高考物理一轮复习-专题十四-机械振动与机械波-第2讲-机械波.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,第,2,讲 机械波,定义,_,在,介质中的传播形成机械波,产生条件,(1)_,；,(2)_,形成原因,介质中的质点受波源或邻近质点的驱动做,_,振动,分类,横波,振动方向与传播方向,_,的波，如绳波,纵波,振动方向与传播方向,_,的波，如声波,有波源,有介质,考点,1,机械波,机械振动,受迫,垂直,平行,考点,2,机械波的描述,相同,波源,f,1.,波长,：在波动中，振动相位总是,_,的两个相邻质,点间的距离,.,2.,频率,f,：与,_,的振动频率相等,.,3.,波速,v,：波在介质中的传播速度,.,4.,波速与波长和频率的关系：,v,_.,考点,3,波的图象,平衡位置,位移,1.,坐标轴的意义：横坐标表示在波的传播方向上各质点的,_,，纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的,_.,平衡位置,2.,图象的物理意义：某一时刻介质中各质点相对,_,的位移,.,考点,4,波的特性,1.,波的干涉,位移的矢,(1),波的叠加：几列波相遇时能够保持各自的运动特征继续,传播，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的,_,_.,(2),波的干涉,增大,减小,定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅,_,，,某些区域的振幅,_,的现象,.,产生稳定干涉的条件：两列波的,_,必须相等，,两个波源的相位差必须保持不变,.,频率,量和,2.,波的衍射,相差不多,更小,(1),定义：波绕过障碍物继续传播的现象,.,(2),产生明显衍射现象的条件：障碍物的尺寸或孔,(,缝,),的宽,度跟波长,_,，或者比波长,_.,3.,多普勒效应,相对运动,(1),定义：由于波源和观察者之间有,_,，使观察者接,收到的波的频率发生变化的现象,.,相对运动,(2),产生条件：波源和观察者之间有,_.,(3),规律：当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频,率,_,；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频,率,_.,升高,降低,【,基础自测,】,1.(,多选，,2016,年新课标,卷,),某同学漂浮在海面上，虽然,水面波正平稳地以,1,.8 m/s,的速率向着海滩传播，但他并不向海,滩靠近,.,该同学发现从第,1,个波峰到第,10,个波峰通过身下的时,间间隔为,15 s.,则下列说法正确的是,(,),A.,水面波是一种机械波,B.,该水面波的频率为,6 Hz,C.,该水面波的波长为,3 m,D.,水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不,会传递出去,E.,水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的,质点并不随波迁移,答案：,ACE,2.(,多选，,201,6,年新课标,卷,),由波源,S,形成的简谐横波在,均匀介质中向左、右传播,.,波,源振动的频率为,20 Hz,，波速为,16 m/s.,已知介质中,P,、,Q,两质点位于波源,S,的两侧，且,P,、,Q,和,S,的平衡位置在一条直线上，,P,、,Q,的平衡位置到,S,的平衡位置,之间的距离分别为,15.8 m,、,14.6 m.,P,、,Q,开始振动后，下列判断,正确的是,(,),A.,P,、,Q,两质点运动的方向始终相同,B.,P,、,Q,两质点运动的方向始终相反,C.,当,S,恰好通过平衡位置时，,P,、,Q,两点也正好通过平衡,位置,D.,当,S,恰好通过平衡位置向上运动时，,P,在波峰,E.,当,S,恰好通过平衡位置向下运动时，,Q,在波峰,答案：,BDE,过 周期处于平衡位置,3.(,多选，,201,7,年广东广州高三检测,),如图,14-2-1,所示,，,A,、,B,为振幅相同的相干波源，且向外传播过程中振幅衰减不计，,),图中实线表示波峰，虚线表示波谷，则下列叙述正确的是,(,A.,Q,点始终处于波峰位置,B.,R,、,S,两点始终处于静止状态,C.,P,、,Q,连线上各点振动始终最强,D.,P,点在图中所示的时刻处于波谷，再,E.,如果,A,、,B,两波源频率不同，也能产,图,14-2-1,生类似的稳定的干涉现象,答案：,BCD,4.(2017,年江苏卷,),野生大象群也有自,己的“语言”,.,研究人,员录下象群“语言”交流时发出的声音，发现以,2,倍速度快速,播放时，能听到比正常播放时更多的声音,.,播放速度变为原来的,2,倍时，播出声波的,_(,填“周期”或“频率”,),也变为原,来的,2,倍，声波的传播速度,_(,填“变大”“变小”或,“不变”,).,解析：,频率由波源决定，播放速度变为原来的,2,倍时，播,出声波的频率变为原来,2,倍，传播速度由介质决定，所以传播,速度不变,.,答案：,频率,不变,热点,1,机械波的传播规律,热点归纳,1.,波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向,相同,.,2.,介质中每个质点做的都是受迫振动，所以任一质点的振,动频率和周期都和波源相同,.,因此可以断定：波从一种介质进入,另一种介质，由于介质的情况不同，它的波长和,波速可能改变，,但频率和周期都不会改变,.,一个波长的距离，所以有,v,f,.,3.,振源经过一个周期,T,完成一次全振动，波恰好,向前传播,T,4.,质点振动,nT,(,波传播,n,),时，波形不变,.,5.,相隔波长整数倍的两质点，振动状态总相同，相隔半波,长奇数倍的两质点，振动状态总相反,.,【,典题,1,】,(,多选，,2017,年山东日照高三下学期二模,),如图,14-2-2,甲所示，沿波的传,播方向上有六个质点,a,、,b,、,c,、,d,、,e,、,f,，相邻两质点之间的距离均为,2 m,，各质点均静止在各自的平,衡位置，,t,0,时刻振源,a,开始做简谐运动，取竖直向上为振动,位移的正方向，其振,动图象如图乙所示，形成的简谐横波以,2 m/s,的速度水平向右传播，则下列说法正确的是,(,),甲,乙,图,14-2-2,A.,波传播到质点,c,时，质点,c,开始振动的方向沿,y,轴正,方向,B.0,4 s,内质点,b,运动的路程为,12 cm,C.4,5 s,内质点,d,的加速度正在逐渐减小,D.6 s,时质点,e,第一次回到平衡位置,E.,各质点都振动起来后，,a,与,c,的振动方向始终相同,答案：,ABE,【,迁移拓展,】,(2016,年新课标,卷,),一,列简谐横波在介质中,沿,x,轴正向传播，波长不小于,10 cm.,O,和,A,是介质中平衡位置,分别位于,x,0,和,x,5 cm,处的两个质点,.,t,0,时开始观测，此时,质点,O,的位移为,y,4 cm,，质点,A,处于波峰位置；,t,1,3,s,时，,质点,O,第一次回到平衡位置，,t,1 s,时，质点,A,第一次回到平,衡位置,.,求：,(1),简谐波的周期、波速和波长,.,(2),质点,O,的位移随时间变化的关系式,.,解：,(1),设振动周期为,T,.,由于质点,A,在,0,到,1 s,内由最大位,T,4 s,由于质点,O,与,A,的距离,5 cm,小于半个波长，且波沿,x,轴,正向传播，,O,在,t,1,3,s,时回到平衡位置，而,A,在,t,1 s,时回到,平衡位置，时间相差,2,3,s.,两质点平衡位置的距离除以传播时间，,可得波的速度,移处第一次回到平衡位置，经历的是 个周期，由此可知,v,7.5 cm/s,利用波长、波速和周期的关系得，简谐波的波长,30 cm.,(2),设质点,O,的位移随时间变,化的关系为,将式及题给条件代入上式得,热点,2,考向,1,波的图象的理解及应用,波的图象的应用,热点归纳,1.,通过图象能直接得到的信息：,(1),直接读取振幅,A,和波长,，以及该时刻各质点的位移,.,(2),确定该时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小,.,项目,内容,图象,“上下坡”法,沿波的传播方向，“上坡”时,质点向下振动，“下坡”时质,点向上振动,“同侧”法,波形上某点表示传播方向和振,动方向的箭头在图线同侧,“微平移”法,将波形沿传播方向进行微小的,平移，再由对应同一,x,坐标的,两波形曲线上的点来判断振动,方向,2.,波的传播方向与质点振动方向的互判方法：,【,典题,2,】,(,多选，,2017,年新课标,卷,),如图,14-2-3,所示，,一列简谐横,波沿,x,轴正方向传播，实线为,t,0,时的波形，虚线,为,t,0.5 s,时的波形,.,已知该简谐波的周期大于,0.5 s.,关于该简谐,),波，下列说法正确的是,(,A.,波长为,2 m,B.,波速为,6 m/s,C.,频率为,1.5 Hz,图,14-2-3,D.,t,1 s,时，,x,1 m,处的质点处于波峰,E.,t,2 s,时，,x,2 m,处的质点经过平衡位置,解析：,由波形图可知，波长为,4 m,，,A,错误；实线为,t,0,时的波形图，虚线为,t,0.5 s,时的波形图，波沿,x,轴正方向传播，,又该波的周期大于,0.5 s,，则,0,0.5 s,时间内波传播的距离,x,t,1 s,时，该质点应该在波谷位置向上振动，,D,错误；由,2 s,3,T,，,t,0,时，,x,2 m,处的质点在平衡位置，,t,2 s,时，该质点,同样经过平衡位置，,E,正确,.,答案：,BCE,方法技巧：,(1),巧解图象问,题：,求解波的图象与振动图象综合类问题可采用,“,一分、一看、,二找,”,的方法,.,分清振动图象与波的图象,.,此问题最简单，只要看清横坐,标即可，横坐标为,x,则为波的图象，横坐标为,t,则为振动图象,.,看清横、纵坐标的单位,.,尤其要注意单位前的数量级,.,找准波的图象对应的时刻,.,找准振动图象对应的质点,.,(2),图象问题的易错点：,不理解振动图象与波的图象的区别,.,误将振动图象看做波的图象或将波的图象看做振动图,象,.,不知道波传播过程中任意质点的起振方向就是波源的起,振方向,.,不会区分波的传播位移和质点的振动位移,.,误认为质点随波迁移,.,考向,2,波的多解问题,热点归纳,1.,造成波的问题多解的主要因素：,(1),周期性,时间周期性：时间间隔,t,与周期,T,的关系不明确,.,空间周期性：波传播距离,x,与波长,的关系不明确,.,(2),双向性,传播方向双向性：波,的传播方向不确定,.,振动方向双向性：质点振动方向不确定,.,如：,a.,质点,达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两,种可能,.,b.,质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下,(,或,向左、向右,),两种可能,.,c.,只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传,播的可能，即沿,x,轴正方向或沿,x,轴负方向传播,.,d.,只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能,.,(3),波形的隐含性形成多解：,在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几,个特殊点，而其余信息均处于隐含状态,.,这样，波形就有多种情,况，形成波动问题的多解性,.,2.,解决波的多解问题的思路：,一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满,足条件的关系,t,或,x,，若此关系为时间，则,t,nT,t,(,n,0,1,2,，,),；若此关系为距离，则,x,n,x,(,n,0,1,2,，,).,【,典题,3,】,(2015,年新课标,卷,),甲、乙两列简谐横波在同,一介质中分别沿,x,轴正向和负向传播，波速均为,v,25 cm/s.,两,列波在,t,0,时的波形曲线如图,14-2-4,所示,.,求：,图,14-2-4,(1),t,0,时，介质中偏离平衡位置位移为,16 cm,的所有质点,的,x,坐标,.,(2),从,t,0,开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为,16 cm,的质点的时间,.,解：,(1),t,0,时，在,x,50 cm,处两列波的波峰相遇，该处质,点偏离平衡位置的位移为,16 cm,，两列波的波峰相遇处的质点,偏离平衡位置的位移均为,16 cm.,从图线可以看出，甲、乙两列波的波长分别为,1,50 cm,，,2,60 cm,甲、乙两列波波峰的,x,坐标分别为,x,1,50,k,1,1,，,k,1,0,，,1,，,2,，,x,2,50,k,2,2,，,k,2,0,，,1,，,2,，,由式得，介质中偏离平衡位置位移为,16 cm,的所有,质点的,x,坐标为,x,(50,300,n,)cm,，,n,0,，,1,，,2,，,.,(2),只有两列波的波谷相遇处的质点的位移为,16 cm.,t,0,时，两波波谷间的,x,坐标之差为,式中，,m,1,和,m,2,均为整数,.,将式代入式得,x,10(6,m,2,5,m,1,),5,由于,m,1,、,m,2,均为整数，相向,传播的波谷间的距离最小为,x,0,5 cm,从,t,0,开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为,16 cm,的质点的时间为,代入数据解得,t,0.1 s.,方法技巧：,波的多解问题的一般解题步骤：,(1),根据初、末两时刻的波形确定传播距离与,波长的关系通,式,.,(2),根据题设条件判断是唯一解还是多解,.,项目,振动图象,波的图象,研究对象,一个振动质点,沿波传播方向的所有质点,研究内容,某一质点的位移随时,间的变化规律,某时刻所有质点的空间分,布规律,图象,物理意义,表示同一质点在各时,刻的位移,表示某时刻各质点的位移,考向,3,振动图象和波的图象的综合应用,热点归纳,项目,振动图象,波的图象,图象信息,(1),质点振动周期,(2),质点振幅,(3),某一质点在各时刻,的位移,(4),各时刻速度、加速,度的方向,(1),波长、振幅,(2),任意一质点在该时刻的,位移,(3),任意一质点在该时刻加,速度的方向,(4),传播方向、振动方向的,互判,图象变化,随时间推移图象延,续，但已有形状不变,随时间推移，图象沿传播方,向平移,一个完整曲,线占横坐标,的距离,表示一个周期,表示一个波长,(,续表,),【,典题,4,】,(,多选，,2017,年山东枣庄一模,),如图,14-2-5,甲所,示，同一均匀,介质中的一条直线上有相距,10 m,的两质点,A,、,B,，,C,为,AB,的中点,.,从,0,时刻起，,A,、,B,同时开始振动，且都只振动,了一个周期,.,图乙为,A,的振动图象，图丙为,B,的振动图象,.,若,A,向右传播的波与,B,向左传播的波在,0.5 s,时相遇，则下列说法正,确的是,(,),甲,丙,乙,图,14-2,-5,A.,两列波的波长都是,5 m,B.,两列波在,A,、,B,间的传播速度均为,10 m/s,C.,在两列波相遇过程中，,C,为振动加强点,D.,在,1 s,时，质点,B,经过平衡位置且振动方向向上,E.1 s,内，,C,经过的路程为,0,解析：,两波在均匀介质中传播波速相同，设为,v,，则有,2,v,t,0.2 s,，则波长为：,v,T,2 m.,故,A,错误，,B,正确,.,当,A,的波峰,(,或,波谷,),传到,C,时，恰好,B,的波谷,(,或波峰,),传到,C,点，所以,C,点的,振动始终减弱,.,故,C,错误,.,质点,A,处产生的振动传递到,B,的时间：,播到,B,点，由于,A,处的振动起振的方向向上，所以质点,B,从平,衡位置且振动方向向上，故,D,正确,.,由于,C,点的振动始终减弱，,而且两侧的振动的振幅相等，所以在,1 s,内，,C,经过的路程为,0,，,故,E,正确,.,答案：,BDE,热点,3,考向,1,波的干涉、衍射、多普勒效应,波的干涉现象中加强点、减弱点的两种判断方法,热点归纳,1.,公式法：,某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源,的距离之差,r,.,(1),当两波源振动步调一致时：,若,r,n,(,n,0,1,2,，,),，则振动加强,.,(2),当两波源振动步调相反时：,若,r,n,(,n,0,1,2,，,),，则振动减弱,.,2.,现象法：,在某时刻波的干涉的波形上，波峰与波峰,(,或波谷与波谷,),的交点，一定是加强点，而波峰与,波谷的交点一定是减弱点，,各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连,线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点,之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间,.,【,典题,5,】,(2017,年新课标,卷,),如图,14-2-6,甲所示，在,xy,平面内有两个沿,z,方向做简谐振动的点波源,S,1,(0,4),和,S,2,(0,，,2).,两波源的振动图线分别如图乙和丙所示，两列波的波速均为,1.00 m/s.,两列波从波源传播到点,A,(8,，,2),的路程差为,_m,，,两列波引起的点,B,(4,1),处质点的振动相互,_(,填“加强”,或“减弱”,),，点,C,(0,0.5),处质点的振动相互,_(,填“加,强”或“减弱”,).,甲,乙,丙,图,14,-2-6,答案：,2,减弱,加强,也能发生振动，下列采用的方法不可行的是,(),考向,2,对波的衍射条件的理解,【,典题,6,】,(,多选,),如图,14-2-7,所示,，,S,为在水面上振动的波,源，,M,、,N,是水面上的两块挡块，其中,N,板可以上下移动，两,板中间有一狭缝，此时测得,A,处的水没有振动，为使,A,处的水,A.,使波源的频率增大,B.,使波源的频率减小,C.,移动,N,使狭缝的间距增大,D.,移动,N,使狭缝的间距减小,E.,波沿直线传播，所以只要,A,、,S,的连线不被挡块,图,14-2-7,挡住即可,答案：,ACE,.,考向,3,对多普勒效应的理解,【,典题,7,】,(,多选,),如图,14-2-8,甲所示，男同学,站立不动吹口,哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，如图乙所示，下列关于,),女同学的感受的说法正确的是,(,甲,乙,图,14-2-8,A.,女同学从,A,向,B,运动过程中，她感觉哨声音调变高,B.,女同学从,E,向,D,运动过程中，她感觉哨声音调变高,C.,女同学在点,C,向右运动时，她感觉哨声音调不变,D.,女同学在点,C,向左运动时，她感觉哨声音调变低,E.,女同学从,B,向,D,运动过程中，她感觉哨声音调变高,解析：,女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她,都有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都会感到哨声音调,变高；反之，女同学向左运动时，她感到音调变低，,A,、,D,、,E,正确，,B,、,C,错误,.,答案：,ADE,