播速度可能是()。 A.2 m/sB.3 m/sC.4 m/sD.5 m/s 答案： B 解析:因T0.02 s,所以波在0.02 s内传播的距离小于波长8 cm。若波沿x 正向传播,则传播距离为s=0.02 m,波速为v=s/t=1 m/s;若波沿x负向传播, 则传播距离为s=0.06 m,波速为v=s/t=3 m/s。 归纳要点弄清波动问题多解性的原因,是处理好多解问题的关键。 1.传播方向的双重性带来的多解:在二维空间坐标系中,波的传播方向 只有两种可能:沿x轴的正方向或负方向。在波

8、的传播方向未定的情 况下必须要考虑这一点。 2.图形的多样性带来的多解:在波的传播过程中,质点的振动情况、 波的传播方向及波形三者紧密相关。若质点在一定的限制条件 (时间、空间、振动状态)下振动,则质点间的波形可能不是唯一的,因此 相应的波的参量亦可能不是唯一的。 3.波的时间周期性带来的多解:波在传播过程中,经过整数倍周期时, 其波形图线相同。 4.解决波动图象中的多解问题的一般思路 (1)分析出造成多解的原因。 波动图象的周期性,如由x=n +x,t=nT +t,求 v= 出现多解。 波传播的双向性:是否有两种可能? (2)由=vT进行计算,若有限定条件,再进行讨论。 x t ? ? 易错

9、辨析 请你判断下列表述正确与否,对不正确的,请予以更正。 1.相距一个(或整数个)波长的两个质点的振动位移在任何时刻都相 同,而且振动速度的大小和方向也相同。 2.在稳定的干涉图样中,加强区的点始终加强,减弱区的点始终减弱, 但加强点的位移时刻在改变。 3.障碍物尺寸比波长大时,能观察到明显的衍射现象。 4.波的传播在时间上有周期性,在空间上也有周期性。 按Esc键退出返回目录 答案:1.正确。 2.正确。 3.错误。障碍物尺寸比波长小或与波长相差不多时,才能观察到明显 的衍射现象。 4.正确。 按Esc键退出返回目录 方法探究突破方法探究突破 提升应用技巧的突破口 【例1】 (2011北京理

10、综)介质中有一列简谐机械波传播,对于其中某 个振动质点()。 命题研究一、波的形成与传播 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 思路点拨:振动速度与波的传播速度相同吗?波的频率和质点振动频 率与波源的频率有什么关系? 按Esc键退出返回目录 解析:机械波传播时,质点是在平衡位置附近做简谐运动,而波在介质中 是匀速传播,质点振动的速度与波的传播速度是完全不同的,两者之间 没有必然联系,选项A错误;在横波中,质点的振动方向与波的传播方向 垂直,而在纵波中,质点的振动方向与波的传播方向在

11、同一直线上,选项 B错误;质点在一个周期内走过的路程为四个振幅的长度,而不是一个 波长,选项C错误;介质中的质点做受迫振动,其振动频率等于驱动力的 频率,选项D正确。 答案： D 规律总结：(1)在波的传播过程中,除波源质点外,其他质点均做受迫振 动,故质点的振动频率都等于波源的振动频率。 (2)注意区别振速和波速:振速是质点在平衡位置附近做周期性运动 的速度,时刻在变化;波速是波动的传播速度,在同一种介质中是不变 的。 拓展链接1(2011天津理综(改编)位于坐标原点处的波源A沿y轴做简谐 运动。A刚好完成一次全振动时,在介质中形成简谐横波的波形如图所 示,B 是沿波传播方向上介质的一个质点

12、,则()。 A.波源A开始振动时的运动方向沿y轴负方向 B.此后的 周期内回复力对波源A一直做负功 1 4 C.经半个周期时间质点B将向右迁移半个波长 D.在一个周期时间内波源A的路程是4A 答案：ABD 解析:质点开始振动的状态和振动一个周期时的状态相同,即图示A的振 动方向和开始时的相同,应沿y轴负方向,选项A正确;此后的1/4周期内,A 从平衡位置向最大负位移处运动,因此回复力一直做负功,选项B正确; 波传播的过程,质点不随波迁移,选项C错误;在一个周期内,A恰好完成 一次全振动,经过的路程是4倍的振幅,即4A。 【例2】 如图所示,图甲为一列简谐波某时刻的波形,图乙表示该波 传播的介质

13、中某质点此后一段时间内的振动图象,则()。 命题研究二、振动图象和波动图象的综合 A.若波沿x轴正方向传播,图乙为a点的振动图象 B.若波沿x轴正方向传播,图乙为b点的振动图象 C.若波沿x轴负方向传播,图乙为c点的振动图象 D.若波沿x轴负方向传播,图乙为d点的振动图象 答案： BD 解析:波传播过程中质点不随波迁移,而是在平衡位置附近上、下振动, 如果简谐波向右传播,右边质点跟着左边质点运动;如果向左传播,左边 质点跟着右边质点运动。 图乙为振动图象,它反映了质点在0T/4时间内由平衡位置向y轴正方 向运动,在T/4T/2时间内质点由正向最大位移处回到平衡位置。 图甲为波动图象,如果波向右

14、传播,在0T/4内质点b由平衡位置向正 向最大位移处运动,选项B正确;同理选项D正确。 规律总结:解决两种图象结合问题的基本思路: (1)首先识别哪一个是波的图象,哪一个是振动图象,两者间的联系纽 带是周期与振幅。 (2)再从振动图象中找出某一质点在波的图象中的那一时刻的振动方 向,然后再确定波的传播方向及其他问题。 拓展链接2(2010山东理综)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1.0 105Hz,某时刻该超声波在水中传播的波动图 象如图所示。 (1)从该时刻开始计时,画出x=7.5 10 -3 m处质点做简谐运动的振动图 象(至少一个周期)。 (2)现测得超声波信号

15、从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s,求鱼群 与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动)。 答案:(1)如解析图所示(2)3 000 m 解析:(1)如图所示。 (2)由波形图读出波长=15 10 -3 m 由波速公式得v=f 鱼群与渔船的距离为x= vt 联立式,代入数据得 1 2 x=3 000 m。 【例3】 (2010课标全国理综)波源S 1和S2振动方向相同,频率均为4 Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA =2 m,如图所示。两 波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4 m/s。已知两波源振动 的初始相位相同。求: (1)简谐横波的波长; (2)OA 间合振动振幅最小的点的位置。 命题研究三、波的现象 代入已知数据得=1 m (2)以O为坐标原点,设P为OA间的任意一点,其坐标为x,则两波源到P 点的波程差l为l=x- (2- x),0 x2 其中x 、l 以m为单位。 合振动振幅最小的点的位置满足l=(k+ ),k为整数 联立式,得x=0.25 m,0.75 m,1.25 m,1.75 m。 1