課標通用版高考物理總復(fù)習(xí)第十四章02第2講機械波課件

第2講機械波一機械波二描述機械波的物理量三機械波的圖像基礎(chǔ)過關(guān)四波的衍射和干涉考點一波的形成、傳播與圖像考點二振動圖像和波動圖像的綜合應(yīng)用考點三波的多解問題考點突破考點四波的干涉和衍射多普勒效應(yīng)基礎(chǔ)過關(guān)一、機械波1.機械波的形成條件:①

波源

;②

介質(zhì)

。(1)機械波傳播的只是振動的③

形式

和④

能量

,質(zhì)點只在各自

的平衡位置附近做簡諧運動,并不隨波⑤

遷移

。(2)介質(zhì)中各質(zhì)點的振幅相同,振動周期和頻率都與⑥

波源

的振動

周期和頻率相同。(3)各質(zhì)點開始振動(即起振)的方向均⑦

相同

。(4)一個周期內(nèi),質(zhì)點完成一次全振動,通過的路程為⑧

4A

。(1)橫波:質(zhì)點振動方向與波的傳播方向⑨

垂直

。(2)縱波:質(zhì)點振動方向與波的傳播方向在同一直線上。二、描述機械波的物理量1.波長:在波動中,振動相位總是⑩

相同

的兩個

相鄰

質(zhì)點間的距離,用λ表示。2.波速:波在介質(zhì)中的傳播速度,由

介質(zhì)

本身的性質(zhì)決定。3.頻率:由

波源

決定,等于

波源

的振動頻率。4.波長、波速和頻率的關(guān)系:

v=fλ

?！貏e說明1.機械波從一種介質(zhì)傳入另一種介質(zhì)時,頻率不變,波速、波長都改變。2.機械波的波速僅由介質(zhì)決定,一般情況下,波速在固體、液體中比在氣

體中大。波速的計算方法:v=fλ=

=

。三、機械波的圖像1.圖像:在平面直角坐標系中,用橫坐標表示介質(zhì)中各質(zhì)點的

平衡位置

,用縱坐標表示某一時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的

位移

,連接各位移矢量的末端,得出的曲線即波的圖像,簡諧波的圖像是正弦(或余弦)曲線。2.物理意義:某一時刻介質(zhì)中各質(zhì)點相對

平衡位置

的位移。四、波的衍射和干涉(1)定義:波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。(2)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波

長

相差不多

,或者

比波長更小

時,才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。(1)波的疊加原理:幾列波相遇時能夠保持各自的運動特征,繼續(xù)傳播,在

它們重疊的區(qū)域里,介質(zhì)的質(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播時引起的位移的

矢量和

。(2)波的干涉a.定義:頻率相同的兩列波疊加時,某些區(qū)域的振幅

加大

、某些區(qū)域的振幅

減小

的現(xiàn)象。b.條件:兩列波的

頻率

相同,

相位差

保持不變。(1)多普勒效應(yīng):由于波源和觀察者之間有

相對運動

,使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。(2)當波源與觀察者有相對運動時,如果二者互相靠近,觀察者接收到的

頻率

增大

;如果二者互相遠離,觀察者接收到的頻率

減小

。1.判斷下列說法對錯。(1)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。

(√)(3)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。

(√)

(5)機械波在一個周期內(nèi)傳播的距離就是振幅的4倍。

(?)(6)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。

(?)(8)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。

(√)

2.(多選)(2018云南昆明質(zhì)檢)一列沿x軸正方向傳播的簡諧機械橫波,波

速為4m/s。某時刻波形如圖所示,下列說法不正確的是

(ABD)A.這列波的振幅為4cmB.這列波的周期為1sC.這列波的波長為8mx=4m處質(zhì)點沿y軸負方向運動x=4m處質(zhì)點的加速度為0

3.下列說法正確的是

(B)A.若聲波波源向觀察者靠近,則觀察者接收到的聲波頻率減小D.“音箱的高音部分容易被大的障礙物擋住的現(xiàn)象”是聲波的干涉現(xiàn)象

4.如圖甲所示,某均勻介質(zhì)中各質(zhì)點的平衡位置在同一條直線上,相鄰兩

點間距離為d。質(zhì)點1開始振動時速度方向豎直向上,振動由此開始向右

傳播。經(jīng)過時間t,前13個質(zhì)點第一次形成如圖乙所示的波形。關(guān)于該

波的周期與波長,說法正確的為

(D)

A.

t9d

B.

t8dC.

9d

D.

8d

考點一波的形成、傳播與圖像考點突破(1)波傳到任意一點,該點的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介質(zhì)中每個質(zhì)點做的都是受迫振動,所以任一質(zhì)點的振動頻率和周

期都和波源相同。波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì),由于介質(zhì)的情況不

同,它的波長和波速改變,但頻率和周期不會改變。(3)振源經(jīng)過一個周期T完成一次全振動,波恰好向前傳播一個波長的距

離,所以有v=

=λf。

內(nèi)容圖像“上下坡”法沿波的傳播方向,“上坡”時質(zhì)點向下振動,“下坡”時質(zhì)點向上振動

“同側(cè)”法波形圖上某點表示傳播方向和振動方向的箭頭在圖線同側(cè)

“微平移”法將波形沿傳播方向進行微小的平移,再由對應(yīng)同一x坐標的兩波形曲線上的點來判斷振動方向

例1平衡位置位于原點O的波源發(fā)出的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿水平

x軸傳播,P、Q為x軸上的兩個點(均位于x軸正向),P與O的距離為35cm,

此距離介于一倍波長與二倍波長之間。已知波源自t=0時由平衡位置

開始向上振動,周期T=1s,振幅A=5cm。當波傳到P點時,波源恰好處于

波峰位置;此后再經(jīng)過5s,平衡位置在Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位

置。求:(ⅰ)P、Q間的距離;(ⅱ)從t=0開始到平衡位置在Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置時,波源在振動過程中通過的路程。解析(ⅰ)由題意,O、P兩點間的距離與波長λ之間滿足OP=

λ

①波速v與波長的關(guān)系為v=

②在5s的時間內(nèi),波傳播的路程為vt。由題意有vt=PQ+

③式中,PQ為P、Q間的距離。由①②③式和題給數(shù)據(jù),得答案(ⅰ)133cm(ⅱ)125cmPQ=133cm④(ⅱ)Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置時,波源振動的時間為t1=t+

T

⑤波源從平衡位置開始運動,每經(jīng)過

,波源運動的路程為A。由題給條件得t1=25×

⑥故t1時間內(nèi),波源運動的路程為s=25A=125cm⑦考向1對波形圖的理解1.(多選)[2018課標Ⅲ,34(1),5分]一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=0和t=0.20s時的波形分別如圖中實線和虛線所示。已知該波的周期T>0.20s。下列說法正確的是(

ACE)A.波速為0.40m/sB.波長為0.08mC.x=0.08m的質(zhì)點在t=0.70s時位于波谷D.x=0.08m的質(zhì)點在t=0.12s時位于波谷E.若此波傳入另一介質(zhì)中其波速變?yōu)?.80m/s,則它在該介質(zhì)中的波長為0.32m

解析本題考查機械振動和機械波的綜合應(yīng)用。由圖像可知,該波的波長λ=16cm=0.16m,選項B錯誤;Δt=nT+

T(n=0,1,2,…),可得T=

>0.20s,即

>0.20s,解得n=0,T=0.40s,波速v=

=

m/s=0.40m/s,選項A正確;Δt1=0.70s=T+

T,即從t=0時刻開始到t=0.70s時刻,x=0.08m的質(zhì)點振動了T+

T,則可知t=0.70s時,該質(zhì)點位于波谷,選項C正確;Δt2=0.12s=

T<

T,則x=0.08m的質(zhì)點在t=0.12s時位于平衡位置和波峰之間的某一位置,選項D錯誤;機械波傳入另一介質(zhì)中,其周期不變,

則波長λ'=v'T=0.32m,選項E正確。考向2波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的關(guān)系判斷2.(多選)在均勻介質(zhì)中坐標原點O處有一波源做簡諧運動,其表達式為y=5sin(

t)m,它在介質(zhì)中形成的簡諧橫波沿x軸正方向傳播,某時刻波剛好傳播到x=12m處,波形圖像如圖所示,則

(AB)

A.此后再經(jīng)6s該波傳播到x=24m處B.M點在此后第3s末的振動方向沿y軸正方向y軸負方向M點第一次到達y=-3m處所需時間是2s

解析由波源振動表達式可知ω=

rad/s,而ω=

,所以T=4s,由波形圖知λ=8m,波速v=

=2m/s,Δx=v·Δt=12m,故A項正確;經(jīng)過Δt'=3s,波向前傳播的距離為Δx',Δx'=v·Δt'=6m,畫出這一時刻的波形圖如圖中虛

線所示,由圖可知,M點振動方向沿y軸正方向,B項正確;

在波的傳播過程中,各質(zhì)點的起振方向都與波源的起振方向相同,可得

波源起振方向沿y軸正方向,C項錯誤;此時M點在y=3m處且沿y軸負方

向振動,第一次到達y=-3m處所用時間小于

,故D項錯誤。考點二振動圖像和波動圖像的綜合應(yīng)用

振動圖像波動圖像研究對象一個振動質(zhì)點沿波傳播方向的所有質(zhì)點研究內(nèi)容質(zhì)點的位移隨時間的變化規(guī)律某時刻所有質(zhì)點的空間分布規(guī)律圖像

物理意義表示同一質(zhì)點在各時刻的位移表示某時刻各質(zhì)點的位移圖像信息(1)質(zhì)點振動周期(2)質(zhì)點振幅(3)某一質(zhì)點在各時刻的位移(4)各時刻速度、加速度的方向(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點在該時刻的位移(3)任意一質(zhì)點在該時刻加速度的方向(4)傳播方向、振動方向的互判一個完整曲線占橫坐標的距離表示一個周期表示一個波長例2

[2018課標Ⅰ,34(2),10分]一列簡諧橫波在t=

s時的波形圖如圖(a)所示,P、Q是介質(zhì)中的兩個質(zhì)點。圖(b)是質(zhì)點Q的振動圖像。求(ⅰ)波速及波的傳播方向;(ⅱ)質(zhì)點Q的平衡位置的x坐標。

答案(ⅰ)18cm/s沿x軸負方向傳播(ⅱ)xQ=9cm解析本題考查機械振動、機械波。(ⅰ)由圖(a)可以看出,該波的波長為λ=36cm①由圖(b)可以看出,周期為T=2s②波速為v=

=18cm/s③由圖(b)知,當t=

s時,質(zhì)點Q向上運動,結(jié)合圖(a)可得,波沿x軸負方向傳播。(ⅱ)設(shè)質(zhì)點P、Q平衡位置的x坐標分別為xP、xQ。由圖(a)知,x=0處y=-

=Asin(-30°),因此xP=

λ=3cm④由圖(b)知,在t=0時質(zhì)點Q處于平衡位置,經(jīng)Δt=

s,其振動狀態(tài)向x軸負方向傳播至P點處,由此及③式有xQ-xP=vΔt=6cm⑤由④⑤式得,質(zhì)點Q的平衡位置的x坐標為xQ=9cm⑥考向1由波動圖像確定質(zhì)點的振動圖像1.如圖所示,甲為t=1s時某橫波的波形圖像,乙為該波傳播方向上某一質(zhì)點的振動圖像,距該質(zhì)點Δx=0.5m處質(zhì)點的振動圖像可能是

(

A)

解析

由圖甲知波長λ=2m,因此距該質(zhì)點為Δx=0.5m=

λ的質(zhì)點的振動圖像可由圖乙圖像向左或向右平移

=0.5s得到,故只有A圖像正確?？枷?由振動圖像確定波動圖像2.(多選)一列簡諧橫波沿直線傳播,該直線上平衡位置相距9m的a、b兩質(zhì)點的振動圖像如圖所示。則選項中描述該波的圖像可能正

確的是

()

答案

AC解析

t=0時刻,a質(zhì)點在波峰,b質(zhì)點在平衡位置,且向下振動。若

波由a傳到b,則a、b間距s=

λ=9m(n=0,1,2,…),得λ=

m(n=0,1,2,…),則波長可能的值為12m,

m,

m,…。若波由b傳到a,則a、b間距s=

λ=9m(n=0,1,2,…),得λ=

m(n=0,1,2,…),則波長可能的值為36m,

m,4m,…。故A、C正確?？枷?振動和波動情況的綜合分析3.(多選)(2018河南開封質(zhì)檢)如圖所示,甲圖是一列橫波在某一時刻的圖像,乙圖是離O點3cm處的質(zhì)點從這一時刻開始計時的振動圖像,

則下列說法正確的是

()A.3cm處的這個質(zhì)點在t=0時刻向y軸正方向運動x軸負方向傳播C.質(zhì)點的振動周期為8sD.波速為50m/sE.3cm處的這個質(zhì)點再次回到平衡位置需要的時間為0.04s答案

ABE解析由題圖乙知該時刻即t=0時刻,3cm處質(zhì)點的速度方向為沿y軸正方向,由題圖甲判斷出波的傳播方向為沿x軸負方向,故A、B正確;由題圖甲知該波的波長為λ=4cm,由題圖乙知質(zhì)點的振動周期為T=0.08s,則波速為v=

=0.5m/s,故C、D錯誤;3cm處的這個質(zhì)點經(jīng)過半個周期再次回到平衡位置,因此需要的時間為0.04s,故選項E正確?！耙环?、一看、二找”巧解波動圖像與振動圖像綜合類問題(1)分清振動圖像與波動圖像。只要看清橫坐標即可,橫坐標為x則為波動圖像,橫坐標為t則為振動圖像。(2)看清橫、縱坐標的單位,注意單位前的數(shù)量級。(3)找準波動圖像對應(yīng)的時刻。(4)找準振動圖像對應(yīng)的質(zhì)點。方法總結(jié)考點三波的多解問題(1)周期性①時間周期性:時間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確。②空間周期性:波傳播距離Δx與波長λ的關(guān)系不明確。(2)雙向性①傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定。②振動方向雙向性:質(zhì)點振動方向不確定。(3)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。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(guān)系

Δt或Δx,若此關(guān)系為時間,則t=nT+Δt(n=0,1,2,…);若此關(guān)系為距離,則x=n

λ+Δx(n=0,1,2,…)。例3甲、乙兩列簡諧橫波在同一介質(zhì)中分別沿x軸正向和負向傳播,波

速均為v=25cm/s。兩列波在t=0時的波形曲線如圖所示。求

(ⅰ)t=0時,介質(zhì)中偏離平衡位置位移為16cm的所有質(zhì)點的x坐標;(ⅱ)從t=0開始,介質(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為-16cm的質(zhì)點的時間。答案(ⅰ)x=(50+300n)cm(n=0,±1,±2,…)(ⅱ)0.1s解析(ⅰ)t=0時,在x=50cm處兩列波的波峰相遇,該處質(zhì)點偏離平衡位置的位移為16cm。兩列波的波峰相遇處的質(zhì)點偏離平衡位置的位

移均為16cm。從圖線可以看出,甲、乙兩列波的波長分別為λ1=50cm,λ2=60cm①甲、乙兩列波波峰的x坐標分別為x1=50+k1λ1,k1=0,±1,±2,…

②x2=50+k2λ2,k2=0,±1,±2,…

③由①②③式得,介質(zhì)中偏離平衡位置位移為16cm的所有質(zhì)點的x坐標為x=(50+300n)cm(n=0,±1,±2,…)

④(ⅱ)只有兩列波的波谷相遇處的質(zhì)點的位移為-16cm。t=0時,兩波波谷

間的x坐標之差為Δx'=[50+(2m2+1)

]-[50+(2m1+1)

]

⑤式中,m1和m2均為整數(shù)。將①式代入⑤式得Δx'=10(6m2-5m1)+5

⑥由于m1、m2均為整數(shù),相向傳播的波谷間的距離最小為Δx0'=5cm⑦從t=0開始,介質(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為-16cm的質(zhì)點的時間

為t=

⑧代入數(shù)據(jù)得t=0.1s⑨考向1波形多種情況的多解問題1.(多選)A、B兩列簡諧橫波均沿x軸正方向傳播,在某時刻的波形

分別如圖中甲、乙所示,經(jīng)過時間t(t小于A波的周期TA),這兩列簡諧橫波

的波形分別變?yōu)閳D中丙、丁所示,則A、B兩列波的波速vA、vB之比可能

是

()

A.1∶1

B.2∶1

C.1∶2

D.3∶1

E.1∶3答案

ACE解析由題圖讀出,A波波長為λA=24cm,甲圖到丙圖一定相隔半個周期,所以周期TA=2t;B波波長為λB=12cm,乙圖與丁圖的波形圖相同,經(jīng)過的時間一定是整數(shù)個周期,所以周期TB=

(n=1,2,3,…)。波速vA=

=

=

,vB=

=

=

(n=1,2,3,…),得到vA∶vB=1∶n(n=1,2,3,…)。即A、B兩列波的波速vA、vB之比可能是A、C、E,不可能是B、D。考向2傳播方向不確定帶來的多解問題2.一列沿x軸傳播的簡諧橫波,其周期為T,某時刻的波形圖像如圖中

的實線所示,再經(jīng)t=0.2s的波形圖如圖中的虛線所示。求:

(1)若t小于T,則此列波的波速為多大?(2)若t大于T,則此列波的波速為多大?解析(1)若t小于T,0.2s內(nèi)波傳播的距離小于一個波長。若波向右傳播,0.2s內(nèi)傳播的距離是x1=1.5m波速為v1=

=

m/s=7.5m/s若波向左傳播,0.2s內(nèi)傳播的距離是x2=0.5m波速為v2=

=

m/s=2.5m/s。答案(1)7.5m/s或2.5m/s(2)見解析(2)若t大于T:波向右傳播時,0.2s內(nèi)傳播的距離為x3=

λ(n=1,2,3,…)波速為v3=

=10

m/s=(10n+7.5)m/s(n=1,2,3,…)波向左傳播時,0.2s內(nèi)傳播的距離為x4=

λ(n=1,2,3,…)波速為v4=

=10

m/s=(10n+2.5)m/s(n=1,2,3,…)考點四波的干涉和衍射