(浙江选考)2020版高考物理一轮复习第11章机械振动机械波光电磁波第2讲机械波学案.doc
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1、1第 2 讲 机械波知识排查机械波 横波和纵波定义 机械振动在介质中的传播形成机械波产生条件 (1)波源;(2)介质形成原因 介质中的质点受波源或邻近质点的驱动做受迫振动横波 振动方向与传播方向垂直的波,如绳波分类 纵波 振动方向与传播方向平行的波,如声波波速、波长和频率的关系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.频率 f:与波源的振动频率相等。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 f 。波的图象1.坐标轴的意义:横坐标表示在波的传播方向上各质点的平衡位置,纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。2.图象的物理意义:某一时刻介质中
2、各质点相对平衡位置的位移。波的干涉和衍射现象 多普勒效应1.波的干涉和衍射波的干涉 波的衍射条件 两列波的频率必须相同明显条件:障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多现象形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的干涉图样波能够绕过障碍物或孔继续向前传播2.多普勒效应(1)条件:声源和观察者之间有相对运动。(2)现象:观察者感到频率发生变化。(3)实质:声源频率不变,观察者接收到的频率变化。3.(1)内容:介质中任一波面上的各点,都可以看作发射子波的波源,其后任意时刻,这些2子波在波前进方向的包络面就是新的波面。(2)应用:如果知道某时刻一列波的某个波面的位置,还知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个
3、波面的位置,从而确定波的传播方向。小题速练1.思考判断(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)发生多普勒效应时,波源发出的频率不变( )答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
4、(9) (10)2.(多选)一列沿 x 轴正方向传播的简谐横波在 t0 时刻的波形如图 1 所示,质点 P 的 x 坐标为 3 m。已知任意振动质点连续 2 次经过平衡位置的时间间隔为 0.4 s。下列说法正确的是( )图 1A.波速为 4 m/sB.波的频率为 1.25 HzC.x 坐标为 15 m 的质点在 t0.6 s 时恰好位于波谷D.x 坐标为 22 m 的质点在 t0.2 s 时恰好位于波峰解析 任意振动质点连续 2 次经过平衡位置的时间间隔为 0.4 s,可知振动周期 T0.8 s,频率 f 1.25 Hz,选项 B 正确;从题图中可以看出波长 4 m,根据 v f 得1Tv5
5、m/s,选项 A 错误;由于波在传播过程中具有空间周期性, x 坐标为 15 m 处的质点运动规律与 x3 m 处的质点相同,从 t0 时刻经过 0.6 s,即经历 周期,质点应位于平衡34位置,选项 C 错误;用同样的方法可判断出选项 D 正确。答案 BD3波的形成和传播 波的图象1.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v f 。 T(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(2 n1) (n0,1
6、,2,3)时,它们的振动 2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。2.波动图象的信息(如图 2 所示)图 2(1)直接读取振幅 A 和波长 ,以及该时刻各质点的位移。(2)确定某时刻各质点加速度的方向,并能比较其大小。(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。3.波的传播方向与质点振动方向的互判方法方法 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”法波形图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
7、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4.振动图象与波的图象的比较振动图象 波的图象研究对象 一个质点 沿波传播方向上的所有质点4图象正(余)弦曲线 正(余)弦曲线物理意义 某质点在各时刻的位移 某时刻各质点的位移振动方向(看下一时刻的位移) (将波沿传播方向平移) t 波形随时间推移,图象延续,但已有形状不变随时间推移,图象沿波的传播方向平移横坐标 表示时间 表示各质点的平衡位置联系(1)纵坐标均表示质点的位移;(2)纵坐标的最大值都表示振幅;(3)波在传播过程中,各质点都在各自的平衡位置附近振动,每一个质点都有自己的振动图象【典例 1】 (20174 月浙江选考)(多选
8、)一列向右传播的简谐横波,当波传到 x2.0 m处的 P 点时开始计时,该时刻波形如图 3 所示, t0.9 s 时,观测到质点 P 第三次到达波峰位置。下列说法正确的是( )图 3A.波速为 0.5 m/sB.经 1.4 s 质点 P 运动的路程为 70 cmC.t1.6 s 时, x4.5 m 处的质点 Q 第三次到达波谷D.与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率一定为 2.5 Hz解析 根据同侧法可知,起振方向为竖直向上。 P 点第三次到达波峰即(2 )T0.9 14s, T0.4 s,所以波速 v 5 m/s,所以 A 选项错误;1.4 s 等于 3.5 个周期,质点的 T振动路程为 s
9、3.54 A3.545 cm70 cm,所以 B 正确;经过 t s0.5 s4.5 25波传播至 Q 点,再经过 1.1 s,即 2 T 后 Q 第三次到达波谷,选项 C 正确;要发生干涉345现象,两列波的频率一定相同, f 2.5 Hz,选项 D 正确。1T答案 BCD【典例 2】 (201811 月浙江选考)(多选)如图 4 所示,两种不同材料的弹性细绳在 O 处连接, M、 O 和 N 是该绳上的三个点, OM 间距离为 7.0 m, ON 间距离为 5.0 m, O 点上下振动,则形成以 O 点为波源向左和向右传播的简谐横波和,其中波的波速为 1.0 m/s, t0 时刻 O 点处
10、在波谷位置,观察发现 5 s 后此波谷传到 M 点,此时 O 点正通过平衡位置向上运动, OM 间还有一个波谷,则( )图 4A.波的波长为 4 mB.N 点的振动周期为 4 sC.t3 s 时, N 点恰好处于波谷D.当 M 点处于波峰时, N 点也一定处于波峰解析 由题意“5 s 后此波谷传到 M 点,此时 O 点正通过平衡位置向上运动”可知, OM 间的距离为 1.25 ,即 5.6 m,选项 A 错误; O 点的振动周期为 T,则 1.25T5 L1.25s,所以 T4 s,故 N 点的周期也为 4 s,选项 B 正确;由于波速为 1 m/s,所以波长为 vT4 m, t0 时, N
11、点正处在平衡位置向下振动,所以 3 s 后 N 点处为波峰,选项 C错误;由此可知波,波的振动周期相同,且 t0 时都处在平衡位置向下振动,所以振动步调一致,当 M 在波峰时, N 点也在波峰,选项 D 正确。答案 BD1.(多选)如图 5 所示,一列简谐横波沿 x 轴正方向传播,从波传到 x5 m 的 M 点时开始计时,已知 P 点相继出现两个波峰的时间间隔为 0.4 s,下面说法中正确的是( )图 5A.这列波的波长是 4 mB.这列波的传播速度是 10 m/sC.质点 Q(x9 m)经过 0.5 s 才第一次到达波峰D.M 点以后的各质点开始振动时的方向都是向下解析 从图中可以看出这列波
12、的波长为 4 m,A 正确;“相继出现两个波峰的时间间隔为60.4 s”,即周期 T0.4 s,则 v 10 m/s,B 正确;质点 Q(x9 m)经过 0.4 s 开始振 T动,波传到 Q 时,其左侧质点在它下方,所以 Q 点在 0.5 s 时处于波谷,再经过 0.2 s,即总共经过 0.7 s 才第一次到达波峰,C 错误;从波的传播原理可以知道, M 点以后的每个质点都是先向下振动的,D 正确。答案 ABD 2.(2018河北石家庄调研)(多选)如图 6 甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图乙为介质中 x2 m 处的质点 P 以此时刻为计时起点的振动图象。下列说法正确的是( )图 6A.
13、这列波的传播方向是沿 x 轴正方向B.这列波的传播速度是 20 m/sC.经过 0.15 s,质点 P 沿 x 轴的正方向传播了 3 mD.经过 0.1 s,质点 Q 的运动方向沿 y 轴正方向解析 由甲、乙两图可知,该波向 x 轴正方向传播,选项 A 正确;由图甲知波长 4 m,由图乙知周期 T0.2 s,则波速 v m/s20 m/s,选项 B 正确;质点不随波 T 40.2迁移,只在其平衡位置附近振动,选项 C 错误;经过 0.1 s T,质点 Q 的运动方向沿 y12轴负方向,选项 D 错误。答案 AB波动图象与振动图象综合问题采用“一分、一看、二找”的方法(1)分清振动图象与波动图象
14、。此问题最简单,只要看清横坐标即可,横坐标为 x 则为波动图象,横坐标为 t 则为振动图象。(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。(3)找准波动图象对应的时刻。(4)找准振动图象对应的质点。波的多解问题1.造成波动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。7空间周期性:波传播的距离 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。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(n0,1,2,
15、);若此关系为距离,则x n x(n0,1,2,)。1.(多选)一列横波在 t0 时刻的波形如图 7 中实线所示,在 t1 s 时的波形如图中虚线所示。由此可以判定此波的( )图 7A.波长一定是 4 cmB.周期一定是 4 sC.振幅一定是 2 cmD.传播速度一定是 1 cm/s解析 解波的图象的题目,一般可分为两类:一类是读图,可以直接从图上读出振幅和波长,此题便可读出波长是 4 cm,振幅是 2 cm,故选项 A、C 正确;另一类是根据图象给定的条件,去计算波速、周期,判定波传播的方向,判定某一质点的运动情况及判定某一时刻的波形图。由题可知 nT T1 s(n0,1,2,3,)是不确定
16、解,因此选项 B 错误;14同理传播速度 v 也不确定,选项 D 错误。 T答案 AC2.(多选)如图 8 所示,一列简谐波沿一直线向左传播,当直线上某质点 a 向上运动到达最大位移时, a 点右方相距 0.15 m 的 b 点刚好向下运动到最大位移处,则这列波的波长可能是( )图 8A.0.6 m B.0.3 m8C.0.2 m D.0.1 m解析 由题意可知, a、 b 两点的振动方向始终相反, a、 b 间的距离为半波长的奇数倍,即:xab(2 n1) (n0,1,2,),解得: m(n0,1,2,),当 2 2xab2n 1 0.32n 1n0 时, 0.3 m,选项 B 正确;当 n
17、1 时, 0.1 m,选项 D 正确;波长不可能等于 0.6 m 和 0.2 m,选项 A、C 错误。答案 BD波的干涉和衍射现象 多普勒效应 惠更斯原理一、波的干涉理解1.干涉图样及其特点(1)干涉图样:如图 9 所示图 9(2)特点加强区和减弱区的位置固定不变。加强区始终加强,减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)加强区与减弱区互相间隔(3)振动加强点和减弱点加强点:振动的振幅等于两列波振幅之和, A A1 A2。减弱点:振动的振幅等于两列波振幅之差, A| A1 A2|。2.加强点和减弱点的理解(1)若两列波在某处引起的位移方向相同,合位移变大,则此点为加强点,相反,若两列波在某处
18、引起的位移方向相反,合位移变小,则此点为减弱点。(2)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。(3)当两个相干波源的振动步调一致时,到两个波源的距离之差 s n (n 为整数)处是加强区, s(2 n1) (n 为整数)处是减弱区。 2(4)若振幅变大,则振动加强,若振幅变小,则振动减弱。二、多普勒效应理解与应用91.多普勒效应的特点(1)发生多普勒效应时,波源发出的频率不变,只是观察者接收到的频率发生了变化。(2)当波源和观察者之间的距离减小时,观察者接收到的频率升高,当波源和观察者之间的距离增大时,观察者接收到的频率降低。2.多普勒效应的应用根据声波
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