第2章 2.3 机械波的案例分析

1、.2.3机械波的案例分析学 习 目 标知 识 脉 络1.结合地震实例，进一步熟悉机械波的形成及波动本质.2.掌握用波形图分析波动问题.重点3.掌握求波速的方法及理解波的多解性问题.重点、难点地 震 波 的 分 析 探 究1.地震波的组成地震波按传播方式可分为三种类型：纵波、横波和外表波.2.纵波纵波是推进波，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱，它的传播速度vP最大.3.横波横波是剪切波，又称S波，它使地面发生前后、左右摆动，破坏性强，它在地壳中的传播速度较纵波慢.4.外表波外表波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波，其波长长，振幅大，只能沿地外表传播，是造成建筑物强烈破

2、坏的主要因素，它的传播速度最小.1.地震波中传播速度最快的是外表波.×2.地震波的纵波vP、横波vS和外表波vL的速度关系为vPvSvL.地震观测站是如何确定震中所处的位置的？【提示】地震波中有纵波和横波，两种波的传播速度不同，可以通过地震观测站记录的纵波与横波的时间间隔，确定震中到观测站的间隔 ，再根据地震波的传播方向就可以确定震中的位置.振 动 图 像 和 波 动 图 像1.二者的判断判断某图像是振动图像还是波动图像，最根底的方法是：根据图像横坐标的单位.假设横坐标表示时间，那么此图像是振动图像；假设横坐标表示长度或间隔 ，那么此图像是波动图像.2.二者对应关系的应用由波动图像读

3、出波长，由振动图像读出周期T，那么波速v.1.波的图像与振动图像的横坐标是一样的.×2.从波的图像上可以直接得到波的波长.3.从振动图像上可以直接得到振动周期.1.波的图像在外形上与振动图像相似，如何区分它们？【提示】看横坐标表示的物理量.2.振动图像与波的图像的物理意义有什么不同？【提示】振动图像表示同一质点在不同时刻的位移；波动图像表示介质中的各个质点在同一时刻的位移.1.简谐运动的图像与简谐波的图像比照简谐运动的图像简谐波的图像不同点物理意义表示同一质点在各个时刻的位移表示同一时刻各个质点的位移研究对象一个振动质点所有质点研究内容一质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分

4、布规律图像图像变化随时间延伸随时间推移一个完好图像所占横坐标的间隔 表示一个周期T表示一个波长比喻单人舞的录像抓拍的集体舞照片一样点及联络图像形状正弦曲线可获得的信息质点振动的振幅、位移、速度的方向联络质点的振动是组成波动的根本要素2.对波动图像和振动图像的两点提醒1波动图像与振动图像外形上很相似，区分它们时要看图像的横坐标是时间t还是位移x.2简谐波中的所有质点都做简谐运动，它们的振幅、周期均一样.1.如图2­3­1甲所示为一列简谐波在某时刻的波形图，图乙表示传播该波的介质中某一质点在此后的一段时间内的振动图像，那么图2­3­1A.假设波沿x轴正方向传

5、播，那么图乙为质点a的振动图像B.假设波沿x轴正方向传播，那么图乙为质点b的振动图像C.假设波沿x轴负方向传播，那么图乙为质点c的振动图像D.假设波沿x轴负方向传播，那么图乙为质点d的振动图像E.假设波沿x轴负方向传播，那么质点d的振动形式经过半个周期传到质点b处【解析】由图甲知，此时刻质点a、c处在最大位移处，因此从此时刻起质点a、c的振动图像应是余弦曲线，由此排除了选项A、C选项.假设波向x轴正方向传播，可知质点b此时刻向上振动.同理，假设波向x轴负方向传播，那么质点d此时刻也应向上振动，即从此时刻起的以后一段时间里质点的振动图像与图乙吻合；经过半个周期，振动的形式沿波的传播方向传播半个波

6、长的间隔 ，故B、D、E均正确.【答案】BDE2.如图2­3­2所示，甲为某一波动在t1.0 s时刻的图像，乙为参与波动的某一点的振动图像.1两图中AA、OC各表示什么物理量？量值各是多少？2说明两图中OAB段图线的意义.图2­3­2【解析】1图甲中，AA是质点A的振幅和它在t1.0 s时相对平衡位置的位移，量值为0.2 m，方向与正方向相反；OC表示波长，量值为4 m.图乙中，AA为某一质点振动的振幅，也是该质点在t0.25 s时相对平衡位置的位移，量值是0.2 m，方向与正方向相反；OC表示该质点的振动周期，量值为1.0 s.2由波形图意义知，图甲中

7、OAB段图线表示O和B之间各质点在t1.0 s时相对平衡位置的位移.图乙中，由振动图像的意义知，OAB段图线表示某一质点在t0至t0.5 s内振动位移随时间的变化情况，在00.25 s内该质点正偏离平衡位置运动，在0.250.5 s内该质点正向着平衡位置运动.【答案】见解析3.一列简谐横波，沿x轴正方向传播，位于原点的质点的振动图像如图2­3­3甲所示.该波振动的振幅是_cm；振动的周期是_s；在t等于周期时，位于原点的质点分开平衡位置的位移是_cm.图乙为该波在某一时刻的波形图，A点位于x0.5 m处.该波的传播速度为_m/s；经过周期后，A点分开平衡位置的位移是_cm.

8、1 s内A点通过的路程为_cm.甲 乙图2­3­3【解析】由振动图像可以看出该振动的振幅为8 cm，振动周期为0.2 s；在t等于周期时，原点的质点刚好回到平衡位置，因此位移为零.由图乙可以看出，该波的波长为2 m，那么波速v m/s10 m/s.经过周期后，A点刚好到达负的最大位移处，因此位移为8 cm.1 s内A点经过的路程s×4×8 cm160 cm.【答案】80.20108160简谐横波中质点振动问题的解题技巧波动中有一类问题：当波传到我们研究的大量质点时，只引起部分质点振动，另外一些质点还没有起振，在处理此类问题时，应把握以下两点技巧：1.所有

9、质点的起振方向一样，且可通过某时刻刚起振质点的振动方向判断波源的起振方向.2.在判断远处未振动某质点将来某时刻的振动状态时，可通过空间周期性的波形平移或时间周期性来求解.波 的 多 解 问 题1.造成波动问题多解的主要因素1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：波传播间隔 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.2.波动问题的几种可能性1质点到达最大位移处，那么有正向和负向最大位移两种可能.2质点由平衡位置开场振动，那么有起振方向向上、向下或向左、向右的两种可能.3只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿x轴正

10、方向和x轴负方向两个方向传播的可能.4只给出两时刻的波形，那么有屡次重复出现的可能等.3.解决波的多解问题的方法解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找到一个周期内满足条件的特例，在此根底上，如知时间关系，那么加nT；如知空间关系，那么加n.4.在波的传播方向上有A、B两点，相距1.8 m，它们的振动图像如图2­3­4所示，波的传播速度的大小可能是图2­3­4A.18 m/sB.12 m/sC.6 m/sD.3.6 m/sE.2.5 m/s【解析】由振动图像可看出：T0.2 sA、B间隔间隔 为半波长的奇数倍，x2n11.8 mn0,1,2，

11、所以 mn0,1,2，由v得v m/sn0,1,2，将n0,1,2，代入得A、C、D选项正确，B、E错误.【答案】ACD5.机械横波某时刻的波形图如图2­3­5所示，波沿x轴正方向传播，质点P的坐标x0.32 m.从此时刻开场计时.图2­3­51假设每间隔最小时间0.4 s重复出现波形图，求波速.2假设P点经0.4 s第一次到达正向最大位移，求波速.3假设P点经0.4 s到达平衡位置，求波速.【解析】1依题意，周期T0.4 s，波速v m/s2 m/s.2波沿x轴正方向传播，x0.32 m0.2 m0.12 m.P点恰好第一次到达正向最大位移.波速v m

12、/s0.3 m/s.3波沿x轴正方向传播，假设P点恰好第一次到达平衡位置，那么x0.32 m，由周期性可知波传播的可能间隔 x0.32n mn0,1,2,3，.可能波速v m/s0.8n m/sn0,1,2,3，【答案】12 m/s20.3 m/s30.8n m/sn0,1,2，6.一列简谐横波如图2­3­6所示，t1时刻的波形如图中实线所示，t2时刻的波形如图中虚线所示，tt2t10.5 s，问：图2­3­61这列波的传播速度是多少？2假设波向左传播，且3Tt4T，波速是多大？3假设波速等于68 m/s，那么波向哪个方向传播？【解析】1有两组系列解：假设波向右传播时：sn，故有v右 m/s16n4 m/sn0、1、2、3，；假设波向左传播时：sn，故有v左 m/s16n12 m/sn0,1,2,3，.2因波向左传播，且3Tt4T，那么必有3s4，故n3，v左16n1260 m/s.3假设波速v68 m/s，那么sv t68×0.5 m34 m4，故波向右传播.【答案】1向右传播速度为16n4 m/sn0,1,2，3，向左传播速度为16n12 m/sn0,1,2,3， 260 m/s3向右传播由波的双向性及周期性带来的多解问题的分析方法1.首先考虑双向性，假设题目未告知波的传播方向或没有其他条件暗示，