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2021高考物理一轮复习-第13章-机械振动-机械波-第2讲-机械波学案.doc
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1、2021高考物理一轮复习 第13章 机械振动 机械波 第2讲 机械波学案2021高考物理一轮复习 第13章 机械振动 机械波 第2讲 机械波学案年级:姓名:- 26 -第2讲机械波知识点机械波横波和纵波1机械波的形成和传播(1)产生条件有波源;有介质,如空气、水、绳子等。(2)传播特点传播振动形式、能量和信息;介质中质点不随波迁移;介质中各质点振动频率、起振方向都与波源相同。2机械波的分类分类质点振动方向和波的传播方向的关系形状举例横波垂直凹凸相间;有波峰、波谷绳波等纵波在同一条直线上疏密相间;有密部、疏部弹簧波、声波等知识点机械波的图象1坐标轴:横轴表示各质点的平衡位置,纵轴表示该时刻各质点
2、偏离各自平衡位置的位移。2意义:表示在某一时刻各质点离开各自平衡位置的位移。3图象4应用(1)可直接读取振幅A、波长,以及该时刻各质点偏离各自平衡位置的位移。(2)可确定该时刻各质点加速度的方向,并能比较该时刻不同质点速度或加速度的大小。(3)可结合波的传播方向确定各质点的振动方向,或结合某个质点的振动方向确定波的传播方向。知识点波速、波长、频率(周期)及其关系1波长:在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。2波速v:波在介质中的传播速度,由介质本身的性质决定。3频率f:由波源决定,等于波源的振动频率;与周期的关系为f。4波长、波速、频率和周期的关系:vf。知识点波的反射、折射1.理
3、论和实践证明,水波、声波等一切波都会发生反射和折射现象。(1)声波、水波等一切波遇到挡板时会发生反射。(2)与光的折射类似,波从一种介质向另一种介质传播时,在交界面处将发生折射。2.波的入射方向、反射方向、折射方向都可以用一条射线表示,分别叫做:入射线、反射线、折射线。3.波的反射规律:反射线、法线与入射线在同一平面内,反射线与入射线分居法线两侧,反射角等于入射角。知识点波的干涉和衍射1波的独立传播原理两列波相遇后彼此穿过,仍然保持各自的运动特征,即各自的波长、频率等保持不变,继续传播,就像没有跟另一列波相遇一样。2波的叠加几列波相遇时能够保持各自的运动特征,即各自的波长、频率等保持不变,继续
4、传播,在它们重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移(速度、加速度)等于这几列波单独传播时引起的位移(速度、加速度)的矢量和。3波的干涉和衍射的比较内容波的衍射波的干涉定义波可以绕过障碍物继续传播的现象频率相同的两列波叠加,某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的现象现象波偏离直线而传播到直线以外的空间两列波叠加区域形成相互间隔的稳定的振动加强区和振动减弱区,产生稳定的干涉图样条件明显发生的条件:缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长小必要条件:两列波的频率相同,相位差保持不变相同点干涉和衍射是波特有的现象知识点多普勒效应1定义:由于波源和观察者之间有相对运动,使观
5、察者接收到的波的频率发生变化的现象叫多普勒效应。2规律:波源的频率不变,只是观察者接收到的波的频率发生变化。如果二者相互靠近,观察者接收到的频率变大;如果二者相互远离,观察者接收到的频率变小。3应用:利用声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度;利用光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的运行速度。一 堵点疏通1在水平方向传播的波为横波。()2在机械波中各质点不随波的传播而迁移。()3通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移。()4机械波在传播过程中,各质点振动的周期、起振方向都相同。()5机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。()6波速表示介质中质点振动的快慢。()7两列波在介质中
6、叠加,一定产生干涉现象。()8一切波都能发生衍射现象。()9多普勒效应说明波源的频率发生变化。()10机械波在介质中传播的速度由介质本身决定。()答案1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.二 对点激活1.(人教版选修34P28T1)(多选)简谐横波某时刻的波形如图所示。P为介质中的一个质点,波沿x轴的正方向传播。以下说法正确的是()A质点P此时刻的速度沿x轴的正方向B质点P此时刻的加速度沿y轴的正方向C再过半个周期时,质点P的位移为负值D经过一个周期,质点P通过的路程为4a答案CD解析波沿x轴正方向传播,由同侧法知,P此刻的速度沿y轴正方向,故A错误;P此刻的加速度沿y轴负方向,故B错误;
7、再经过半个周期,质点P的位移为负值,故C正确;经过一个周期,质点P通过的路程为4a,故D正确。2(人教版选修34P28T2改编)一列横波在t0时刻的波形如图甲所示,图乙表示介质中某质点的振动图象,若波沿x轴的正方向传播,则图乙为哪点的振动图象()AK点 B.L点 C.M点 D.N点答案B解析由题图乙知t0时刻该点位移为零,所以排除K、M两点,tT时该点位移为正的最大值,所以t0时刻,该点振动方向向上,波沿x轴正方向传播,由同侧法知L点振动方向向上,故B正确。3(2019陕西榆林高三第三次模拟改编)(多选)一列简谐横波从左向右以v2 m/s的速度传播,某时刻的波形图如图所示。下列说法正确的是()
8、AA质点再经过周期将传播到C点BB点正在向上运动CB点再经过T回到平衡位置D该波的周期T0.05 s答案BD解析在波的传播过程中,质点不随波传播,A质点不可能传播到C点,故A错误;由波向右传播,根据“同侧法”判断质点的振动方向,可知B点向上振动,故B正确;B点向上振动靠近平衡位置,平均速度较大,所用时间小于T,故C错误;T0.05 s,故D正确。4(人教版选修34P35T1)(多选)以下关于波的衍射的说法,正确的是()A波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象B当障碍物的尺寸比波长大得多时,会发生明显的衍射现象C当孔的大小比波长小时,会发生明显的衍射现象D通常讲话产生的声波,经过尺寸为1 m左
9、右的障碍物时会发生明显的衍射现象答案CD解析波发生明显衍射的条件是:孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或者比波长更小,A、B错误,C正确;通常讲话产生的声波的波长与1 m相差不多,故D正确。5根据多普勒效应,下列说法中正确的是()A多普勒效应只适用于声波B当波源和观察者同向运动时,观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低C当波源和观察者相向运动时,观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高D当波源和观察者反向运动时,观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高答案C解析多普勒效应适用于各种波,A错误;由于波源和观察者同向运动的快慢不确定,接收频率可能变高、不变、变低,B错误;两者相向运动时,
10、接收频率变高,C正确;两者反向运动时,接收频率变低,D错误。考点细研 悟法培优考点1机械波的形成与传播1.波速与振速的区别(1)波速:波源振动几个周期,波形就向外平移性延伸几个波长,这个比值就表示了波形向外平移性延伸(或振动能量向外传播)的速度,即波速。波速的大小与介质有关,与波源的振动频率无关,波在同一均匀介质中的传播是匀速的。(2)振速:质点的振动速度,即为振速。波动中各质点都在平衡位置附近做周期性振动,即做变速运动,振速周期性变化。振速与质点偏离平衡位置的位移有关。2机械振动与机械波的区别和联系名称项目机械振动机械波区别运动特点机械振动是单个质点以平衡位置为中心所做的往复运动机械波是介质
11、中大量质点依次发生受迫振动而形成的“集体运动”产生原因机械振动是质点受到回复力作用的结果机械波是从波源处开始,由近及远,介质中质点依次施力带动相邻质点发生受迫振动形成的能量变化情况机械振动过程中,动能和势能不断地相互转化,总机械能守恒振源将能量传递给相邻质点,相邻质点再将能量传递给它的相邻质点,由近及远,每个质点在不断地吸收和放出能量,从而把波源的能量传播出去,是一个能量的传播过程联系(1)机械波是机械振动在介质中传播形成的(2)机械波的周期等于介质中质点机械振动的周期(3)有机械振动不一定有机械波,但有机械波一定有机械振动(4)波源停止振动后,介质中的机械波动并不立即停止传播,而是继续向远处
12、传播,直到振动能量全部损耗完3波的传播过程中的特点(1)振源经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传播一个波长的距离,所以有vf。(2)质点振动nT(波传播n)时,波形不变。(3)在波的传播方向上,当两质点平衡位置间的距离为n(n1,2,3)时,它们的振动步调总相同;当两质点平衡位置间的距离为(2n1)(n0,1,2,3)时,它们的振动步调总相反。(4)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向,各质点的起振方向与波源的起振方向相同。4波的传播方向与质点振动方向的互判方法方法解读图象演示“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”法波形图上某点表示传
13、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例1(多选)如图甲所示,沿波的传播方向上有间距均为1 m的六个质点a、b、c、d、e、f,均静止在各自的平衡位置,t0时刻振源a从平衡位置竖直向上做简谐运动,其振动图象如图乙所示,形成的简谐横波以1 m/s的速度水平向右传播,则下列说法正确的是()A03 s内质点b运动路程为4 cmB45 s内质点c的加速度在减小C6 s时质点e的速度大小为1 m/s,水平向右D此六质点都振动起来后,质点a的运动方向始终与质点c的运动方向相反(1)某时刻质点的速度能否水平向右?提示:不
14、能,质点不随波迁移。(2)该波波长为多少?提示:由图乙知T4 s,则vT4 m。尝试解答选AD。tab1 s,则质点b从1 s后开始振动,03 s内质点b振动了2 s,运动路程为2A4 cm,A正确;由题图乙易知波的周期为4 s,波速为1 m/s,则波长为4 m,质点a和质点c相隔半个波长,故两质点的运动情况恰好相反,易知45 s内质点c正从平衡位置向下振动,加速度在逐渐增大,B错误,D正确;质点只在平衡位置附近上下振动,并不随波迁移,故质点e的速度不可能沿水平方向,C错误。机械波的特点及各物理量之间的关系(1)机械波的形成和传播离不开介质。(2)机械波传播的是振动的形式、能量和信息。(3)在
15、波的传播方向上,各质点只在各自平衡位置附近振动,并不随波迁移。(4)时空重复性:机械波传播时,介质中的质点不断地重复着振源的振动形式。(5)周期、频率同源性:介质中各质点的振动周期、频率均等于振源的振动周期、频率,且在传播中保持不变。(6)起振同向性:介质中各质点开始振动的方向与振源开始振动的方向相同。(7)波长、波速和频率的关系:vf,f由波源决定,v由介质决定。变式11如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t0时刻波的图象,波源S位于原点O处,波速v4 m/s,振幅A2 cm。t0时刻,平衡位置在x8 m处的质点P刚好开始振动,质点M的平衡位置在x12 m处。则下列说法正确的是()A波
16、源S的起振方向沿y轴负方向B波源S的振动周期为0.5 sCt1 s时刻,质点P运动到M点D在t0到t3.5 s这段时间内,质点M通过的路程为10 cm答案D解析根据“上下坡法”判断,P点的起振方向沿y轴正方向,则波源S的起振方向沿y轴正方向,A错误;由图知该简谐波的波长为8 m,根据公式v可得,波源S的振动周期为T2 s,B错误;筒谐振动的质点在平衡位置附近上下振动,不会随波迁移,C错误;质点在一个周期内通过的路程为4A8 cm,在t0到t3.5 s这段时间内,质点M从t1 s开始振动通过的路程为5A10 cm,D正确。变式12(2019广东汕头一模改编)(多选)一列机械波在t0时刻第一次形成
17、的波形如图所示,质点A、P、B、C、Q在x轴上的位置分别为1 cm、1.5 cm、3 cm、4 cm、19 cm。从此时开始,质点B到达波峰的时间比质点C早了0.5 s。下列说法正确的是()At0时刻,质点P向上振动B振源振动的频率为0.5 HzC该波的波速为2 m/sDt9 s时,质点Q处于波峰位置答案ABD解析由于从图示时刻开始,质点B到达波峰的时间比质点C早了0.5 s,故质点C向下振动,波向右传播,t0时刻,因波向右传播,由同侧法知P向上振动,故A正确;B比C超前运动个周期,即0.5 s,则周期T2 s,频率f0.5 Hz,故B正确;由图知4 cm,v m/s0.02 m/s,故C错误
18、;由第一波峰传到Q点历时:t s9 s,故D正确。考点2波动图象和振动图象的综合应用波动图象和振动图象的比较振动图象波动图象研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻介质中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偏离平衡位置的位移表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻偏离平衡位置的位移(4)某一质点在各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻偏离平衡位置的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向(4)已知波的传播方向,可判断介质中各质点振动方向;已知介质中某一质
19、点的振动方向,可判断波的传播方向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,波形沿传播方向平移连续重复的最短完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长例2(2019云南昆明4月质检改编)如图所示,图甲为沿x轴传播的一列简谐横波在t0.2 s时刻的波形图,图乙为质点B的振动图象,下列说法正确的是()A从t0到t0.1 s,该波沿x轴正方向传播了2 cmB在t0时,质点A的速度方向和加速度方向均沿y轴正方向C在t0.1 s时,质点C和质点D的速度相同D质点D做简谐运动的表达式为y0.05cos(5t) m(1)如何判断波的传播方向?提示:由乙图知t0.2 s时质点B的振动方向沿y轴
20、向下,由甲图据同侧法知波沿x轴负方向传播。(2)C、D两质点相差半个波长,振动情况相同吗?提示:相反。尝试解答选B。由图乙可知,周期T0.4 s,质点B在t0.2 s时在平衡位置向下振动,由同侧法可知,波沿x轴负方向传播,故A错误;由图甲向前推半个周期可知,t0时,质点A的速度方向和加速度方向均沿y轴正方向,故B正确;将图甲向前推四分之一周期,t0.1 s时,C、D质点虽都在平衡位置,但两者相差半个波长,所以速度方向不相同,故C错误;t0时,质点D在波谷,5 rad/s,所以质点D做简谐运动的表达式为y0.05cos(5t) m,故D错误。求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二
21、找”的方法变式2(2019河南六市高三联合一模改编)(多选)甲图为一列简谐横波在t2 s时波的图象,Q为x4 m的质点,P为x11 m的质点。乙图为质点P的振动图象。下列说法正确的是()A此波沿x轴负方向传播Bt2 s时,Q点的位移为 cmCt s时,Q点到达正的最大位移处Dt s时,Q点回到平衡位置且向y轴负方向运动答案AD解析由乙图知,在t2 s时质点P沿y轴正方向运动,根据上下坡法可知此波沿x轴负方向传播,故A正确;由甲图知,波长12 m,由乙图知,周期T4 s,所以波速v3 m/s,在t2 s时,x14 m处的质点处在正向最大位移处,当该点的振动形式传播到Q点时,Q点到达波峰,需时t
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