高中物理机械波课件

第3节机械波1.机械波(1)机械波的形成条件①有发生机械振动的波源.②有传播介质，如空气、水等.(2)传播特点①机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移.②波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同.③介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同．

一、机械波与波的图像2.波的图像(1)坐标轴：横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移.(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开平衡位置的位移.(3)图像(如图)3.波长、波速、频率及其关系(1)波长λ：在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离(2)波速v：波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定(3)频率f：由波源决定，等于波源的振动频率(4)波长、波速和频率(周期)的关系：

4.波的周期性(1)质点振动nT(n＝1,2,3，…)时，波形不变.

5.波的传播方向与质点振动方向的互判“上下坡”法沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动“同侧”法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断质点振动方向例1：某同学漂浮在海面上，水面波正平稳地以1.8m/s的速率向着海滩传播．该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s．下列说法正确的是()A．该同学将会被水波推向岸边B．该水面波的频率为6HzC．该水面波的波长为5mD．该水面波的波长为3m例2：如图2所示为一列简谐横波在t＝0时刻的图像．此时质点P的运动方向沿y轴负方向，则质点Q的运动方向为________(选填“y轴负方向”或“y轴正方向”)．当t＝0.5s时质点P恰好第2次到达y轴负方向最大位移处，则该简谐横波的波速v的大小为________m/s.（即时训练）1.如图3，两种不同材料的弹性细绳在O处连接，t＝0时刻开始从平衡位置向上抖动O点，形成以O点为波源向左和向右传播的简谐横波①和②，5s时O点第二次到达波峰，此时绳上距离O点5m处的质点A第一次到达波峰，已知波②的传播速度为1.5m/s，OB间距离为9m，下列说法正确的是()A．B点的振动周期为5sB．波①的传播速度为1m/sC．波②的波长为9mD．B点起振时，A点处于平衡位置

（即时训练）5．渔船上的声呐利用超声波来探测远方鱼群的方位．某渔船发出的一列超声波在t＝0时的波动图像如图7甲所示，图乙为质点P的振动图像，则()A．该波的波速为1.5m/sB．该波沿x轴负方向传播C．0～1s时间内，质点P沿x轴运动了1.5mD．0～1s时间内，质点P运动的路程为2m三、波传播的周期性与多解性问题造成波动问题多解的主要因素(1)周期性①时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确．②空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确．(2)双向性①传播方向双向性：波的传播方向不确定．②振动方向双向性：质点振动方向不确定．例4：如图所示，实线和虚线分别是沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0和t1＝0.06s时刻的波形图．已知在t＝0时刻，x＝1.5m处的质点向y轴负方向运动．该波沿________方向传播；最小波速为________．（即时训练）6．(多解问题)在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距4m的A、B两点，如图9甲、乙分别是A、B两质点的振动图像．已知该波波长大于2m，求这列波可能的波速．四、波的反射和折射和衍射1、波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫波的反射。在波的反射中，反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。对着高墙或山崖喊话时，我们听到回声，夏日里雷鸣不绝，在空房子里说话，会听到声音更响等。这都是声波的反射。水波遇到障碍物时也会发生反射现象。2、波的折射:波从一种介质进入另一种介质时，传播方向会发生改变，这种现象叫波的折射。在波的折射现象中，波的频率不改变，但波速、波长都发生了变化。3.波的衍射⑴现象：波绕过障碍物继续传播的现象.⑵产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多.例5.一列声波在空气的波长为2.5m，传播速度为340m/s，这列声波传入另一个介质时，波长变为8m，则这列波在这种介质中的传播速度为多少？例6．如图所示，S为波源，M、N是两块挡板，其中M板固定，N板可左右移动，两板中间有一狭缝，此时观察不到A点振动，以下说法错误的是（）A．减小波源的频率可让A点振动B．增大波源的频率可让A点振动C．将N板向左移可让A点振动D．A处波的波长与S处波长相等五、波的干涉1.波的叠加原理（1）两列波相遇能保持各自的状态不变，而且互不干扰。（2）在两列波重叠的区域里，任何一个质点的总位移，都等于两列波分别引起的位移的矢量和。2.波的干涉（1）条件：两列波的频率相同，振动方向相同，步调一致。——相干波源（2）现象：两列波在空间叠加时，将出现某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，且两种区域相互间隔的稳定现象。（3）注意：①振动加强的点和振动减弱的点都在振动，加强点的振幅是两列波分别引起振动的振幅之和，减弱点的振动是两列波分别引起振动的振幅之差。②介质中某点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两个波源的路程差。

在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接形成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间．3．波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法(1)公式法：某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差Δx.①当两波源振动步调一致时．若Δx＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动加强；

②当两波源振动步调相反时．

若Δx＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动减弱．(2)图像法：例8．两列横波在同种介质中相遇时某一时刻的情况如图所示，发生干涉现象，实线表示波峰，虚线表示波谷，则（）A.N点一定总是处于静止状态B.M点的位移一定比N点位移大C.四分之一个周期后M点的瞬时速度为0D.两列横波的波长一定相等例9：(2017·全国卷Ⅰ·34(1))如图10(a)，在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，－2)．两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示．两列波的波速均为1.00m/s.两列波从波源传播到点A(8，－2)的路程差为________m，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)，点C(0,0.5)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)．例10.如图所示，均匀介质中两波源S1、S2分别位于x轴上x1=0、x2=14m处。两波源同时同向起振，波源S1的振动方程为y=2sin5πtcm，波源S2的振动方程为y=5sin5πtcm。质点P位于x轴上xP=4m处，已知质点P在t1=0．4s时开始振动。求：(1)这两列波在均匀介质中的波长；(2)t=0至t=1.5s内质点Р通过的路程。六、多普勒效应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．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．例7．(多普勒效应)关于多普勒效应，下列说法正确的是()A．若声源向观察者靠近，则观察者接收到的频率小于声源发出声波的频率B．发生多普勒效应的原因是波源的频率发生了改变C．多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动(距离发生变化)而产生的D．只有声波才有多普勒效应5．一列沿x轴正方向传播的简谐横波，在t＝0时刻波刚好传播到x＝6m处的质点A，如图5所示．已知波的传播速度为48m/s，下列说法中正确的是()A．波源的起振方向是向上B．从t＝0时刻起再经过0.5s时间质点B第一次出现波峰C．在t＝0时刻起到质点B第一次出现波峰的时间内，质点A经过的路程是12cmD．从t＝0时刻起再经过0.35s时间质点B开始起振8．当人听到声音频率越来越低时，以下说法不正确的是（）A．声源和人都是静止的，但是声源振动频率越来越低B．人静止，声源远离人做匀速直线运动，且声源的频率不变C．人静止，声源远离人做匀加速直线运动，且声源的频率不变D．声源静止，人远离声源做匀加速直线运动，且声源的频率不变

10.水袖是中国古典舞中用于情感表达和抒发的常用技巧，舞者的手有规律的振动传导至袖子上，给人营造出一种“行云流水”的美感，这一过程其实就是机械波的传播．现有一列简谐波某时刻的波形如图8中实线所示．经过0.5s后的波形如图中的虚线所示．已知波的周期为T，且0.25s<T<0.5s，则()A．当波向－x方向传播时，波速等于10m/sB．不论波向x轴哪一方向传播，在这0.5s内x＝1m处的质点M通过的路程都相等C．当波沿＋x方向传播时，x＝1m处的质点M和x＝2.5m处的质点N在这0.5s内通过的路程不相等D．当波沿－x方向传播，经过0.1s时，质点M离开平衡位置的位移一定为零14．(2018·江苏卷·12B(3))一列简谐横波沿x轴正方向传播，在x＝0和x＝0.6m处的两个质点A、B的振动图像如图9所示．已知该波的波长大于0.6m，求其波速和波长．15．(2020·江苏南京、盐城市二模)沿x轴正方向传播的简谐横波在t1＝0时刻的波形图如图10所示，此时，波传播到x2＝2m处的质点B，而平衡位置为x＝0.5m处的质点A正好位于波谷位置，再经0.2s，质点A恰好第一次到达波峰．求：(1)该波的波速；(2)在t2＝0.9s时刻，平衡位置为x＝5m处的质点C的位移．4.如图所示为两列相干波某时刻的波峰和波谷位置，实线表示波峰，虚线表示波谷，相邻实线与虚线间的距离为0.2m，波速为1m/s，在图示范围内可以认为这两列波的振幅均为1cm，C点是B、D两点连线的中点，则()A．图示时刻A、B两点的高度差为2cmB．图示时刻C点正处在平衡位置且向下运动C．F点到两波源的路程差为零D．经0.1s，A点的位移为零（即时训练）9．(波的干涉)(2019·全国卷Ⅲ·34(1)改编)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上．振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源．两波源发出的波在水面上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样．关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是()A．不同质点的振幅都相同 B．不同质点振动的频率都相同C．不同质点振动的相位都相同 D．同一质点的位移保持不变8．一列简谐横波沿x轴传播，图7甲是t＝1s时的波形图，图乙是x＝3m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＝1.5s时，a、b两点的速度和加速度均等大反向D．从t＝1s到t＝1.5s，质点a经过的路程为10cm11．一个波源在绳的左端发出半个波a，频率为f1，振幅为A1；另一个波源在绳的右端发出半个波b，频率为f2,振幅为A2，如图所示，两列波在绳上同时形成半个波形后，分别向两边传播，P为两波前锋间的中点，则下列说法中错误的是（）A．两列波相遇时，P点的振幅可达A1+A