112机械波

第二讲机械波一、机械波1．机械波的产生条件及其特点(1)产生条件：①_____；②_____．(2)特点：①机械波传播的只是振动的_____和______，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波_____．波源介质形式能量迁移②介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与_____的振动周期和频率相同．③各质点开始振动(即起振)的方向均______．2．机械波的分类(1)横波：质点振动方向与波的传播方向_____的波，有_____(凸部)和_____(凹部)．(2)纵波：质点振动方向与波的传播方向在___________的波，有_____和_____．波源相同垂直波峰波谷同一条直线密部疏部3．波长、波速、频率及其关系(1)波长在波的传播方向上，相对平衡位置的______总是相等的两个相邻的质点间的距离，用λ表示．(2)波速波在介质中的传播速度，由______本身的性质决定．位移介质(3)频率由_____决定，等于_____的振动频率．(4)波长、波速和频率的关系①公式关系：v＝____.②适用条件：对机械波、电磁波均适用．波源波源λf二、波的图象1．坐标轴：取各质点平衡位置的连线作为x轴，表示质点__________；取过波源质点的振动方向作为y轴，表示质点_____．2．意义：在波的传播方向上，介质中质点在某一时刻相对各自_________的位移．3．形状：_______________．平衡位置位移平衡位置正弦或余弦曲线三、波的叠加及波特有的现象1．波的叠加(1)波的独立传播原理：两列波相遇前，相遇过程中和相遇后，各自的___________不发生任何变化．(2)叠加原理：在两列波重叠的区域里，任何一个质点都同时参与两列波引起的振动，其振动的位移为两列波单独存在引起的位移的________．波形和位移矢量和2．波特有的现象(1)波的干涉①产生稳定干涉的条件：频率相同的两列同性质的波相遇．②现象：两列波相遇时，某些区域振动总是_____，某些区域振动总是_____，且加强区和减弱区互相间隔．加强减弱(2)波的衍射①产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔(缝)的尺寸跟波长________，或者比波长_____．②现象：波绕过障碍物继续传播．差不多更小(3)多普勒效应①定义：由于波源和观察者有相对运动，使观察者感到_________发生变化的现象．②实质：______的频率没有变化，观察者接收到的频率发生变化．波的频率波源四、声波1．声波是纵波2．声波的分类(1)可闻声波：频率范围在______________的声波．(2)超声波：频率高于_______Hz的声波，可用于工程质量检测及疾病的诊断．(3)次声波：频率低于____Hz的声波．3．人耳能够把回声与原声区别开来的最小时间间隔为____s20～20000Hz20000200.1一、对波长的理解1．在波的传播方向上，两个相邻的振动步调总相同的质点平衡位置间的距离．2．质点振动一个周期，波传播的距离．3．在简谐横波中，两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离．4．在简谐纵波中，两个相邻的密部或疏部中央之间的距离．5．在简谐横波波形图线中，一个完整的正弦曲线在横轴所截取的距离．6．波长反映了机械波在传播过程中的空间周期性．波在传播过程中波长、波速、频率的决定关系．频率(f)——由振源决定，与介质无关且稳定不变．波速(v)——由介质决定．波长(λ)——由介质和振源频率共同决定．二、振动图象和波的图象的比较比较项目振动图象波的图象研究对象一个质点沿波传播方向所有的质点研究内容某质点在空间随时间变化的规律某时刻连续质点在空间分布规律图象正(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(看下时刻的位移)(将波沿传播方向平移)Δt后波形随时间推移，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1.下列关于波长的说法中，正确的是()①在一个周期内振动在介质中传播的距离等于波长②在一个周期内介质的质点所走过的路程等于波长③波长等于在波的传播方向上两相邻的对平衡位置的位移始终相同的质点间的距离④波长等于横波中峰与峰(或谷与谷)间的距离A．①②B．②④C．①③D．②③解析：波长等于一个周期波向外传播的距离，等于相邻的两波峰(或波谷)间的距离，也等于两相邻的振动步调完全一致的质点间的距离；波向外传播过程中，质点并不随波迁移．由此可知选项C正确．答案：C2．如下图所示，S1、S2为水波槽中的两个波源，它们分别激起两列水波，图中实线表示波峰，虚线表示波谷．已知两列波的波长分别为λ1和λ2且λ1＜λ2，该时刻在P点为两列波的波峰与波峰相遇，则以下叙述正确的是()A．P点有时在波峰，有时在波谷，振动始终加强B．P点始终在波峰C．P点的振动不遵守波的叠加原理，P点运动也不始终加强D．P点的振动遵守波的叠加原理，但并不始终加强3.(2010·安徽卷)一列沿x轴正方向传播的简谐横波，某时刻的波形如右图所示．P为介质中的一个质点，从该时刻开始的一段极短时间内，P的速度v和加速度a的大小变化情况是()A．v变小，a变大B．v变小，a变小C．v变大，a变大D．v变大，a变小答案：D解析：由波的传播方向及P点位置，可知P点此时正向平衡位置振动，速度增大，加速度减小．4．关于次声波和超声波，以下说法中不正确的是()A．频率低于20Hz的声波为次声波，频率高于20000Hz的声波为超声波B．次声波的波长比可闻声波长，超声波的波长比可闻声波短C．次声波的频率太低，即使是强次声波对人体也无伤害D．在同一种均匀介质中，在相同的温度条件下，次声波、可闻声波和超声波的波速均相等答案：C解析：由次声波和超声波的定义知A正确；声波的传播速度由介质决定，与频率无关，所以D项正确；由v＝λf知，频率较低的次声波比可闻声波波长长，频率较高的超声波比可闻声波波长短，B正确；强次声波可使人耳聋、昏迷、精神失常甚至死亡，故C不正确．5.如右图所示表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．(1)该图表示是()A．干涉现象B．衍射现象C．反射现象D．多普勒效应(2)波源正在移向()A．A点B．B点C．C点D．D点(3)观察到波的频率最低的点是()A．A点B．B点C．C点D．D点答案：(1)D(2)A(3)B三、波的传播方向与质点振动方向的互判解析：(1)题图表示的是多普勒效应．(2)从波长变化情况来看，波源正在移向A点．(3)由于波源远离B点，所以，观察到波的频率最低的点是B点．6.利用发波水槽得到的水面波形如图a、b所示，则()A．图a、b均显示了波的干涉现象B．图a、b均显示了波的衍射现象C．图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象D．图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象解析：图a中可以看出只有一条狭缝，穿过水波发生明显的衍射；图b中有两个振源，有些区域振动加强，有些区域振动减弱，是干涉现象．故D项正确．答案：D答案：A7.振源以原点O为平衡位置，沿y轴方向做简谐运动，它激发的简谐波在x轴上沿正、负两个方向传播，在某一时刻沿x轴正向传播的波形如右图所示．在原点的左方有一质点P，从图示时刻开始，经过1/8周期，质点P所在的位置以及振动方向为()A．x轴下方，向上运动B．x轴下方，向下运动C．x轴上方，向上运动D．x轴上方，向下运动8.(2010·上海单科)如右图，一列简谐横波沿x轴正方向传播，实线和虚线分别表示t1＝0和t2＝0.5s(T0.5s)时的波形．能正确反映t3＝7.5s时波形的是图()答案：D解析：由题可知T4＝0.5s，T＝2s，t3＝7.5s＝334T，再由特殊点振动法可以确定D选项正确．对波动图象的理解及应用一列简谐横波沿x轴正方向传播，t时刻波形图如图中的实线所示，此时波刚好传到P点，t＋0.7s时刻的波形如图中的虚线所示，a、b、c、P、Q是介质中的质点，则以下说法正确的是()A．这列波的波速可能为100m/sB．质点c在这段时间内通过的路程一定小于30cmC．t＋0.7s时a点的振动方向为y轴负向D．如果T＝0.4s，则当t＋0.5s时刻，质点b、P的位移相同答案：A解析：通过波形图可知，该波的波长为40m，从实线到虚线，经历的时间为0.7s，传播的路程为Δx＝n＋34λ，(n＝0,1,2……)，传播的速度v＝ΔxΔt＝400n＋3007，当n＝1时，传播速度为100m/s，A对，B错；根据上波下振，下波上振，可知在t＋0.7s时a点的振动方向为沿y轴正方向，C错；如果T＝0.4s，则当t＋0.5s时，质点b的位移为零，P的位移为10cm，D错．1－1：如下图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图，已知波的传播速度v＝2m/s，试回答下列问题：求出x＝2.5m处质点在0～4.5s内通过的路程及t＝4.5s时该质点的位移．答案：90cm－5cm解析：n＝t/T＝4.5，则4.5s内x＝2.5m处质点的路程s＝4nA＝90cmx＝2.5m处质点在t＝0时位移为y＝5cm，则经过4个周期后与初始时刻相同，再经0.5个周期后该质点位移为y′＝－5cm由波的图象判断振动问题及由振动图象判断波的问题一列简谐横波沿x轴传播，周期为T，t＝0时刻的波形如右图所示，此时平衡位置位于x＝3m处的质点正在向上运动，若a、b两质点平衡位置的坐标分别为xa＝2.5m，xb＝5.5m，则()A．当a质点处在波峰时，b质点恰在波谷B．t＝T/4时，a质点正在向y轴负方向运动C．t＝3T/4时，b质点正在向y轴负方向运动D．在某一时刻，a、b两质点的位移和速度可能相同答案：C解析：由于Δx＝3m＝34λ，因此a点在波峰时，b点在平衡位置，A错．且a、b两质点的位移和速度不可能相同，D错，波沿x轴负向传播，t＝T/4时，x＝2m的质点在平衡位置向y轴正向运动，x＝3m的质点在正最大位移处，故a点此时向y轴正向运动，故B错．同理t＝3T/4时，x＝5m的质点在正最大位移处，而x＝6m的质点在平衡位置，故此时b点向y轴负方向运动，C正确．2－1：一列简谐横波沿直线传播，该直线上的a、b两点相距4.42m．如右图中实、虚两条曲线分别表示平衡位置在a、b两点处质点的振动曲线．从图示可知()A．此列波的频率一定是10HzB．此列波的波长一定是0.1mC．此列波的传播速度一定不是34m/sD．a点一定比b点距波源近解析：由振动图象可知T＝0.1s，故f＝1T＝10Hz，A对，波在传播时相对时间有ΔtT＝0.030.1＝310.因此，在从a传到b时，则由空间重复有：nλ＋310λ＝4.42m，解得λ＝4.42n＋310m(n＝0,1,2，…)．答案：A可知B错，由v＝λf得v＝4423＋10nm/s(n＝0,1,2，…)，当n＝1时v＝34m/s，C错．由于不知波的传播方向，故无法判断a、b中哪一个点离波源近，D错，故A、C正确．波的图象与振动图象的综合如下图甲为一列简谐横波在t＝0.10s时刻的波形图，P是平衡位置为x＝1m处的质点，Q是平衡位置为x＝4m处的质点，图乙为质点Q的振动图象，则()A．t＝0.15s时，质点Q的加速度达到负向最大B．t＝0.15s时，质点P的运动方向沿y轴负方向C．从t＝0.10s到t＝0.25s，该波沿x轴正方向传播了6mD．从t＝0.10s到t＝0.25s，质点P通过的路程为30cm答案：B解决两种图象结合问题的基本思路是：(1)首先识别哪一个是波的图象，哪一个是振动图象，两者间的联系纽带是振幅、周期和频率．(2)再从振动图象中找出波的图象中某时刻对应质点的振动方向，从而再确定波的传播方向．3－1：如下图所示，甲是一列横波在某一时刻的波动图象，乙是在x＝6m处的质点从该时刻开始计时的振动图象，a、b是介质中两个质点，下列说法正确的是()A．这列波沿x轴的正方向传播B．这列波的波速是2m/sC．a比b先回到平衡位置D．a、b两质点的振幅都是10cm答案：B解析：本题考查波动图象和振