世纪金榜·2016高考物理一轮配套课件：选修3-4-1.2-机械波

1、第2讲 机械波,【知识梳理】 知识点1 机械波、横波和纵波 1.机械波的形成和传播： (1)产生条件。 有_。 有_,如空气、水、绳子等。,波源,介质,(2)传播特点。 传播_、能量和信息。 质点不_。 介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与_相同。,振动形式,随波迁移,波源,2.机械波的分类：,垂直,波峰,波谷,在同一条直线上,密部,疏部,知识点2 横波的图像 1.坐标轴：横轴表示各质点的_,纵轴表示该时刻各质点的 _。如图。,平衡位置,位移,2.物理意义：表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开_ 的位移。 3.图像应用： (1)直接读取_和_,以及该时刻各质点的位移。 (2)确定某时刻

2、各质点加速度和速度的_,并能比较大小。 (3)结合波的传播方向可确定各质点的_或由各质点的振动 方向确定波的_。,平衡位置,振幅A,波长,方向,振动方向,传播方向,知识点3 波速、波长和频率(周期)的关系 1.波长：在波动中,振动相位总是_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,机械波的波速仅由_本身的性 质决定。波速的计算方法为 或 3.频率f：由波源决定,等于_的振动频率。 4.波长、波速和频率(周期)的关系： (1)v=_。 (2)v= 。,相同,介质,波源,f,知识点4 波的干涉和衍射现象、多普勒效应 1.波的干涉和衍射：,相同,尺寸,干涉图样,绕过障碍物,2.多普

3、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_会发生变化。 (2)规律。 波源与观察者如果相互靠近,观察者接收到的_; 波源与观察者如果相互远离,观察者接收到的_; 波源和观察者如果相对静止,观察者接收到的频率_波源的 频率。 (3)实质：声源频率_,观察者接收到的频率_。,波的频率,频率增大,频率减小,等于,不变,变化,【思维诊断】 (1)在机械波的传播中,各质点随波的传播而迁移。() (2)机械波在传播过程中,各个质点振动的周期、振幅都相等。() (3)机械波在一个周期内传播的距离等于一个波长。() (4)两列波在介质中叠加,一定产生干涉现象。() (5)一

4、切波都能发生衍射现象。() (6)多普勒效应说明波源的频率发生变化。(),提示：(1)。在机械波中各质点在平衡位置附近振动,并不随波的传播而发生迁移。 (2)。机械波在传播过程中,各质点都重复波源的振动,它们的振幅、周期都相等。 (3)。机械波在一个周期内向远处传播的距离就是一个完整的波形,其距离为一个波长。,(4)。频率相同是干涉的必要条件。 (5)。衍射是一切波的特有现象,且不需条件。 (6)。多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动,观察者感到频率发生改变的现象。,【小题快练】 1.“隔墙有耳”现象是指隔着墙,也能听到墙另一侧传来的声音,因为声波() A.发生了干涉,听者处于振动加强处

5、 B.发生了干涉,听者处于振动减弱处 C.波长较短,无法发生明显衍射 D.波长较长,发生了明显衍射,【解析】选D。“隔墙有耳”现象是指隔着墙,也能听到墙另一侧传来的声音,因为声波波长较长,发生了明显衍射,选项D正确。,2.介质中有一列简谐机械波传播,对于其中某个振动质点() 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,【解析】选D。简谐机械波在介质中的各质点都做简谐运动,由振动和波的关系可知：质点的振动速度是质点运动的速度,而波的传播速度是指“振动”这种形式的传播速度,A错误;横波的振动

6、方向垂直于波的传播方向,而纵波的振动方向与波的传播方向在一条直线上,B错误;简谐机械波在介质中的各质点一个周期内走过的路程等于四倍振幅,而波一个周期传播的距离等于一个波长,C错误;简谐机械波在介质中的各质点做简谐运动的频率都相等,都等于波源的振动频率,所以D正确。,3.如图所示,向左匀速运动的小车发出频率为f的声波,车左侧A处的静止的人感受到的声波的频率为f1,车右侧B处的静止的人感受到的声波的频率为f2,则() A.f1f C.f1f,f2f D.f1f,f2f,【解析】选D。本题考查的是对多普勒效应的认识,波源朝向观察者运动时,观测频率大于波源的频率,波源远离观察者运动时,观测频率小于波源

7、的频率,D正确。,4.位于原点的波源在t=0开始沿y轴做简谐运动,它激起横波沿x轴传播,当t=0.15s时,波的图像如图所示,此时波恰好传到P点,则() A.该波源的频率是0.2Hz B.波长是0.4m C.P点将向下运动 D.P点将向右运动,【解析】选B。根据波形图可判断 =0.3m,即=0.4m,选项B对。 对应的传播时间t=0.15s= T,周期T=0.2s,频率f= =5Hz,选项A 错。根据传播方向和振动方向在波形图同一侧,质点P沿y轴正方向 振动,选项C、D错。,5.如图所示为振源的振动图像,该振动在介质中传播的波长为4m,则这列波的频率和波速分别是() A.20 Hz,40 m/

8、sB.10 Hz,40 m/s C.20 Hz,80 m/sD.10 Hz,20 m/s,【解析】选B。由振源的振动图像知振源振动的周期(即波的 周期)T=0.1s,故波的频率f= =10Hz,由v=f知波速v=4 10m/s=40m/s。B对。,考点1 机械波的传播与图像 1.波的传播方向和质点振动方向判断： (1)若已知某时刻A点振动方向向上,则波向x轴负方向传播。 (2)若已知波向x轴正方向传播,则该时刻B点向上振动。,2.由t时刻的波形确定t+t时刻的波形： (1)波向右传播t= T的时间和向左传播t= T的时间波形相同。 (2)若tT,可以采取“舍整取零头”的办法。,3.波速公式：振

9、源经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传播 一个波长的距离,所以有v= =f。,4.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,当两质点平衡位置间的距离为n时(n=1,2,3), 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)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向,各质点的 起振方向与波源的起振方向相同。,【典例1】(多选)(2014山东高考)一列简谐横波沿直线传播。以波源O由平衡位置开始振动为计时零点,质点A的振动图像如图所示,已知O、A的平衡位置相距0.9m。以下

10、判断正确的是() A.波长为1.2 m B.波源起振方向沿y轴正方向 C.波速大小为0.4 m/s D.质点A的动能在t=4s时最大,【解题探究】 (1)从题中的y-t图像能直接读出哪些信息? 提示：振幅、周期、A的起振时间。 (2)计算波速有哪两个公式? 提示：,【解析】选A、B。由A的振动图像可知,A经过3s开始振动,O、A间 距0.9m,波速v= m/s=0.3 m/s;振动的周期T=4s,所以波长 =vT=0.34m=1.2 m;介质中质点的起振方向和波源的起振方向 相同,由A质点的起振方向可以判断波源的起振方向沿y轴的正方 向;t=4s时,A距离平衡位置最远,速度最小,动能最小,正确

11、选项为A、B。,【总结提升】判断波的传播方向与质点的振动方向的三种常见方法 (1)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,如图甲所示。,(2)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,如图乙所示。 (3)微平移法：将波形图沿传播方向平移x(x ),再由x轴上 某一位置的两波形曲线上的点来判定,如图丙所示。,【变式训练】(2013北京高考)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4cm B.这列波的周期为1s C.此时x=4m处质点沿y轴负方向运动 D.此时x=4m处质点的加速度

12、为0,【解析】选D。由图像可知波的振幅为2cm,波长为8 m,故A错误;根据 v= 可得该波的周期为2s,故B错误;根据波的形状和波的传播方向 的关系或“同侧法”可知x=4m处的质点沿y轴正方向运动,C错误;由于 x=4m处的质点的位移为零,说明回复力为零,即加速度为零,D正确。,【加固训练】一列简谐波沿x轴正方向传播,在t=0 时波形如图所示,已知波速为10m/s。则t=0.1s时正 确的波形应是图中的(),【解析】选C。由t=0时刻的波形图可知该列波的波长为4.0m,所以波 的传播周期为 =0.4s,所以 由于波沿x轴正方向传 播,所以从t=0时刻的波形沿x轴正方向移动四分之一个波长,故C

13、正确。,考点2 振动图像与波动图像的综合应用 振动图像与波动图像的比较：,【典例2】(多选)(2014新课标全国卷)图甲为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图,P是平衡位置在x=1.0m处的质点,Q是平衡位置在x=4.0m处的质点;图乙为质点Q的振动图像。下列说法正确的是(),A.在t=0.10s时,质点Q向y轴正方向运动 B.在t=0.25s时,质点P的加速度方向与y轴正方向相同 C.从t=0.10s到t=0.25s,该波沿x轴负方向传播了6m D.从t=0.10s到t=0.25s,质点P通过的路程为30cm E.质点Q简谐运动的表达式为y=0.10sin10t(国际单位制),【解题探究

14、】 (1)如何分析波传播的距离? 提示：先由图像读出波长、周期,从而求出波速,再由x=vt求出波传播的距离。 (2)质点P若振动 T,通过的路程一定是3A吗?为什么? 提示：不一定。当从平衡位置或位移最大处计时,才是3A。,【解析】选B、C、E。由Q点的振动图像可知,t=0.10s时质点Q向y轴负 方向振动,选项A错误;由波动图像可知,波向左传播,t=0.10s时质点P 向上振动,再经过0.15s时,即t=0.25s时,质点P振动到x轴的下方,加速 度沿y轴向上,选项B正确;波速v= m/s=40 m/s,所以从t=0.10s 到t=0.25s时间内,该波沿x轴负方向传播的距离x=vt=400

15、.15m=6m, 选项C正确;由于在t=0.10s时,质点P既不在波峰、波谷,也不在平衡位 置,因此在 T的时间内通过的路程不等于3A=30cm,选项D错误;质点Q 的简谐运动的表达式为y=0.10sin10t(国际单位制),选项E正确。,【易错提醒】(1)图甲是t=0.1s时刻的波形图,要注意哪一时刻。 (2)图乙是质点Q的振动图像,不是质点P的振动图像。 (3)质点振动时,经过一个周期通过的路程一定是4A,经过半个周期也 一定是2A,但经过 T、 T时,通过的路程就不一定是A、3A。,【总结提升】“一分、一看、二找”巧解波动图像与振动图像综合类问题 (1)分清振动图像与波动图像。只要看清横

16、坐标即可,横坐标为x则为波动图像,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)找准波动图像对应的时刻。 (4)找准振动图像对应的质点。,【变式训练】(2014北京高考)一简谐机械横波沿x轴正方向传播,波 长为,周期为T。t=0时刻的波形如图甲所示,a、b是波上的两个质 点。图乙是波上某一质点的振动图像。下列说法中正确的是(),A.t=0时质点a的速度比质点b的大 B.t=0时质点a的加速度比质点b的小 C.图乙可以表示质点a的振动 D.图乙可以表示质点b的振动,【解析】选D。质点在平衡位置处的振动速度是最大的,所以在零时刻a的速度小于b的速度,A错误

17、;而质点偏离平衡位置越远加速度越大,a的加速度大于b的加速度,B错误;根据波的图像“同侧法”可以判断在零时刻,b在平衡位置且向下振动,D正确,C错误。,【加固训练】(多选)如图甲所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图,P是离原点x1=2m的一个介质质点,Q是离原点x2=4m的一个介质质点,此时离原点x3=6m的介质质点刚刚要开始振动。图乙是该简谐波传播方向上的某一质点的振动图像(计时起点相同)。由此可知(),A.这列波的波长=4m B.这列波的周期T=3s C.这列波的传播速度v=2m/s D.这列波的波源起振方向为向上 E.乙图可能是图甲中质点Q的振动图像,【解析】选A、C

18、、E。由图像可知波长=4m,周期T=2s,传播速度 v= =2m/s,选项A、C正确,B错误。由波动图像可知质点起振方向 向下,结合波动图像与振动图像的关系可知Q质点振动方向向上,形 式与振动图像完全一致,选项D错误,E正确。,考点3 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的关系不确定,必有系列解,若t与T有一定的约束关系,可使系列解转化为有限解或唯一解。 空间周期性：波形移动的距离x与波长的关系不确定,必有系列解,若x与有一定的约束关系,可使系列解转化为有限解或唯一解。,(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。 a.质点达到最大位移处,则有正向和负向最大位移两种可能。 b.质点由平衡位置开始振动,则起振方向有向上、向下(或向左、向右)两种可能。 c.只告诉波速不指明波的传播方向,应考虑沿两个方向传播的可能,即沿x轴正方向或沿x轴负方向传播。 d.只给出两时刻的波形,则有多次重复出现的可能。,(3)波形的隐含性形成多解：在波动问题中,往往只给出