2022届新教材高考物理一轮复习第七章机械振动和机械波第2节机械波课件新人教版

1、第第2 2节机械波节机械波第七章第七章2022必备知识必备知识 预案自诊预案自诊【知识梳理】 一、机械波及分类1.机械波的形成和传播(1)产生条件有 波源。有 介质,如空气、水、绳子等。(2)传播特点传播运动形式、 能量和信息。质点不 随波迁移。介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源 相同。2.机械波的分类分类质点振动方向和波的传播方向的关系形状举例横波垂直凹凸相间;有 波峰、 波谷绳波等纵波在同一条直线上疏密相间;有 密部、 疏部弹簧波、声波等二、描述机械波的物理量1.波长:在波动中振动相位总是 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

2、于 波源的振动频率。3.波速v、波长和频率f、周期t的关系:=f。机械波的速度大小由 介质决定,与机械波的频率无关。三、机械波的图像1.图像:在平面直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的 平衡位置,用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 位移,连接各位移矢量的末端,得出的曲线即为波的图像,简谐波的图像是正弦(或余弦)曲线。2.物理意义:为某一时刻介质中各质点相对 平衡位置的位移。四、波的衍射和干涉多普勒效应1.波的干涉和衍射比较项 波的干涉波的衍射条件两列波的频率必须 相同明显条件:障碍物或孔的 尺寸比波长小或相差不多现象形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的 干涉图样波能够 绕过障碍物继续向

3、前传播2.多普勒效应(1)条件:声源和观察者之间有 相对运动。(2)现象:观察者感到 频率发生变化。(3)实质:声源频率 不变,观察者接收到的频率 变化。【考点自诊】 1.判断下列说法的正误。(1)在机械波的传播中,各质点随波的传播而迁移。()(2)机械波的频率等于振源的振动频率。()(3)质点振动的方向总是垂直于波传播的方向。()(4)机械波在介质中传播的速度由介质本身决定。()(5)火车鸣笛减速向我们驶来时,我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低。()2.一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4m/s。某时刻波形如图所示,下列说法正确的是()a.这列波的振幅为4cmb.这列波的周期为1

4、sc.这列波的波长为8md.此时x=4m处质点沿y轴负方向运动答案 c3.下列说法正确的是()a.若声波波源向观察者靠近,则观察者接收到的声波频率减小b.声波击碎玻璃杯的实验原理是共振c.超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波近得多d.“音箱的高音部分容易被大的障碍物挡住的现象”是声波的干涉现象答案b4.(新教材人教版选择性必修第一册p78习题改编)图中的a是一列正弦波在某时刻的波形曲线,如果波向右传播,b是0.2s后第一次形成的波形曲线。试求这列波的传播速度。答案5m/s解析根据波形图可知该波的波长为4m,5m处的质点向上振动,经过0.2s振动了四分之一个周期第一次到达最高点,故波的周期为

5、0.8s,则=5m/s。关键能力关键能力 学案突破学案突破考点一考点一波的传播与图像波的传播与图像(自主探究自主探究)1.波的图像信息(如图所示)(1)直接读取振幅a和波长,以及该时刻各质点的位移。(2)确定某时刻各质点加速度的方向,并能比较其大小。(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。2.波速与波长、周期、频率的关系=f。3.波的传播方向与质点的振动方向的判断方法【对点演练】 答案 d2.(2020全国卷)如图所示,一列简谐横波平行于x轴传播,图中的实线和虚线分别为t=0和t=0.1s时的波形图。已知平衡位置在x=6m处的质点,在0到0.1s时间内

6、运动方向不变。这列简谐波的周期为 0.4s,波速为 10m/s,传播方向沿x轴 负方向(选填“正方向”或“负方向”)。解析 本题以波的图像为背景,意在考查机械波传播规律。由题意可得,x=6m处的质点,在0到0.1s时间内沿y轴负方向运动,根据“微平移法”这列波沿x轴负方向传播;0到0.1s这段时间,x=6m处的质点运动了一个振幅,0.1s是四分之一个周期,这列波的周期为0.4s;由题图可得这列波的波长为4m,所以波速为=10m/s。考点二考点二波的图像与振动图像的关联应用波的图像与振动图像的关联应用(师生共研师生共研)振动图像与波的图像的比较图像信息(1)振动周期、振幅(2)各时刻质点的位移、

7、速度、加速度(包括大小、方向)(1)波长、振幅(2)任意一质点此刻的位移和加速度方向图像变化随时间推移图像延续,但原有形状不变随时间推移,图像沿传播方向平移【典例1】 (2020山东二模)一列简谐横波沿x轴传播,t=0.1s时的波形图如图甲所示,a、b为介质中的两质点。图乙为质点a的振动图像。以下判断正确的是()a.t=0.15s时,a的加速度为零b.t=0.15s时,b的速度沿y轴正方向c.从t=0.1s到t=0.25s,b的位移大小为10cmd.从t=0.1s到t=0.25s,波沿x轴负方向传播了7.5cm答案 d解析 由题图乙可知,t=0.15s时,质点a处于波谷位置,则此时a的加速度最

8、大,故a错误;由题图乙可知,波的周期为0.20s,则从题图甲所示的t=0.1s时开始经过0.05s即四分之一周期质点b处于平衡位置,速度方向沿y轴负方向,故b错误;从t=0.1s到t=0.25s经历四分之三周期,质点b处于平衡位置,则b的位移为0,故c错误;由题图乙可知,在t=0.1s时质点a处于平衡位置且向下振动,结合题图甲可知,波沿x轴负方向传播,由题图甲可知,波长=10m,由题图乙可知,波的周期为0.20s,则波速为m/s=50m/s,从t=0.1s到t=0.25s,波沿x轴负方向传播了s=500.15m=7.5m,故d正确。解题指导审题关键词句分析解读t=0.1s时的波形图可知波长图乙

9、为质点a的振动图像0.1s时振动方向向下图乙为质点的振动图像可知周期破题 1.根据波的图像可以确定波长,根据振动图像可以确定周期,由可以确定波的传播速度。2.根据波上某质点的振动图像先确定出该时刻质点的振动方向,然后可由“上坡下,下坡上”确定波的传播方向。素养微点求解波的图像与振动图像综合问题的关键:“一分、一看、二找”【对点演练】 3.(2020山东潍坊二模)一列简谐横波沿x轴传播,图甲是t=1s时的波形图,图乙是x=3.0m处质点的振动图像,a、b质点在x轴上平衡位置分别为xa=0.5m、xb=2.5m,下列说法正确的是()a.波沿x轴正方向传播b.波的传播速度为0.5m/sc.t=1.5

10、s时,a、b两点的速度和加速度均等大反向d.从t=1.0s到t=1.5s质点a的路程为10cm答案 c解析 由题图乙可知,t=1s时质点速度向上,则这列波沿x轴负方向传播,故a错误;由题图知=4m,t=2s,则波速为=2m/s,故b错误;a、b质点在x轴上平衡位置分别为xa=0.5m,xb=2.5m,则xab=2.5m-0.5m=2m,可知a、b相距半个波长,则a、b两点的速度和加速度均等大反向,故c正确;从1.0s到1.5s,质点a经过个周期,经过平衡点附近时的速度大,则s410m=10m,故d错误。考点三考点三波的多解问题波的多解问题(师生共研师生共研)1.造成波动问题多解的主要因素(1)

11、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)。步骤如下(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

12、题设条件判断是唯一解还是多解。(3)根据波速公式v=或=f求波速。【典例2】 (多选)(2019天津卷)一列简谐横波沿x轴传播,已知x轴上x1=1m和x2=7m处质点的振动图像分别如图1、图2所示,则此列波的传播速率可能是()a.7m/sb.2m/s c.1.2m/sd.1m/s答案 bc素养微点解决波的多解问题的一般思路:(1)首先找出造成多解的原因,比如考虑传播方向的双向性,可先假设波向右传播,再假设波向左传播,分别进行分析。(2)根据周期性列式,若题目给出的是时间条件,则列出t=nt+t(n=0,1,2)进行求解,若给出的是距离条件,则列出x=n+x(n=0,1,2)进行求解。(3)根据

13、需要进一步求与波速(v=或=f)等有关的问题。【对点演练】 4.(多选)(2020山东泰安模拟)如图甲所示,a、b为一列简谐横波上平衡位置之间相距6m的两个质点,两质点的振动图像如图乙所示,实线为a质点的振动图像,虚线为b质点的振动图像。已知两质点平衡位置之间的距离不小于一个波长。关于该简谐波,下列说法正确的是()a.波长最大值为24mb.波长最大值为4.8mc.波速最大值为1.2m/sd.波速最大值为6.0m/s答案bc考点四考点四波的衍射、干涉和多普勒效应波的衍射、干涉和多普勒效应(自主探究自主探究)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

14、的距离之差r。距离之差rr=n(n=0,1,2,)r=(2n+1)(n=0,1,2,)波源步调一致振动加强振动减弱波源步调相反振动减弱振动加强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,因而单位时间内通过观察者的完全波的个数,就是接收频率。(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。【对点演练】 5.(多选)(2020全国卷)在下列现象中,可以用多普勒效应解释的有()a.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声b.超声波被血管中的血流反射后,探测器接收到的超声波频率发生变化c.观察者听到