2022版高考物理一輪復習第十三章機械振動與機械波光電磁波與相對論第2講機械波課件新人教版

1、第2講機械波1 知識梳理雙基自測1機械波的形成條件機械波的形成條件(1)有發(fā)生機械振動的波源。有發(fā)生機械振動的波源。(2)有傳播介質(zhì)，如空氣、水等。有傳播介質(zhì)，如空氣、水等。知識點知識點1 機械波機械波2傳播特點傳播特點(1)機械波傳播的只是振動的機械波傳播的只是振動的_和和_，質(zhì)點只在各自的平，質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做簡諧運動，并不隨波衡位置附近做簡諧運動，并不隨波_。(2)介質(zhì)中各質(zhì)點的振幅相同，振動周期和頻率都與介質(zhì)中各質(zhì)點的振幅相同，振動周期和頻率都與_振動振動周期和頻率相同。周期和頻率相同。(3)一個周期內(nèi)，質(zhì)點完成一次全振動，通過的路程為一個周期內(nèi)，質(zhì)點完成一次全振動，通過的路

2、程為_，位移，位移為零。為零。形式形式能量能量遷移遷移波源的波源的4a3機械波的分類機械波的分類(1)橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互_的波，有的波，有_(凸部凸部)和和_(凹部凹部)。(2)縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在_上的波，上的波，有有_和和_。垂直垂直波峰波峰波谷波谷同一直線同一直線密部密部疏部疏部1橫波的圖像橫波的圖像(1)坐標軸：橫軸表示各質(zhì)點的坐標軸：橫軸表示各質(zhì)點的_，縱軸表示該時刻各質(zhì)，縱軸表示該時刻各質(zhì)點的點的_。(2)意義：表示在波的傳播方向上，某時刻各質(zhì)點離開意義：表示在波的傳播方向

3、上，某時刻各質(zhì)點離開_的位移。的位移。(3)圖像圖像知識點知識點2 橫波的圖像橫波的圖像平衡位置平衡位置位移位移平衡位置平衡位置(4)應用應用直接讀取直接讀取_和和_，以及該時刻各質(zhì)點的，以及該時刻各質(zhì)點的_。確定某時刻各質(zhì)點加速度確定某時刻各質(zhì)點加速度_，并能比較大小。，并能比較大小。結合波的傳播方向可確定各質(zhì)點的結合波的傳播方向可確定各質(zhì)點的_或由各質(zhì)點的振或由各質(zhì)點的振動方向確定波的動方向確定波的_。振幅振幅a波長波長位移位移方向方向振動方向振動方向傳播方向傳播方向2波長、波速、頻率及其關系波長、波速、頻率及其關系(1)波長波長：在波動中，振動相位總是：在波動中，振動相位總是_的兩個相鄰

4、質(zhì)點間的距的兩個相鄰質(zhì)點間的距離。離。(2)波速波速v：波在介質(zhì)中的傳播速度，由：波在介質(zhì)中的傳播速度，由_本身的性質(zhì)決定。本身的性質(zhì)決定。(3)頻率頻率f：由波源決定，等于波源的：由波源決定，等于波源的_。(4)波長、波速和頻率的關系波長、波速和頻率的關系v_；v_。相同相同介質(zhì)介質(zhì)振動頻率振動頻率f1波的疊加：波的疊加：觀察兩列波的疊加過程可知：幾列波相遇時，每觀察兩列波的疊加過程可知：幾列波相遇時，每列 波 都 能 夠 保 持 各 自 的 狀 態(tài) 繼 續(xù) 傳 播 而 不列 波 都 能 夠 保 持 各 自 的 狀 態(tài) 繼 續(xù) 傳 播 而 不_，只是在重疊的區(qū)域里，質(zhì)點同時參與這，只是在重疊

5、的區(qū)域里，質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的播時引起的_。知識點知識點3 波特有的現(xiàn)象波特有的現(xiàn)象互相干擾互相干擾位移的矢量和位移的矢量和2波的干涉和衍射：波的干涉和衍射：注意：注意：發(fā)生衍射是無條件的，發(fā)生明顯衍射是有條件的發(fā)生衍射是無條件的，發(fā)生明顯衍射是有條件的。波的干涉波的干涉波的衍射波的衍射條件條件 兩列波的頻率必須兩列波的頻率必須_明顯條件：障礙物或孔的明顯條件：障礙物或孔的_比波長小或相差不多比波長小或相差不多現(xiàn)象現(xiàn)象形成加強區(qū)和減弱區(qū)相互隔形成加強區(qū)和減弱區(qū)相互隔開的穩(wěn)定的開的穩(wěn)定的_波能夠波能夠

6、_或孔繼或孔繼續(xù)向前傳播續(xù)向前傳播相同相同尺寸尺寸干涉圖樣干涉圖樣繞過障礙物繞過障礙物3多普勒效應：多普勒效應：(1)定義：由于波源和觀察者之間有定義：由于波源和觀察者之間有_，使觀察者感受到，使觀察者感受到波的頻率波的頻率_的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。(2)實質(zhì)：聲源頻率實質(zhì)：聲源頻率_，觀察者接收到的頻率，觀察者接收到的頻率_。(3)規(guī)律：規(guī)律：波源與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的波源與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的_；波源與觀察者如果相互遠離，觀察者接收到的波源與觀察者如果相互遠離，觀察者接收到的_；波源和觀察者如果相對靜止，觀察者接收到的頻率波源和觀察者如果相對靜止，觀察者接收到的頻率_波

7、源波源的頻率的頻率。相對運動相對運動發(fā)生變化發(fā)生變化不變不變發(fā)生變化發(fā)生變化頻率增大頻率增大頻率減小頻率減小等于等于一、堵點疏通一、堵點疏通1在水平方向傳播的波為橫波。在水平方向傳播的波為橫波。()2在機械波中各質(zhì)點不隨波的傳播而遷移。在機械波中各質(zhì)點不隨波的傳播而遷移。()3通過波的圖像可以找出任一質(zhì)點在任意時刻的位移。通過波的圖像可以找出任一質(zhì)點在任意時刻的位移。()4機械波在傳播過程中，各質(zhì)點振動的周期、起振方向都相同機械波在傳播過程中，各質(zhì)點振動的周期、起振方向都相同。()5機械波在一個周期內(nèi)傳播的距離就是振幅的機械波在一個周期內(nèi)傳播的距離就是振幅的4倍。倍。()6波速表示介質(zhì)中質(zhì)點振

8、動的快慢。波速表示介質(zhì)中質(zhì)點振動的快慢。()7兩列波在介質(zhì)中疊加，一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。兩列波在介質(zhì)中疊加，一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。()8一切波都能發(fā)生衍射一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象?，F(xiàn)象。()9多普勒效應說明波源的頻率發(fā)生變化。多普勒效應說明波源的頻率發(fā)生變化。()二、對點激活二、對點激活1(多選多選)關于機械振動與機械波下列說法正確的是關于機械振動與機械波下列說法正確的是()a機械波的頻率等于振源的振動頻率機械波的頻率等于振源的振動頻率b機械波的傳播速度與振源的振動速度相等機械波的傳播速度與振源的振動速度相等c機械波在介質(zhì)中傳播的速度由介質(zhì)本身決定機械波在介質(zhì)中傳播的速度由介質(zhì)本身決定d在一個周期內(nèi)，沿

9、著波的傳播方向，振動在介質(zhì)中傳播一個波在一個周期內(nèi)，沿著波的傳播方向，振動在介質(zhì)中傳播一個波長的距離長的距離e質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向acd2(多選多選)如圖所示，列車上安裝一個聲源，發(fā)出一定頻率的樂音。如圖所示，列車上安裝一個聲源，發(fā)出一定頻率的樂音。當列車與觀察者都靜止時，觀察者記住了這個樂音的音調(diào)。在以下情況當列車與觀察者都靜止時，觀察者記住了這個樂音的音調(diào)。在以下情況中，觀察者聽到這個樂音的音調(diào)比原來降低的是中，觀察者聽到這個樂音的音調(diào)比原來降低的是()a觀察者靜止，列車向他駛來觀察者靜止，列車向他駛來b觀察者靜止，列車離他駛?cè)ビ^察者靜止

10、，列車離他駛?cè)列車靜止，觀察者靠近列車列車靜止，觀察者靠近列車d列車靜止，觀察者遠離列車列車靜止，觀察者遠離列車bd解析解析根據(jù)多普勒效應，當觀察者與聲源相互靠近時，觀察者接根據(jù)多普勒效應，當觀察者與聲源相互靠近時，觀察者接收到的頻率大于聲源發(fā)出的頻率；當觀察者與聲源相互遠離時，觀察者收到的頻率大于聲源發(fā)出的頻率；當觀察者與聲源相互遠離時，觀察者接收到的頻率小于聲源發(fā)出的頻率，故接收到的頻率小于聲源發(fā)出的頻率，故a、c錯誤，錯誤，b、d正確。正確。3(多選多選)一列沿一列沿x軸方向傳播的簡諧機械橫波，波速為軸方向傳播的簡諧機械橫波，波速為 2.0 m/s。某。某時刻的波形如圖所示，下列說法正

11、確的是時刻的波形如圖所示，下列說法正確的是()a這列波的周期為這列波的周期為5.0 sb此時此時x4 m處的質(zhì)點加速度達到最大值處的質(zhì)點加速度達到最大值c此時此時x6 m處的質(zhì)點一定沿處的質(zhì)點一定沿y軸正方向振動軸正方向振動d從此時起再經(jīng)從此時起再經(jīng)6 s，x8 m處的質(zhì)點的處的質(zhì)點的位移位移為為5 cme質(zhì)點質(zhì)點p的加速度方向與相對平衡位置的位移方向相反的加速度方向與相對平衡位置的位移方向相反bde2 核心考點重點突破考點一考點一機械波的傳播與圖像機械波的傳播與圖像3波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向的判斷方法波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向的判斷方法(2019北京，北京，13)一列簡諧橫波某時刻的波

12、形如圖所示，比較一列簡諧橫波某時刻的波形如圖所示，比較介質(zhì)中的三個質(zhì)點介質(zhì)中的三個質(zhì)點a、b、c，則則()a此刻此刻a的加速度最小的加速度最小b此刻此刻b的速度最小的速度最小c若波沿若波沿x軸正方向傳播，此刻軸正方向傳播，此刻b向向y軸正方軸正方向向運動運動d若波沿若波沿x軸負方向傳播，軸負方向傳播，a比比c先回到平衡位置先回到平衡位置例例1c變式訓練變式訓練1(2020浙江選考浙江選考)(多選多選)如圖所示，兩種不同材料的彈如圖所示，兩種不同材料的彈性細繩在性細繩在o處連接，處連接，m、o和和n是該繩上的三個點，是該繩上的三個點，om間距離為間距離為7.0 m，on間距離為間距離為5.0 m

13、。o點上下振動，則形成以點上下振動，則形成以o點為波源向左和向右傳播點為波源向左和向右傳播的簡諧橫波的簡諧橫波和和，其中波，其中波的波速為的波速為1.0 m/s。t0時刻時刻o點處在波谷點處在波谷位置，觀察發(fā)現(xiàn)位置，觀察發(fā)現(xiàn)5 s后此波谷傳到后此波谷傳到m點，此時點，此時o點正通過平衡位置向上運點正通過平衡位置向上運動，動，om間還有一個波谷。則間還有一個波谷。則()a波波的波長為的波長為4 mbn點的振動周期為點的振動周期為4 sct3 s時，時，n點恰好處于波谷點恰好處于波谷d當當m點處于波峰時，點處于波峰時，n點也一定處于點也一定處于波峰波峰bd兩種圖像的比較兩種圖像的比較考點二考點二波

14、動圖像與振動圖像綜合波動圖像與振動圖像綜合圖像類型圖像類型振動圖像振動圖像波的圖像波的圖像研究對象研究對象某一振動質(zhì)點某一振動質(zhì)點沿波傳播方向沿波傳播方向上的所有質(zhì)點上的所有質(zhì)點研究內(nèi)容研究內(nèi)容某一質(zhì)點的位移隨時間變化某一質(zhì)點的位移隨時間變化規(guī)律規(guī)律某時刻所有質(zhì)點的空間分布某時刻所有質(zhì)點的空間分布規(guī)律規(guī)律圖像類型圖像類型振動圖像振動圖像波的圖像波的圖像圖像信息圖像信息(1)質(zhì)點振動周期質(zhì)點振動周期(2)質(zhì)點振幅質(zhì)點振幅(3)各時刻質(zhì)點位移各時刻質(zhì)點位移(4)各時刻速度、加速各時刻速度、加速度方向度方向(1)波長、振幅波長、振幅(2)任意一質(zhì)點在該時刻的位移任意一質(zhì)點在該時刻的位移(3)任意一質(zhì)

15、點在該時刻加速度方任意一質(zhì)點在該時刻加速度方向向(4)傳播方向、振動方向的互判傳播方向、振動方向的互判形象比喻形象比喻記錄著一個人一段時間記錄著一個人一段時間內(nèi)活動的錄像帶內(nèi)活動的錄像帶記錄著許多人某時刻動作、表情記錄著許多人某時刻動作、表情的集體照片的集體照片圖像變化圖像變化隨時間推移，圖像延續(xù)，隨時間推移，圖像延續(xù)，但已有形狀不變但已有形狀不變隨時間推移，圖像沿傳播方向平隨時間推移，圖像沿傳播方向平移移一完整曲線占一完整曲線占橫坐標距離橫坐標距離表示一個周期表示一個周期表示一個波長表示一個波長例例2 a質(zhì)點質(zhì)點q的振動圖像與圖的振動圖像與圖(b)相同相同b在在t0時刻，質(zhì)點時刻，質(zhì)點p的速

16、率比質(zhì)點的速率比質(zhì)點q的大的大c在在t0時刻，質(zhì)點時刻，質(zhì)點p的加速度的大小比質(zhì)點的加速度的大小比質(zhì)點q的大的大d平衡位置在坐標原點的質(zhì)點的振動圖像如圖平衡位置在坐標原點的質(zhì)點的振動圖像如圖(b)所示所示e在在t0時刻，質(zhì)點時刻，質(zhì)點p與其平衡位置的距離比質(zhì)點與其平衡位置的距離比質(zhì)點q的大的大答案答案cde1造成波動問題多解的主要因素造成波動問題多解的主要因素(1)周期性周期性時間周期性：時間間隔時間周期性：時間間隔t與周期與周期t的關系不明確。的關系不明確?？臻g周期性：波傳播距離空間周期性：波傳播距離x與波長與波長的關系不明確。的關系不明確?？键c三考點三波的多解問題波的多解問題(2)雙向性雙

17、向性傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。振動方向雙向性：質(zhì)點振動方向不確定。振動方向雙向性：質(zhì)點振動方向不確定。如：如：a.質(zhì)點達到最大位移處，則有正向和負向最大位移兩種可能。質(zhì)點達到最大位移處，則有正向和負向最大位移兩種可能。b質(zhì)點由平衡位置開始振動，則起振方向有向上、向下質(zhì)點由平衡位置開始振動，則起振方向有向上、向下(或向左、或向左、向右向右)兩種可能。兩種可能。c只告訴波速不指明波的傳播方向，應考慮沿兩個方向傳播的可只告訴波速不指明波的傳播方向，應考慮沿兩個方向傳播的可能，即沿能，即沿x軸正方向或沿軸正方向或沿x軸負方向傳播。軸負方向傳播。 d只給出兩

18、時刻的波形，則有多次重復出現(xiàn)的可能只給出兩時刻的波形，則有多次重復出現(xiàn)的可能。(3)波形的隱含性形成多解波形的隱含性形成多解在波動問題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個特殊在波動問題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個特殊點，而其余信息均處于隱含狀態(tài)。這樣，波形就有多種情況，形成波動點，而其余信息均處于隱含狀態(tài)。這樣，波形就有多種情況，形成波動問題的多解性。問題的多解性。2解決波的多解問題的思路解決波的多解問題的思路一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個周期內(nèi)滿足條件的一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個周期內(nèi)滿足條件的關系關系t或或x，若此關系為時間，則，若此關系為時

19、間，則tntt(n0,1,2，)，若此關系，若此關系為距離，則為距離，則xnx(n0,1,2，)。(多選多選)一列簡諧橫波沿一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，軸正方向傳播，t時刻波形圖如圖中時刻波形圖如圖中的實線所示，此時波剛好傳到的實線所示，此時波剛好傳到p點，點，t0.6 s時刻的波形如圖中的虛線所時刻的波形如圖中的虛線所示，示，a、b、c、p、q是介質(zhì)中的質(zhì)點。下列說法正確的是是介質(zhì)中的質(zhì)點。下列說法正確的是()a這列波的波速可能為這列波的波速可能為50 m/sb質(zhì)點質(zhì)點a在這段時間內(nèi)通過的路程一定小于在這段時間內(nèi)通過的路程一定小于30 cmc質(zhì)點質(zhì)點c在這段時間內(nèi)通過的路程可能為在這段時間

20、內(nèi)通過的路程可能為60 cmd若周期若周期t0.8 s，則在，則在t0.5 s時刻時刻，質(zhì)點質(zhì)點b、p的位移相同的位移相同e若若t0.8 s，從，從(t0.4) s時刻開始時刻開始計計時時，則質(zhì)點，則質(zhì)點c的振動方程為的振動方程為x0.1sin(t)m例例3 acd解題的一般思路有如下情況：解題的一般思路有如下情況：(1)波的空間周期性。在波的傳播方向上，相距為波長整數(shù)倍的多個波的空間周期性。在波的傳播方向上，相距為波長整數(shù)倍的多個不同質(zhì)點的振動情況完全相同，它們之間的距離為波長的整數(shù)倍。不同質(zhì)點的振動情況完全相同，它們之間的距離為波長的整數(shù)倍。(2)波的時間周期性。由波的特性可知，波在波的時

21、間周期性。由波的特性可知，波在tnt時間內(nèi)，向外傳時間內(nèi)，向外傳播播xn的距離，所以經(jīng)過整數(shù)倍周期時，其波形圖線完全相同。的距離，所以經(jīng)過整數(shù)倍周期時，其波形圖線完全相同。(3)波的雙向性。若題中沒有已知波的傳播方向，也無法由題意確定波的雙向性。若題中沒有已知波的傳播方向，也無法由題意確定波的傳播方向，則在解題時要注意考慮波的傳播方向的不確定性。波的傳播方向，則在解題時要注意考慮波的傳播方向的不確定性。波的多解問題的求解波的多解問題的求解方法技巧方法技巧bc波的干涉中振動加強點和減弱點的判斷波的干涉中振動加強點和減弱點的判斷(1)圖像法：在某時刻的波形圖上，波峰與波峰圖像法：在某時刻的波形圖上

22、，波峰與波峰(或波谷與波谷或波谷與波谷)的交的交點，一定是加強點，而波峰與波谷的交點一定是減弱點，各加強點或減點，一定是加強點，而波峰與波谷的交點一定是減弱點，各加強點或減弱點各自連接而成以兩波源為中心向外輻射的連線，形成加強線和減弱弱點各自連接而成以兩波源為中心向外輻射的連線，形成加強線和減弱線，兩種線互相間隔，這就是干涉圖樣，加強點與減弱點之間各質(zhì)點的線，兩種線互相間隔，這就是干涉圖樣，加強點與減弱點之間各質(zhì)點的振幅介于加強點與減弱點的振幅之間。振幅介于加強點與減弱點的振幅之間?？键c四考點四波的干涉、衍射、多普勒效應波的干涉、衍射、多普勒效應例例4 acd解析解析本題考查波的疊加問題。圖中

23、本題考查波的疊加問題。圖中a點為波谷與波谷相遇，點為波谷與波谷相遇，b點點為波峰與波峰相遇，為波峰與波峰相遇，a、b兩點速度均為零，兩點速度均為零，a、b連線中點質(zhì)點在平衡位連線中點質(zhì)點在平衡位置振動速度最大，在置振動速度最大，在a、b連線上為振動加強區(qū)，振動始終加強，每個點連線上為振動加強區(qū)，振動始終加強，每個點的振幅都為的振幅都為2a，c、d兩點振動始終減弱，振幅為零，即質(zhì)點靜止，故兩點振動始終減弱，振幅為零，即質(zhì)點靜止，故b、e錯誤，錯誤，a、c、d正確。正確。波的疊加滿足矢量法則，當振動情況相同則相加，振動情況相反則波的疊加滿足矢量法則，當振動情況相同則相加，振動情況相反則相減，且兩列

24、波互不干擾。例如當該波的波峰與波峰相遇時，此處相對相減，且兩列波互不干擾。例如當該波的波峰與波峰相遇時，此處相對平衡位置的位移為振幅的二倍；當波峰與波谷相遇時此處的位移為零。平衡位置的位移為振幅的二倍；當波峰與波谷相遇時此處的位移為零。判斷振動加強或減弱的條件：振幅最大的點為振動加強點，振幅最小的判斷振動加強或減弱的條件：振幅最大的點為振動加強點，振幅最小的點為振動減弱點。需要特別指出的是：點為振動減弱點。需要特別指出的是：(1)振動加強點的振幅一定大于振振動加強點的振幅一定大于振動減弱點的振幅；動減弱點的振幅；(2)振動加強點的位移不一定大于振動減弱點的位移。振動加強點的位移不一定大于振動減

25、弱點的位移。本題在判斷振動位置及振動速度大小時容易出錯。本題在判斷振動位置及振動速度大小時容易出錯。對振動加強、減弱理解不透徹引起錯解對振動加強、減弱理解不透徹引起錯解易錯分析易錯分析變式訓練變式訓練4如圖如圖(a)所示，在所示，在xy平面內(nèi)有兩個沿垂直于紙面方向平面內(nèi)有兩個沿垂直于紙面方向做簡諧振動的點波源做簡諧振動的點波源s1(0,4)和和s2(0，2)。兩波源的振動圖線分別如圖。兩波源的振動圖線分別如圖(b)和圖和圖(c)所示。兩列波的波速均為所示。兩列波的波速均為1.00 m/s。兩列波從波源傳播到點。兩列波從波源傳播到點a(8，2)的路程差為的路程差為_m，兩列波引起的點，兩列波引起

26、的點b(4,1)處質(zhì)點的振動相互處質(zhì)點的振動相互_(填填“加強加強”或或“減弱減弱”)，點，點c(0,0.5)處質(zhì)點的振動相互處質(zhì)點的振動相互_(填填“加強加強”或或“減弱減弱”)。2減弱減弱加強加強圖圖(a) 圖圖(b)圖圖(c) 3 2年高考1年模擬d2(2020全國全國理綜理綜34(1)如圖，一列簡諧橫波平行于如圖，一列簡諧橫波平行于x軸傳播，軸傳播，圖中的實線和虛線分別為圖中的實線和虛線分別為t0和和t0.1 s時的波形圖。已知平衡位置在時的波形圖。已知平衡位置在x6 m處的質(zhì)點，在處的質(zhì)點，在0到到0.1 s時間內(nèi)運動方向不變。這列簡諧波的周期為時間內(nèi)運動方向不變。這列簡諧波的周期為_s，波速為，波速為_m/s，傳播方向沿，傳播方向沿x軸軸_(填填“正方向正方向”或或“負方向負方向”)。0.410負方向負方向3(1)(2020全國全國理綜理綜34(1)(多選多選)在下列現(xiàn)象