浙江2020版高考物理一轮复习第25讲机械波课件.pptx

1、第25讲机械波,机械波,教材研读,突破一 波的图像与波速公式,突破二 振动图像与波的图像的综合应用,突破三 波的传播的多解问题,重难突破,突破四 干涉、衍射、多普勒效应惠更斯原理,机械波,教材研读,1.形成与传播 (1)形成条件:a.有波源;b.有介质。 (2)传播特点:a.传播振动形式、能量和信息;b.质点不随波迁移;c.介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同。,2.分类 (1)横波 (2)纵波,3.图像 (1)坐标:横坐标表示沿波传播方向上各个质点的平衡位置,纵坐标表示该时刻各个质点离开平衡位置的位移。 (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。,4.关

2、系式:v=f 5.特有现象 (1)干涉; (2)衍射; (3)多普勒效应。,1.判断下列说法的正误: (1)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。() (2)通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移。() (3)机械波在传播过程中,各质点振动的周期、起振方向都相同。 () (4)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。(),(5)两列波在介质中叠加,一定产生干涉现象。() (6)一切波都能发生衍射现象。() (7)多普勒效应说明波源的频率发生变化。() (8)发生多普勒效应时,波源发出的频率不变。(),2.关于振动和波,下列说法正确的是(A) A.没有机械振动,就一定没有机械波 B.一个

3、物体在做机械振动,就一定会产生机械波 C.振源的振动速度跟波速一定相同 D.由某振源产生的波,它的频率跟振源的频率不一定相同,3.如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形图,此时刻质点F的振动方向如图所示,则(C) A.该波向上传播B.该波向下传播 C.该波向左传播D.该波向右传播,4.如图所示是一列沿x轴方向传播的简谐横波在某时刻的波形图,波速为20 m/s。则(D) A.波长为2 m,周期为0.1 sB.波长为4 m,周期为5 s C.波长为2 m,周期为10 sD.波长为4 m,周期为0.2 s,5.下列现象中属于波的衍射的是(D) A.敲响一音叉,另一个完全相同的音叉也响了起来 B.挂在同

4、一水平绳上的几个单摆,当一个振动后,另几个也跟着一起振动起来 C.打雷时听见空中的雷声会轰鸣一段时间 D.水波向前传播时,遇到突出水面的小树枝仍不受影响地继续向前传播,突破一波的图像与波速公式,重难突破,1.波的图像反映了在某时刻介质中的各质点 离开平衡位置的位移情况,图像的横轴表示 各质点的平衡位置,纵轴表示该时刻各质点的 位移,如图所示。,典例1(多选)一列沿x轴正方向传播的简谐横波,在t=0时刻的波形如图所示。已知波的传播速度为1 m/s,下列说法正确的是(AC) A.此时P质点正向y轴正方向运动 B.经过0.1 s,P、Q两质点的位移可能相同 C.经过0.2 s,Q质点运动的路程为30

5、 cm D.经过0.4 s,P质点向x轴正方向移动了40 cm,解析由波的传播方向与质点振动方向的关系知:质点P正向y轴正方向振动,A正确;由波形图知=40 cm,又因v=,所以T=0.4 s,又因振幅A =15 cm,所以C正确,B错误;质点不会随波迁移,D错误。,规律总结 波的图像特点: (1)质点振动nT(波传播n)时,波形不变。 (2)在波的传播方向上,当两质点平衡位置的距离为n(n=1,2,3,)时,它们的振动步调总相同;当两质点平衡位置间的距离为(2n+1)(n=0,1,2,3,)时,它们的振动步调总相反。 (3)波源的起振方向决定了它后面的质点的起振方向,各质点的起振方向与波源的

6、起振方向相同。,1-1(多选)如图所示,沿x轴正方向传播的一列横波在某时刻的波形图为一正弦曲线,其波速为200 m/s,则下列说法正确的是(AC) A.图中质点b的加速度在增大 B.从图示时刻开始,经0.01 s质点a通过 的路程为40 cm,此时相对平衡位置的位移为零 C.从图示时刻开始,经0.01 s质点b位于平衡位置上方,并向上做减速运动 D.若产生明显的衍射现象,该波所遇到障碍物的尺寸一般不小于200 m,解析从图示时刻开始,经0.01 s质点a通过的路程为40 cm,此时相对平衡位置的位移为-20 cm,所以B项错误;若产生明显的衍射现象,该波所遇到障碍物的尺寸一般不大于4 m,故D

7、项错误。,1-2(多选)如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波,实线为t=0时刻的波形图,虚线为t=0.6 s时的波形图,已知该波的周期T0.5 s,则下列说法正确的是(ACD) A.该波的传播速度为5 m/s B.t=0.1 s时,质点P沿y轴正方向运动 C.t=1.0 s时,质点P的加速度沿y轴正方向 D.在t=0到t=1.4 s时间内,质点P通过的路程为1.4 m,解析由图可知波长为=4 m,简谐横波沿x轴负方向传播,波的周期T0.5 s,则知t=0.6 s=T,解得T=0.8 s,则波速v= m/s=5 m/s,故A正确;t =0.1 s=T,波传播的距离为=0.5 m,根据波形的平

8、移法得知质点P沿y 轴负方向运动,故B错误;t=1 s=T,波传播的距离为=10 m,根据波形的 平移法得知质点P沿y轴正方向运动,所以加速度也沿y轴正方向,故C正确;t=1.4 s=T,质点P通过的路程为s=4A=1.4 m,故D正确。,突破二振动图像与波的图像的综合应用,1.振动图像表示某质点的位移随时间变化的规律,波的图像表示波中各质点在某时刻的位移。 2.区分振动图像和波的图像,关键是看横轴表示的是位移x还是时间t,如果是时间t则为振动图像,如果是位移x则为波的图像。,3.振动图像与波的图像的比较,典例2一列简谐横波沿x轴正方向传播,图甲是t=3 s时的波形图,图乙是波中某质点P的振动

9、图像,下列判断中正确的是(C) A.质点P在t=3 s时沿y轴负方向振动B.质点P在t=3 s时的速度为零 C.质点P的平衡位置坐标可能是x=4 cmD.该简谐波的波速为1 m/s,解析由图乙知,t=3 s时图像切线的斜率为正值,说明质点P此时正沿y轴正方向振动,故A错误;由图乙知,t=3 s时质点P的位移为0,正通过平衡位置,速度最大,故B错误;由图甲知,简谐横波沿x轴正方向传播,x=4 cm处的质点正通过平衡位置向上运动,与质点P在t=3 s时的状态相同,所以质点P的平衡位置坐标可能是x=4 cm,故C正确;由甲读出波长=4 cm,由图乙读出周期T=4 s,则该波的波速v=1 cm/s,故

10、D错误。故选C。,规律总结 “一分、一看、二找”巧解波的图像与振动图像综合类问题 1.分清振动图像与波的图像。只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波的图像,横坐标为t则为振动图像。 2.看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。 3.找准波的图像对应的时刻。 4.找准振动图像对应的质点。,2-1(多选)一列简谐横波,在t=0.6 s时刻的图像如图甲所示,波上A质点的振动图像如图乙所示,则以下说法正确的是(ABD) A.这列波沿x轴正方向传播 B.这列波的波速是 m/s C.从t=0.6 s开始,质点P比质点Q晚0.4 s回到 平衡位置 D.从t=0.6 s开始,紧接着的t=0.6 s时间内

11、, A质点通过的路程是4 m,解析由题图乙可知,t=0.6 s时A质点沿y轴负方向振动,因此可判断这列波是沿x轴正方向传播的,选项A正确;由题图甲可知,该波的波长为20 m,由题图乙可知,该波的周期为1.2 s,可得该波的波速为 m/s,选项B正 确;由波上各质点振动情况可知,P点沿y轴正方向振动,应该先回到平衡位置,选项C错误;0.6 s的时间为半个周期,因此质点A通过的路程为4 m,选项D正确。,突破三波的传播的多解问题 造成波动问题多解的主要因素有 (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

12、传播方向不确定。,振动方向双向性:质点振动方向不确定。 (3)波形的隐含性形成多解 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。,典例3(多选)一列简谐横波沿x轴的正方向传播,振幅为2 cm,周期为T。已知t=0时刻波上相距50 cm的两质点a、b的位移都是1 cm,但运动方向相反,其中质点a沿y轴负方向运动,如图所示,下列说法正确的是(ACD),A.该列简谐横波波长可能为150 cm B.该列简谐横波波长可能为12 cm C.当质点b的位移为+2 cm时,质点a的位移为负 D.在t=时刻质点b速度最大,解

13、析根据质点的振动方程:x=A sin t,设质点的起振方向向上,且a、b中间的距离小于1个波长,则b点:1=2 sin t1,所以t1=,a点振动的时间 比b点长,所以由1=2 sin t2,得t2=,a、b两个质点振动的时间差t=t2-t 1=-=,所以a、b之间的距离x=vt=v=。则通式为 =50 cm,n=0,1,2,3,;则波长可以为=cm(n=0,1,2,3,);当n=0时, =150 cm,由于n是整数,所以不可能为12 cm,故A正确,B错误。当质点b的位移为+2 cm时,即b到达波峰时,结合波形图知,质点a在平衡位置下,方,位移为负,故C正确。由t1=得t1=,当t=-t1=

14、时质点b到达 平衡位置处,速度最大,故D正确。,规律总结 解答波的多解问题的方法步骤 (1)假设波向x轴正方向或负方向传播。 (2)由题目提供的波形变化等条件列出传播距离或传播时间与波长、周期等相关的通式。 (3)根据v=或v=f,v=求出速度或其他未知量的关系通式。 (4)分析题目中有没有其他限制条件,看通过关系通式得到的多解能否变为有限个解或唯一解。,3-1一列简谐横波在x轴上传播,在t1=0和t2=0.05 s时,其波形分别用如图所示的实线和虚线表示,求: (1)这列波可能具有的波速。 (2)当波速为280 m/s时,波的传播方向如何?以此波速传播时,x=8 m处的 质点P从t1=0时刻

15、所处位置运动至波谷所需的最短时间是多少?,突破四干涉、衍射、多普勒效应惠更斯原理,1.波的干涉和衍射,2.多普勒效应 (1)定义:当波源与观察者互相靠近或者互相远离时,观察者接收到的波的频率会发生变化。 (2)规律 波源与观察者如果互相靠近,观察者接收到的频率增大; 波源与观察者如果互相远离,观察者接收到的频率减小; 波源和观察者如果相对静止,观察者接收到的频率等于波源的频率。 (3)实质:波源频率不变,观察者接收到的频率变化。,典例4 (2017浙江11月选考,16,2分)(多选)有两列频率相同、振动方向相同、振幅均为A、传播方向互相垂直的平面 波相遇发生干涉。如图所示,图中实线表示 波峰,

16、虚线表示波谷,a为波谷与波谷相遇点, b、c为波峰与波谷相遇点,d为波峰与波峰相 遇点,e、g是a、d连线上的两点,其中e为连线的中点,则( ),A.a、d处的质点振动加强,b、c处的质点振动减弱 B.从图示时刻经过半个周期,e处的质点通过的路程为4A C.从图示时刻经过半个周期,g处的质点加速向平衡位置运动 D.从图示时刻经过四分之一周期,d处的质点振幅恰好为零,答案 ABCD 解析由题意可知两列波满足发生干涉的条件,a、d两点波谷与波谷叠加或波峰与波峰叠加,属于振动加强点,而b、c两点为波峰与波谷叠加,属于振动减弱点,选项A正确;此刻传播的机械波,e点在平衡位置,经过半个周期后,e点通过的

17、路程为全振动路程的一半,e点为振动加强点,振幅为2A,所以选项B正确;此刻传播的机械波,g点处在平衡位置与波峰之间且向平衡位置运动,经过半个周期,g点加速向平衡位置运动,所以C正确;质点振动的振幅为偏离平衡位置的最大距离,是一定值,不会发生变化,所以d点的振幅为2A,选项D错误。,典例51842年,奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时,发现波源与观察者互相靠近或者互相远离时,接收到的波的频率都会发生变化,并且做出了解释,人们把这种现象叫做多普勒效应。多普勒效应在科学技术中有广泛的应用,装有多普勒测速仪的监视器可以安装在公路上方,向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率,根

18、据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。在测速的同时把车牌拍摄下来,并把测得的速度自动打印在照片上。下列说法正确的是 ( ),A.当车辆驶向监视器时,监视器发射的超声波频率变大 B.当车辆驶向监视器时,监视器接收到的超声波频率比发射出的小 C.车速越快,监视器接收到的超声波频率比发射出的大得越多 D.超声波能发生多普勒效应,光波也能发生多普勒效应,答案 D 解析多普勒效应是波源和观察者有相对运动时观察者接收到的波的频率与波源发出的频率不相同的现象,但波源实际发出的频率并没有变化,A错误;当波源和观察者靠近时,接收到的频率增大,当波源和观察者远离时,接收到的频率减小,所以当车辆驶向监视器时,监视器接收到的超声波频率比发射出时的大,B错误;车速越大,如果车辆靠近监视器的话,监视器接收到的超声波频率比发射出时大得越多,远离监视器的话反而比发射出的小,C错误;超声波、电磁波都可发生多普勒效应,光波属于