北京专用2019版高考物理第八章机械振动和机械波第2讲机械波课件.pptx

1、第2讲机械波,知识梳理 一、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)介质中各质点的振幅相同,振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同。 (3)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A,位移为零。,3.机械波的分类 (1)横波:质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波,有波峰(凸部)和波谷(凹部)。 (2)纵波:质点的振动方向与波的传播方向在同一直线的波,有密部和疏部。,4.波长、波速、频率及其关系 (1)波长:在波动中

2、,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,用表示。 (2)波速:波在介质中的传播速度。由介质本身的性质决定。 (3)频率:由波源决定,等于波源的振动频率。 (4)波长、波速和频率的关系:v=f。,二、波的图像,三、波的特有现象,1.波的干涉和衍射,2.多普勒效应 (1)波源不动 (2)观察者不动,1.一列简谐横波沿x轴正方向传播,某一时刻的波形图如图所示,此时质点P、S跟质点Q、R的振动位移大小相等、方向相反。由图可知,在此后的任一时刻() A.质点P和S的振动加速度大小和方向总相同 B.质点P和Q的振动位移大小总相同、方向总相反 C.质点P和S的振动速度大小和方向总相同 D.质点P和R的振动

3、加速度大小总相同、方向总相反,D,答案D相隔波长整数倍距离的两质点,振动状态总相同,相隔半波长奇数倍距离的两质点,振动状态总相反。由波动图像可得,P、R两点相隔半个波长,所以在振动过程中的位移、加速度总是大小相等、方向相反,D对。,2.如图所示是一列简谐波在t=0时的波形图,介质中的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y=10 sin 5t cm。关于这列简谐波,下列说法中正确的是() A.这列简谐波的振幅为20 cm B.这列简谐波的周期为5.0 s C.这列简谐波在该介质中的传播速度为25 cm/s D.这列简谐波沿x轴正向传播,D,答案D由图可知,质点偏离平衡位置的最大距离即振幅为10

4、cm,A错;由质点P振动的表达式可知这列简谐波的周期为T= s=0.4 s,B 错;由题图可知,该波的波长为 =4 m,波速 v= m/s=10 m/s,C错;由 质点P做简谐运动的表达式可知,t=0时刻质点P正在向上运动,由此可判断波沿x轴正向传播,D正确。,3.一列简谐横波沿x轴负方向传播,图a是t=1 s时的波形图,图b是某振动质点的位移随时间变化的图像,则图b可能是图a中哪个质点的振动图像() A.x=0处的质点 B.x=1 m处的质点 C.x=2 m处的质点D.x=3 m处的质点,A,答案A由题图b知,t=1 s时,质点的位移为零,振动方向向下,由于波向左传播,故图b可能是图a中x=

5、0、x=4 m、x=8 m等处的质点的振动图像,正确选项为A。,4.(多选)如图所示,实线表示两个相干波源S1、S2产生的波的波峰位置,则图中a、b两点() A.a为振动加强位置 B.b为振动减弱位置 C.b为振动加强位置 D.a为振动减弱位置,答案CD由题图可以看出,在图示时刻,两列波的波谷在b点相遇,所以b点为振动加强点;在a点,S2传到的是波峰,S1传到的是波谷,所以a点为振动减弱点。,CD,深化拓展,考点一对机械波和波的图像的理解及应用,考点二波的图像与振动图像的区别,考点三质点的振动方向与波的传播方向的互判,考点四波的多解性问题,考点五波的干涉和衍射,深化拓展 考点一对机械波和波的图

6、像的理解及应用 1.波的形成及特点 波源把自己的振动形式通过介质的质点由近及远向外传播,就形成了波。 (1)质点只在自己的平衡位置附近振动,并不随波的传播向前迁移; (2)介质中每个质点的起振方向都和波源的起振方向相同; (3)每个质点的振动周期都等于波源的振动周期,质点振动一个周期波传播一个波长; (4)波传播的是波源的振动形式和能量,也能传递信息。,2.对波的图像的认识 波的图像描述的是在波的传播方向上,介质中的各个质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移。,3.波长、波速和频率 (1)关系式:v=f。 (2)机械波的波速取决于介质,与波的频率无关。在同一均匀介质中,机械波的传播是匀速的。 (

7、3)机械波的频率取决于波源振动的频率,当波从一种介质进入另一种介质时,波的频率不变。 (4)在波的传播方向上,介质中各质点都做受迫振动,其频率都等于波源的振动频率。,【情景素材教师备用】 横波:,纵波:,1-1用手握住较长软绳的一端连续上下抖动,形成一列简谐横波。某一时刻的波形如图所示,绳上a、b两质点均处于波峰位置。下列说法正确的是() A.a、b两点之间的距离为半个波长 B.a、b两点振动开始时刻相差半个周期 C.b点完成全振动次数比a点多一次 D.b点完成全振动次数比a点少一次,D,答案D相邻的两个波峰之间的距离为一个波长,A错误。波在一个周期内向前传播的距离为一个波长,a点比b点早振动

8、一个周期,完成全振动的次数也比b点多一次,故B、C错误,D正确。,1-2(2015北京理综,15,6分)周期为2.0 s的简谐横波沿x轴传播,该波在某时刻的图像如图所示,此时质点P沿y轴负方向运动。则该波(),A.沿x轴正方向传播,波速v=20 m/s B.沿x轴正方向传播,波速v=10 m/s C.沿x轴负方向传播,波速v=20 m/s D.沿x轴负方向传播,波速v=10 m/s,B,答案B由质点P沿y轴负方向运动,可知波沿x轴正方向传播,波速v=10 m/s,B项正确。,考点二波的图像与振动图像的区别,2-1(2014北京理综,17,6分)一简谐机械横波沿x轴正方向传播,波长为,周期为T。

9、t=0时刻的波形如图1所示,a、b是波上的两个质点。图2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2可以表示质点a的振动,D.图2可以表示质点b的振动,D,答案D由图1可知,t=0时,a在正向最大位移处,v=0,加速度最大,速度最小为零;b在平衡位置,速度最大,加速度最小且为0,振动方向沿y轴负向,图2可以表示质点b的振动,选项A、B、C都错误,选项D正确。,2-2一列简谐横波沿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的振动图像(两图用同一时间起点),下列判断正确的 是( ) A.

10、质点P在t=3 s时正向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的平衡位置可能是x=0 D.质点P的平衡位置可能是x=2 m,C,答案C由乙图知,当t=3 s时,质点P处于平衡位置且向上振动,即质点P正向y轴正方向振动,速度最大;t=3 s时的波形图中满足此特征的有 x=0、x=4 m处的质点。故只有C正确。,考点三质点的振动方向与波的传播方向的互判,3-1(2013北京理综,15,6分)一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4 m/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4 cm B.这列波的周期为1 s,C.此时x=4 m处质点沿y轴负方向

11、运动 D.此时x=4 m处质点的加速度为0,B,答案D由波动图像知,波的振幅为2 cm,A选项错误;波长=8 m,周期T= s=2 s,B选项错误;由于波沿x轴正向传播,由波传播方向和质点 振动方向的关系知,x=4 m处质点此时向y轴正方向运动,C选项错误;此时x=4 m处的质点处于平衡位置,其加速度为零,D选项正确。,3-2一列简谐横波某时刻波形如图所示,此时质点P的速度方向沿y轴正方向,则() A.这列波沿x轴负方向传播 B.质点a此时动能最大,加速度最小 C.再经过一个周期,质点P运动到x=6 m处 D.当质点P运动到最低点时,质点b恰好运动到平衡位置,B,答案B因为质点P的速度方向沿y

12、轴正方向,所以这列波沿x轴正方向传播,选项A错误;因为简谐波中各质点均在自己的平衡位置附近做简谐运动,质点并不随波迁移,且简谐运动中,质点在平衡位置具有最大的速度和最小的加速度,故选项B正确,选项C错误;质点P与质点b在空间上相差一个波长的距离,所以它们的振动步调始终相同,当质点P运动到最低点时,质点b也应该在最低点,选项D错误。,考点四波的多解性问题 1.波的周期性:机械波在时间和空间上具有周期性。一方面,每经过一个周期T(或几个周期nT),介质中的质点完成一次(或n次)全振动回到原来的状态,波形图线与原来的图线相同,这在传播时间与周期关系上形成多解;另一方面,波形沿波的传播方向向前推进或n

13、,在波形图上,相距、2、3、n的质点振动步调完全一致,后面的质点好像是前面质点振动情况的“复制”,这在传播距离与波长关系上形成多解。,2.波的传播方向的不确定性 当只知波沿x轴传播时,往往有沿x轴正方向和负方向传播两种情况。,3.介质中质点间距离与波长的关系的不确定性 已知两质点平衡位置间的距离及某一时刻它们所在的位置,由于波的空间周期性,则两质点间存在着多种可能波形。做这类题时,可先根据题意,在两质点间先画出最简波形,然后再作一般分析,从而写出两质点间的距离与波长关系的通式。,4-1(多选)一列横波沿直线传播,在波的传播方向上有A、B两点。在t时刻A、B两点间形成的波形如图甲所示,在(t+3

14、 s)时刻A、B两点间形成的波形如图乙所示,已知A、B两点间的距离s=9 m,则以下说法中正确的是( ),A.若周期为4 s,波一定向右传播 B.若周期大于4 s,波可能向右传播 C.若波速为8.5 m/s,波一定向左传播 D.该波波速可能的最小值为0.5 m/s,ACD,答案ACD根据题图可知,波长=4=6 m。若波向右传播,则3 s= (n+)T(n=0,1,2,),周期T= s(n=0,1,2,),波速v=(2n+1.5) m/s(n =0,1,2,),可见,当n=0时,周期最大为4 s,波速最小为1.5 m/s,n取任何自然数,波速都不等于8.5 m/s;若波向左传播,则3 s=(n+

15、)T(n=0,1,2,),周 期T= s(n=0,1,2,),波速v=(2n+0.5) m/s(n=0,1,2,),可见,当n=0 时,周期最大为12 s,波速最小为0.5 m/s,n=4时,波速v=8.5 m/s;n取任何自然数周期都不等于4 s。选项A、C、D正确,B错误。,4-2如图所示,实线为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形,虚线是该波在t=0.20 s时刻的波形,则此列波的周期可能 为( ) A.0.16 sB.0.20 s C.0.32 sD.0.40 s,答案A由波向右传播可知,t=0.20 s时传播了(n+)(n=0,1,2,)个周 期,即(n+)T=0.20

16、s(n=0,1,2,),将n所取值依次代入可知只有A正确。,A,考点五波的干涉和衍射 1.波的干涉 (1)产生稳定干涉现象的条件:频率相同、相位差恒定。 (2)干涉区域内某点是振动加强点还是振动减弱点的充要条件: 加强点:该点到两个波源的路程之差是波长的整数倍,即=n(n=0,1,2,)。 减弱点:该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍,即=(2n+1) (n=0,1,2,)。,2.波的衍射 (1)定义:波可以绕过障碍物继续传播的现象。 (2)发生明显衍射现象的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象。 (3)衍射总是存在,只是明显与不明

17、显而已,很不明显时表现为直线传播。 【情景素材教师备用】,干涉图样,水绕过小孔或障碍物继续传播,5-1(多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个小孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长,则对于波经过孔之后的传播情况,下列描述中正确的是(),AB,A.此时能观察到波明显的衍射现象 B.挡板前后波纹间距相等 C.如果将孔AB扩大,还可观察到明显的衍射现象 D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,能更明显观察到衍射现象,答案AB本题中发生明显衍射现象的条件是:小孔尺寸要比波长小或者和波长相差不多,所以此时能观察到明显的衍射现象,A对。波穿过小孔后传播速度不变,频率不变,故波长不变,所以挡板前后波纹间距相等,B对。如果将孔AB扩大,衍射现象将不明显,C错。如果孔的大小不变,使波源振动频率增大,则波长变短,衍射现象不明显,D错。,5-2水平面上有A、