《備考指南一輪 物理 》課件-第14章 第2講

機械振動和光學(xué)第十四章第2講機械波【備考指南】1.知道機械波的特點和分類.2.掌握波速、波長和頻率的關(guān)系，能分析波的圖像.3.理解波的干涉、衍射現(xiàn)象和多普勒效應(yīng)，掌握波的干涉和衍射的條件．欄目導(dǎo)航01知識梳理回顧02要點各個擊破03配套訓(xùn)練知識梳理回顧11．定義：機械振動在________中傳播，形成機械波．2．形成條件(1)有________．(2)有介質(zhì)，如空氣、水、繩子等．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________．一機械波的形成、傳播與描述介質(zhì)

波源

相同

4．機械波的分類分類質(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)【對點小練】1．(多選)如圖，a、b、c、d是均勻介質(zhì)中x軸上的四個質(zhì)點，相鄰兩點的間距依次為2m、4m和6m．一列簡諧橫波以2m/s的波速沿x軸正向傳播，在t＝0時刻到達質(zhì)點a處，質(zhì)點a由平衡位置開始豎直向下運動，t＝3s時a第一次到達最高點．下列說法正確的是(

)A．在t＝6s時刻波恰好傳到質(zhì)點d處B．在t＝5s時刻質(zhì)點c恰好到達最高點C．質(zhì)點b開始振動后，其振動周期為4sD．在4s<t<6s的時間間隔內(nèi)質(zhì)點c向上運動【答案】ACD1．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．二簡諧橫波的圖像平衡位置位移

正弦

3．橫波圖像的應(yīng)用(1)直接讀取波動中質(zhì)點的振幅A和波長λ，以及任一質(zhì)點此刻的位移、加速度方向．(2)若已知波的傳播方向，可知介質(zhì)質(zhì)點的__________；反之亦然．(3)若知波速v，可求此時刻以后某一時刻的波形圖，方法是把波形圖平移Δx＝vΔt的距離．振動方向

【對點小練】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)的振動圖像如圖所示，則該波在第一個周期末的波形圖是(

)【答案】D【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D圖．1．波的干涉和衍射三波的特有現(xiàn)象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)振動加強和減弱區(qū)域不變(2)加強和減弱的是振幅，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.相同干涉圖像波長2．多普勒效應(yīng)(1)條件：聲源和觀察者之間有___________．(2)現(xiàn)象：觀察者感到波的頻率發(fā)生變化．(3)實質(zhì)：聲源頻率不變，觀察者接收到的頻率變化．(4)規(guī)律：當(dāng)波源與觀察者二者相互接近，觀察者接收到的頻率________；二者遠離時，觀察者接收到的頻率________．相對運動變大變小【對點小練】1．(多選)如圖是水面上兩列頻率相同的波在某時刻的疊加情況，以波源S1、S2為圓心的兩組同心圓弧分別表示同一時刻兩列波的波峰(實線)和波谷(虛線)；S1的振幅A1＝4cm，S2的振幅A2＝3cm，則下列說法正確的是(

)A．質(zhì)點D是振動減弱點B．質(zhì)點A、D在該時刻的高度差為14cmC．再過半個周期，質(zhì)點B、C是振動加強點D．質(zhì)點C的振幅為1cm【答案】BD【解析】由圖像可知，D點為兩波谷相遇，是加強點，選項A錯誤；此時A點在加強后的最高點，D點在加強后的最低點，由合成疊加關(guān)系可知A、D的高度差為14cm，選項B正確；由于兩波的頻率相等，疊加后會形成穩(wěn)定的干涉圖像，所以A、D點始終是加強點，B、C點始終是減弱點，選項C錯誤；質(zhì)點C為減弱點，振幅為兩振幅之差，為1cm，選項D正確．要點各個擊破2要點1波的圖像和傳播1．波動圖像的信息(如圖所示)(1)直接讀取振幅A和波長λ，以及該時刻各質(zhì)點的位移．(2)確定某時刻各質(zhì)點加速度的方向，并能比較其大小．(3)結(jié)合波的傳播方向可確定各質(zhì)點的振動方向或由各質(zhì)點的振動方向確定波的傳播方向．2．波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向的互判方法例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(dāng)波傳到P點時，波源恰好處于波峰位置；此后再經(jīng)過5s，在平衡位置的Q質(zhì)點第一次處于波峰位置．求：(1)P、Q間的距離；(2)從t＝0開始到在平衡位置的Q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．【答案】(1)133cm

(2)125cm練1

如圖為一列沿x軸正方向傳播的簡諧機械橫波某時刻的波形圖．質(zhì)點P的振動周期為0.4s．求該波的波速并判斷P點此時的振動方向．【答案】2.5m/s沿y軸正方向要點2振動圖像和波動圖像的綜合運用振動圖像與波動圖像比較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)任意一質(zhì)點在該時刻的位移(3)任意一質(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

(2020屆天津九校聯(lián)考)如圖甲為一列簡諧橫波在t＝0.20s時刻的波形圖，P是平衡位置在x＝1.0m處的質(zhì)點，Q是在平衡位置x＝4m處的質(zhì)點，如圖乙為質(zhì)點Q的振動圖像．下列說法正確的有(

)A．在t＝0.10s時，質(zhì)點Q向y軸正方向運動B．在t＝0.25s時，質(zhì)點P的加速度方向與y軸正方向相同C．從t＝0.10s到t＝0.25s，該波沿x軸負方向傳播了6mD．從t＝0.10s到t＝0.25s，質(zhì)點P通過的路程大于30cm【答案】BD【解析】由圖甲可知，該波波長是8m，由圖乙可知，該波的周期是0.20s．圖乙為質(zhì)點Q的振動圖像，則知在t＝0.10s時，質(zhì)點Q從平衡位置向波谷運動，所以t＝0.10s時，質(zhì)點Q向y軸負方向運動，故A錯誤．在t＝0.20s時，質(zhì)點Q沿y軸正方向運動，根據(jù)波形平穩(wěn)法可知該波沿x軸正方向傳播，此時P點正向下運動；

練2

(多選)(2020屆天津名校模擬)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，t＝2s時刻的波形如圖甲所示，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第一次到達波峰【答案】AD要點3波的多解問題造成波動問題多解的主要因素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．①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．②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、向右)兩種可能．③只告訴波速不指明波的傳播方向，應(yīng)考慮沿兩個方向傳播的可能，即沿x軸正方向或沿x軸負方向傳播．④只給出兩時刻的波形，則有多次重復(fù)出現(xiàn)的可能．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．練3

(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6m【答案】AD要點4波的干涉和衍射2．干涉現(xiàn)象務(wù)必注意以下幾點(1)振動加強和減弱區(qū)域不變．(2)加強和減弱的是振幅，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)波的衍射是不需要條件的，沒達到上述條件的只是不明顯．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)生較為明顯衍射的是(

)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