《高考備考指南 物理 》課件-第2講　機(jī)械波及圖像

機(jī)械振動和光學(xué)第十二章

第2講機(jī)械波及圖像(本講對應(yīng)系統(tǒng)用書P258)欄目導(dǎo)航01知識

梳理查漏02題點

各個擊破03配套訓(xùn)練知識梳理查漏1知識一

機(jī)械波的形成、傳播與描述1.定義：機(jī)械振動在________中傳播，形成機(jī)械波.

2.形成條件(1)有________.

(2)有介質(zhì)，如空氣、水、繩子等.介質(zhì)波源3.傳播特點(1)傳播波源的振動形式、能量和信息.(2)質(zhì)點不隨波遷移.(3)介質(zhì)中各質(zhì)點振動頻率、振幅、起振方向等都與波源________.

相同4.機(jī)械波的分類分類質(zhì)點振動方向和波的傳播方向的關(guān)系形狀舉例橫波垂直凹凸相間，有波峰、波谷繩波等縱波在同一條直線上疏密相間，有密部、疏部彈簧波、聲波等

相同無關(guān)【自測1】(2023年新課標(biāo)卷)船上的人和水下的潛水員都能聽見輪船的鳴笛聲.聲波在空氣中和在水中傳播時的()A.波速和波長均不同 B.頻率和波速均不同C.波長和周期均不同

D.周期和頻率均不同【解析】聲波的周期和頻率由振源決定，故聲波在空氣中和在水中傳播的周期和頻率均相同，但聲波在空氣和水中傳播的波速不同.根據(jù)波速與波長關(guān)系v=λf可知，波長也不同，A正確，B、C、D錯誤.A知識二

簡諧橫波的圖像1.坐標(biāo)軸的意義橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各個質(zhì)點的___________，縱坐標(biāo)y表示該時刻各個質(zhì)點偏離平衡位置的________.

2.圖像特點簡諧波的波形曲線是______(或余弦)曲線.

正弦平衡位置位移3.橫波圖像的理解(1)波的圖像形象直觀地揭示了較為抽象的波動規(guī)律.波的圖像表示在波的傳播方向上介質(zhì)中大量質(zhì)點在同一時刻相對平衡位置的位移，波動圖像一般隨時間的延續(xù)而變化(Δt=kT時，波形不變，k為整數(shù)).(2)從圖像可獲取的信息有：①該時刻各質(zhì)點的振動位移；②振幅A和波長；③若已知波的傳播方向，由圖像可知各質(zhì)點的振動方向；若已知某質(zhì)點此時刻的振動方向，由圖像可知波的傳播方向.【自測2】在均勻介質(zhì)中，一列沿x軸正向傳播的橫波，其波源O在第一個周期內(nèi)的振動圖像如右圖所示.則該波在第一個周期末的波形圖是()【解析】由振動圖像可知，在t=T時波源O的振動方向向下.再結(jié)合波形可知形成的波動圖像為圖D.D知識三

波的特有現(xiàn)象1.波的干涉和衍射項目波的干涉波的衍射條件兩列波的頻率必須_____明顯條件：障礙物或孔的尺寸比波長小或相差不多現(xiàn)象形成加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)相互隔開的穩(wěn)定的___________波能夠繞過障礙物或孔繼續(xù)向前傳播注意(1)振動加強(qiáng)和減弱區(qū)域不變(2)加強(qiáng)和減弱的是振幅，而不是位移(3)干涉現(xiàn)象出現(xiàn)是有條件的(1)衍射不需要條件，明顯衍射才需要(2)障礙物或孔本身不一定很小，只是與______相比小

相同干涉圖樣波長2.多普勒效應(yīng)【自測3】(2023年廣東卷)漁船常用回聲探測器發(fā)射的聲波探測水下魚群與障礙物.聲波在水中傳播速度為1500m/s，若探測器發(fā)出頻率為1.5×106Hz的聲波，下列說法正確的是()A.兩列聲波相遇時一定會發(fā)生干涉B.聲波從水中傳播到空氣中，波長會改變C.該聲波遇到尺寸約為1m的被探測物時會發(fā)生明顯衍射D.探測器接收到的回聲頻率與被探測物相對探測器運(yùn)動的速度無關(guān)B

題點各個擊破2命題點一波的圖像和傳播［自修掌握類］1.波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向的互判方法項目內(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”法將波形圖沿傳播方向進(jìn)行微小平移，再由x軸上某一位置的兩波形曲線上的點來判定2.由t時刻的波形推斷t+Δt時刻的波形

向下運(yùn)動40.5

1.(2022年廣東卷)如圖所示，某同學(xué)握住軟繩的一端周期性上下抖動，在繩上激發(fā)了一列簡諧波.從圖示時刻開始計時，經(jīng)過半個周期，繩上M處的質(zhì)點將運(yùn)動至______(填“N”“P”或“Q”)處.加快抖動，波的頻率增大，波速______(填“增大”“減小”或“不變”).

【解析】經(jīng)過半個周期，波向右傳播半個波長，而M點只在平衡位置附近上下振動，恰好運(yùn)動到最低點P點.波速是由介質(zhì)決定的，與頻率無關(guān)，波的頻率增大，而波速度仍保持不變.不變P

2.下圖中實線為一列簡諧橫波在某一時刻的波形曲線，經(jīng)過0.3s后，其波形圖曲線如圖中虛線所示.已知該波的周期T大于0.3s.若波是沿x軸正方向傳播的，則該波的速度大小為________m/s，周期為________s.若波是沿x軸負(fù)方向傳播的，則該波的周期為________s.

0.5

0.4

1.2

3.均勻介質(zhì)中質(zhì)點A、B的平衡位置位于x軸上，坐標(biāo)分別為0和xB=16cm.某簡諧橫波沿x軸正方向傳播，波速為v=20cm/s，波長大于20cm，振幅為y=1cm，且傳播時無衰減.t=0時刻A、B偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同，運(yùn)動方向相反.此后每隔Δt=0.6s兩者偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同.已知在t1時刻(t1>0)質(zhì)點A位于波峰.求：(1)從t1時刻開始，質(zhì)點B最少要經(jīng)過多長時間位于波峰；(2)t1時刻質(zhì)點B偏離平衡位置的位移.

(1)從t1時刻開始，質(zhì)點B最少要經(jīng)過多長時間位于波峰；(2)t1時刻質(zhì)點B偏離平衡位置的位移.

命題點二振動圖像和波動圖像的綜合運(yùn)用［師生共研類］振動圖像與波動圖像比較類型振動圖像波動圖像研究對象一振動質(zhì)點沿波傳播方向的所有質(zhì)點研究內(nèi)容一質(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)律圖像類型振動圖像波動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)任一質(zhì)點在該時刻的位移(3)任一質(zhì)點在該時刻的加速度方向(4)傳播方向、振動方向的互判圖像變化隨時間推移，圖像延續(xù)，但已有形狀不變隨時間推移，波形沿傳播方向平移一完整曲線占橫坐標(biāo)的距離表示一個周期表示一個波長例2

(多選)(2023年全國乙卷)一列簡諧橫波沿x軸傳播，圖甲是t=0時刻的波形圖.P是介質(zhì)中位于x=2m處的質(zhì)點，其振動圖像如圖乙所示.下列說法正確的是()A.波速為2m/sB.波向左傳播C.波的振幅是10cmD.x=3m處的質(zhì)點在t=7s時位于平衡位置E.質(zhì)點P在0~7s時間內(nèi)運(yùn)動的路程為70cmABE

1.(2020年北京卷)一列簡諧橫波某時刻波形如圖甲所示.由該時刻開始計時，質(zhì)點L的振動情況如圖乙所示.則下面說法正確的是()A.該橫波沿x軸負(fù)方向傳播B.該時刻質(zhì)點N向y軸負(fù)方向運(yùn)動C.質(zhì)點L經(jīng)半個周期將沿x軸正方向移動D.該時刻質(zhì)點K與M的速度、加速度都相同B【解析】由圖乙可知質(zhì)點L的振動情況，該時刻質(zhì)點L向y軸正方向振動.根據(jù)上下坡法或者平移法可知，該橫波沿x軸正方向傳播，該時刻質(zhì)點N向y軸負(fù)方向運(yùn)動，A錯誤，B正確.質(zhì)點L只在平衡位置附近y軸方向上、下振動，波傳播時，質(zhì)點不會沿x軸正方向移動，C錯誤.該時刻質(zhì)點K與M的速度為零，質(zhì)點K的加速度為-y方向，質(zhì)點M的加速度為+y方向，D錯誤.2.(多選)(2022年天津名校模擬)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，當(dāng)t=2s時波形如圖甲所示，此時波恰好傳到平衡位置在x=6m處的M質(zhì)點.N為平衡位置在x=11m處的質(zhì)點，圖乙為該簡諧橫波波源的振動圖像.則下列說法正確的是()A.該列波的波速為1m/sB.質(zhì)點N的起振方向沿y軸負(fù)方向C.當(dāng)t=2.5s時，質(zhì)點M的速度方向與加速度方向相同D.當(dāng)t=8s時，質(zhì)點N第一次到達(dá)波峰AD

命題點三機(jī)械波的多解問題［師生共研類］造成波動問題多解的主要因素例3有一列沿水平繩傳播的簡諧橫波，頻率為10Hz，質(zhì)點振動方向沿豎直方向.當(dāng)繩上的質(zhì)點P到達(dá)其平衡位置且向下運(yùn)動時，在其平衡位置右方相距0.6m處的質(zhì)點Q剛好到達(dá)最高點.由此可知波速和傳播方向不可能的是()A.4.8m/s，向右傳播 B.8m/s，向左傳播C.24m/s，向右傳播

D.24m/s，向左傳播D

1.(多選)簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，P、Q是傳播方向上相距10m的兩質(zhì)點，波先傳到P.當(dāng)波傳到Q開始計時，P、Q兩質(zhì)點的振動圖像如圖所示.則()A.質(zhì)點Q開始振動的方向沿y軸正方向B.該波從P傳到Q的時間可能為7sC.該波的傳播速度可能為2m/sD.該波的波長可能為6mAD

2.(2023年全國甲卷)分別沿x軸正向和負(fù)向傳播的兩列簡諧橫波P、Q的振動方向相同，振幅均為5cm，波長均為8m，波速均為4m/s.t=0時刻，P波剛好傳播到坐標(biāo)原點，該處的質(zhì)點將自平衡位置向下振動；Q波剛好傳到x=10m處，該處的質(zhì)點將自平衡置向上振動.經(jīng)過一段時間后，兩列波相遇.(1)在以下給出的坐標(biāo)圖上分別畫出P、Q兩列波在t=2.5s時刻的波形圖(P波用虛線，Q波用實線)；(2)求出圖示范圍內(nèi)的介質(zhì)中，因兩列波干涉而振動的振幅最大和振幅最小的平衡位置.(1)如圖(2)見解析【解析】(1)根據(jù)Δx=vt得Δx=4×2.5

m=10

m.可知t=2.5

s時P波剛好傳播到x=10

m處，Q波剛好傳播到x=0處.根據(jù)上下坡法可得波形圖如圖所示.

命題點四機(jī)械波的干涉和衍射［師生共研類］

2.干涉現(xiàn)象務(wù)必注意以下幾點(1)振動加強(qiáng)和減弱區(qū)域不變.(2)加強(qiáng)和減弱的是振幅，而不是位移.(3)干涉現(xiàn)象的出現(xiàn)是有條件的.3.發(fā)生明顯衍射的條件(1)若障礙物的尺寸與波長差不多或比波長小，則發(fā)生明顯衍射.(2)波的衍射不需要條件，沒滿足上述條件衍射只是不明顯.例4

(多選)如圖所示，當(dāng)波源和障礙物都靜止不動時，波源發(fā)出的波在障礙物處不能發(fā)生明顯衍射.下列措施可能使波發(fā)生較明顯衍射的是()A.增大波源的振動頻率B.減小波源的振動頻率C.增大障礙物的長度D.減小障礙物的長度

BD1.(2023年浙江卷)主動降噪耳機(jī)能收集周圍環(huán)境中的噪聲信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的抵消聲波.某一噪聲信號傳到耳膜的振動圖像如圖所示，取得最好降噪效果的抵消聲波(聲音在空氣中的傳播速度為340m/s)()A.振幅為2AB.頻率為100HzC.波長應(yīng)為1.7m的奇數(shù)倍D.在耳膜中產(chǎn)生的振動與圖中所示的振動同相B

2.(2022年全國乙卷)介質(zhì)中平衡位置在同一水平面上的兩個點波源S1和S2，兩者做簡諧運(yùn)動的振幅相等，周期均為0.8s.當(dāng)S1過平衡位置向上運(yùn)動時，S2也過平衡位置向上運(yùn)動.若波速為5m/s，則由S1和S2發(fā)出的簡諧橫波的波長均為________m.P為波源平衡位置所在水平面上的一點，與S1、S2平衡位置的距離均為10m，則兩波在P點引起的振動總是相互__