2014届物理第一轮总复习精讲课件：11.2机械波

第2节机械波1．形成和产生条件(1)机械振动在介质中的传播，叫机械波．简谐运动在中的传播叫简谐波．(2)形成：介质可以看成是由大量质点构成，相邻质点间有相互作用力，当介质中的某一质点发生振动时，就会带动它周围的质点振动起来，形成机械波．(3)产生的条件：①有波源，②有介质．介质一、机械波2．波的分类(1)横波：质点的振动方向与相互垂直的波，凸起部分的正中央叫波峰，部分的正中央叫波谷．(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在上，质点分布密的部分叫，质点分布疏的部分叫．波的传播方向凹陷同一条直线密部疏部1．波长(1)定义：在波的传播方向上，两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总的质点之间的距离叫做波长．(2)理解：①在横波中，两个相邻的波峰(或波谷)间的距离等于波长；在纵波中，两个相邻的密部(或疏部)中央间的距离等于波长．②波的传播实质就是波形的平移，波形在一个周期内向前平移的距离等于一个波长．③在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于波长．相等二、波长、频率和波速2．频率波源的振动频率即波的频率，因为介质各质点做受迫振动，其振动是由波源的振动引起的，故各个质点的振动频率都等于波源的振动频率，不随介质的不同而变化．当波从一种介质进入另一种介质时，波的频率．3．波速波在介质中传播的快慢，叫波速．不变波速由介质决定．同类波在同一种均匀介质中，波速是一个定值．即v＝xt＝λT＝λf.式中v为波的传播速率，即单位时间内振动在介质中传播的距离；T为振源的振动周期，常说成波的周期．1．图象在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的；用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是(或余弦)曲线．2．物理意义：某一时刻介质中相对平衡位置的位移．四、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．平衡位置位移正弦各质点三、波的图象(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．(3)对两个完全相同的波源产生的干涉来说，凡到两波源的路程差为一个波长的点，振动加强；凡到两波源的路程差为半个波长的的点，振动减弱．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．加强减弱整数倍奇数倍差不多更小3．多普勒效应(1)由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者接收到的波的频率发生变化的现象叫多普勒效应．(2)注意：波源的频率不变，只是观察者接收到的波的频率发生变化．如果二者相互接近，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．例1运动周期为T，振幅为A，位于x＝0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐运动，该波源产生的一列简谐横波沿x轴正向传播，波速为v，传播过程中无能量损失，一段时间后，该振动传播至某质点p，关于质点p振动的说法正确的是()A．振幅一定为AB．周期一定为TC．速度的最大值一定为vD．开始振动的方向沿y轴向上或向下取决去他离波源的距离E．若p点与波源距离s＝vT，则质点p的位移与波源的相同题型一：波的形成与传播规律【思路点拨】机械波的传播过程中，各质点都在前一质点的驱动下做受迫振动．【解析】由波的形成与传播可知，各质点都是在前一质点的驱动下做受迫振动，故其周期、频率、振幅都与波源的振动周期、频率、振幅相同，且起振方向也与波源的起振方向相同，若p点与波源距离s＝vT，即为一个波长的距离，则质点p的振动情况与波源的相同，正确答案是ABE.【答案】ABE【方法与知识感悟】正确理解波的形成，应抓住以下几点：(1)机械波传播的是机械振动这一运动形式和能量；(2)所有的质点都在其平衡位置附近振动，并不随波迁移；(3)所有质点都在其前一个质点的驱动下做受迫振动，故在无能量损失的情况下，各质点的周期、频率、振幅都与波源的周期、频率、振幅相同，起振方向也与波源的起振方向相同；(4)相距波长整数倍的两质点的振动情况完全相同，相距半个波长的奇数倍的两质点的振动情况完全相反．题型二：波动图象的理解应用例2一列简谐横波在t＝0时的波形图如图所示．介质中x＝2m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y＝10sin(5πt)cm.关于这列简谐波，下列说法正确的是()A．周期为4.0sB．振幅为20cmC．传播方向沿x轴正向D．传播速度为10m/s【解析】本题主要考查考生对波形图的正确认识．由图可知，质点偏离平衡位置的最大距离即振幅为10cm，B错；由该质点P振动的表达式可知这列简谐横波的周期为T＝2πω＝2π5πs＝0.4s，A错；由质点P做简谐运动的表达式可知，t＝0时刻质点P正在向上运动，由此可判断波沿x轴正向传播，C正确；由题图可知，该波的波长为λ＝4m，波速v＝λT＝40.4m/s＝10m/s,D正确．【答案】CD【方法与知识感悟】1.由波的图象可获取的信息(1)波长．(2)各质点振动的振幅．(3)该时刻各质点的位移．(4)各质点的加速度方向．(5)若已知波的传播方向，就能确定各质点的速度方向．2．质点振动方向与波传播方向的互判图象方法(1)微平移法：沿波的传播方向将波的图象进行一微小平移，然后由两条波形曲线来判断．例如：波沿x轴正向传播，t时刻波形曲线如图中实线所示．将其沿v的方向移动一微小距离Δx，获得如图中虚线所示的图线．可以判定：t时刻质点A振动方向向下，质点B振动方向向上，质点C振动方向向下．(2)“上、下坡”法：沿着波的传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向上振动．即“上坡下、下坡上”.例如：图中，A点向上振动，B点向下振动，C点向上振动图象方法(3)同侧法质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧．如图所示.例3如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的加速度达到正向最大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题型三：波动图象与振动图象的综合问题【思路点拨】正确理解波动图象与振动图象的区别与联系．【解析】A选项，由乙图象看出，t＝0.15s时，质点Q位于负方向的最大位移处，而简谐运动的加速度大小与位移成正比，方向与位移方向相反，所以加速度为正向最大值；B选项中，由乙图象看出，简谐运动的周期为T＝0.20s，t＝0.10s时，质点Q的速度方向沿y轴负方向，由甲图可以看出，波的传播方向应该沿x轴负方向，因甲图是t＝0.10s的波形，所以t＝0.15s时，经历了0.05s＝T4的时间，图甲的波形向x轴负方向平移了λ4＝2m的距离，如图中虚线所示，因波向x轴负方向传播，则此时P点的运动方向沿y轴负方向；D选项中，由图甲可以看出，由于t＝0.10s时刻质点P不处于平衡位置，也不处于最大位移处，故从t＝0.10s到t＝0.25s质点P通过的路程不为30cm，本题正确选项为A、B.【答案】AB【方法与知识感悟】1.振动图象与波动图象的比较振动图象波动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一个质点位移随时间变化的规律某时刻所有质点的空间分布规律图象振动图象波动图象图象信息(1)质点的振动周期(2)质点的振幅(3)各时刻质点的位移(4)各时刻质点的速度、加速度方向(1)波长、振幅(2)任意一质点此刻的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度的方向(4)传播方向、振动方向的互判形象比喻记录着一个人一段时间内活动的录像带记录着许多人某时刻动作表情的集体照片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一完整曲线在横轴上跨越的距离表示一个周期表示一个波长2.振动图象与波动图象的联系(1)由振动图象可确定波的传播周期，结合波动图象获取的波长信息，可求波的传播速度；(2)由振动图象确定质点的振动方向，从而联系波动图象可确定波的传播方向；(3)由两个质点的振动图象可画出某时刻两质点间的波动图象；(4)由某时刻的波动图象可确定某质点的振动图象．例4已知在t1时刻简谐横波的波形如图中实线所示，在时刻t2该波的波形如图中虚线所示．t2－t1＝0.02s．求：(1)该波可能的传播速度．(2)若已知Tt2－t12T，且图中P质点在t1时刻的瞬时速度方向向上，求可能的波速．(3)若0.01sT0.02s，且从t1时刻起，图中Q质点比R质点先回到平衡位置，求可能的波速．题型四：波的多解问题【思路点拨】(1)分析(1)时注意波传播的双向性和时间上的周期性造成的多解．(2)在(2)(3)中根据题意判断出波的传播方向．(3)在(2)(3)中根据周期条件判断出波传播距离与波长的关系．【解析】(1)如果这列简谐横波是向右传播的，在t2－t1内波形向右传播了(n＋13)λ，所以波速v＝（n＋13）λ（t2－t1）＝100(3n＋1)m/s(n＝0，1，2…)；同理可得若该波是向左传播的，可能的波速v＝100(3n＋2)m/s(n＝0，1，2…)．(2)P质点速度向上，说明波向左传播，Tt2－t12T，说明这段时间内波只可能是向左传播了53个波长，所以速度是唯一的，即v＝500m/s.(3)“Q比R先回到平衡位置”，说明波只能是向右传播的，而0.01sT0.02s，也就是T0.02s2T，所以这段时间内波只可能向右传播了4/3个波长，解也是唯一的，即v＝400m/s.【方法与知识感悟】1.造成波动问题多解的主要因素：(1)周期性①时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不确定．②空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不确定．(2)双向性①传播方向双向性：波的传播方向不确定．②振动方向双向性：质点振动方向不确定．(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，而其他信息均处于隐含状态．这样波形就有多种情况，形成相关波动问题的多解．2．解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，如知道时间关系则加nT；如知道空间关系则加nλ题型五：波的叠加问题例5两列简谐波沿x轴相向而行，波速均为v＝0.4m/s，两波源分别位于A、B处，t＝0时的波形如图所示．当t＝2.5s时，M点的位移为________cm，N点的位移为________cm.【思路点拨】根据波的传播规律，先确定两列波分别引起该质点振动的位移情况，再求合位移．【答案】20【解析】由图可知λA＝0.2m，λB＝0.4m，由T＝λv可得：TA＝0.5s，TB＝1.0s，M点与x＝－0.1m处的质点相距3λA，故与x＝－0.1m处的质点振动情况相同，经过时间t＝2.5s＝5TA，其位移仍然为0cm,M点与x＝0.9m处的质点相距1λB，故与x＝0.9m处的质点振动情况相同，波传经过时间t＝2.5s＝2.5TA，其位移为2cm，所以t＝2.5s时M点参与的两列波振动位移矢量和为2cm，同理可得t＝2.5s时N点参与的两列波振动位移矢量和为0cm.1．(2012福建)一列简谐波沿x轴传播，t＝0时刻的波形如图甲所示，此时质点P正沿y轴负方向运动，其振动图象如图乙所示，则该波的传播方向和波速分别是()A．沿x轴负方向，60m/sB．沿x轴正方向，60m/sC．沿x轴负方向，30m/sD．沿x轴正方向，30m/sA【解析】由题图甲知，波长λ＝24m，由题图乙知T＝0.4s．根据v＝λT可求得v＝60m/s，故C、D项错误．根据“同侧法”可判断出波的传播方向沿x轴负方向，故A项正确，B项错误．*2.(2012天津)沿x轴正向传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波形如图所示，M为介质中的一个质点，该波的传播速度为40m/s，则t＝(140)s时()A．质点M对平衡位置的位移一定为负值B．质点M的速度方向与对平衡位置的位移方向相同C．