（北京专用）2020版高考物理总复习 第八章 第2讲 机械波课件

第2讲机械波一机械波二波的图像三波的特有现象知识梳理考点一对机械波和波的图像的理解及应用考点二波的图像与振动图像的区别考点三质点的振动方向与波的传播方向的互判深化拓展考点四波的多解性问题考点五波的干涉和衍射知识梳理一、机械波1.机械波的形成条件(1)有发生机械振动的波源。(2)有传播介质,如空气、水等。2.传播特点(1)机械波传播的只是振动的①形式和②能量,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波③迁移。(2)介质中各质点的振幅相同,振动周期和频率都与④波源的振动周期和频率相同。(3)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为⑤4A,位移为⑥零。3.机械波的分类(1)横波:质点的振动方向与波的传播方向相互⑦垂直的波,有波峰(凸部)和波谷(凹部)。(2)纵波:质点的振动方向与波的传播方向在⑧同一直线的波,有密部和疏部。4.波长、波速、频率及其关系(1)波长:在波动中,振动相位总是⑨相同的两个相邻质点间的距离,用λ表示。(2)波速:波在介质中的传播速度。由⑩介质本身的性质决定。(3)频率:由波源决定,等于 波源的振动频率。(4)波长、波速和频率的关系:v=λf。二、波的图像项目内容坐标轴以横轴表示各质点的平衡位置,纵轴表示该时刻各质点的位移物理意义表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开平衡位置的位移图像 应用①直接读取振幅A和波长λ,以及该时刻各质点的位移②确定某时刻各质点加速度和速度的方向,并能比较大小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三、波的特有现象1.波的干涉和衍射波的干涉波的衍射现象形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的①干涉图样波能够②绕过障碍物或孔继续向前传播条件两列波的频率③相同,相位差恒定障碍物或孔的④尺寸比波长小或相差不多2.多普勒效应(1)波源不动 (2)观察者不动  1.用手握住较长软绳的一端连续上下抖动,形成一列简谐横波。某一时刻的波形如图所示,绳上a、b两质点均处于波峰位置。下列说法正确的是 (D)A.a、b两点之间的距离为半个波长B.a、b两点振动开始时刻相差半个周期C.b点完成全振动次数比a点多一次D.b点完成全振动次数比a点少一次解析相邻的两个波峰之间的距离为一个波长,A错误。波在一个周期内向前传播的距离为一个波长,a点比b点早振动一个周期,完成全振动的次数也比b点多一次,故B、C错误,D正确。2.如图所示是一列简谐波在t=0时的波形图,介质中的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y=10sin5πtcm。关于这列简谐波,下列说法中正确的是 (D)A.这列简谐波的振幅为20cmB.这列简谐波的周期为5.0sC.这列简谐波在该介质中的传播速度为25cm/sD.这列简谐波沿x轴正向传播解析由图可知,质点偏离平衡位置的最大距离即振幅为10cm,A错;由质点P振动的表达式可知这列简谐波的周期为T= = s=0.4s,B错;由题图可知,该波的波长为λ=4m,波速v= = m/s=10m/s,C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,D正确。2ω25λT40.43.一列简谐横波沿x轴负方向传播,图a是t=1s时的波形图,图b是某振动质点的位移随时间变化的图像,则图b可能是图a中哪个质点的振动图像 (A) A.x=0处的质点B.x=1m处的质点C.x=2m处的质点D.x=3m处的质点解析由题图b知,t=1s时,质点的位移为零,振动方向向下,由于波向左传播,故图b可能是图a中x=0、x=4m、x=8m等处的质点的振动图像,正确选项为A。4.(多选)如图所示,实线表示两个相干波源S1、S2产生的波的波峰位置,则图中a、b两点 (CD)A.a为振动加强位置B.b为振动减弱位置C.b为振动加强位置D.a为振动减弱位置解析由题图可以看出,在图示时刻,两列波的波谷在b点相遇,所以b点为振动加强点;在a点,S2传到的是波峰,S1传到的是波谷,所以a点为振动减弱点。深化拓展考点一对机械波和波的图像的理解及应用1.波的形成及特点波源把自己的振动形式通过介质的质点由近及远向外传播,就形成了波。(1)质点只在自己的平衡位置附近振动,并不随波的传播向前迁移;(2)介质中每个质点的起振方向都和波源的起振方向相同;(3)每个质点的振动周期都等于波源的振动周期,质点振动一个周期波传播一个波长;(4)波传播的是波源的振动形式和能量,也能传递信息。2.对波的图像的认识波的图像描述的是在波的传播方向上,介质中的各个质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移。3.波长、波速和频率(1)关系式:v=λf。(2)机械波的波速取决于介质,与波的频率无关。在同一均匀介质中,机械波的传播是匀速的。(3)机械波的频率取决于波源振动的频率,当波从一种介质进入另一种介质时,波的频率不变。(4)在波的传播方向上,介质中各质点都做受迫振动,其频率都等于波源的振动频率。【情景素材·教师备用】横波: 纵波:   1-1(多选)(2018海淀期中)如图是某绳波形成过程的示意图。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动2、3、4、…各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端。t= 时,质点5刚要开始运动。下列说法正确的是 () 4TA.t= 时,质点5开始向下运动B.t= 时,质点3的加速度方向向下C.从t= 开始的一小段时间内,质点8的速度正在减小D.从t= 开始的一小段时间内,质点8的加速度正在减小4T4T2T2T答案BC根据“上下坡”法可知t= 时,质点5开始向上运动,选项A错误;t= 时质点3具有向下的加速度,选项B正确;t= 时的波形如图所示,质点8位于正向某一位移处,且向上运动,因此在之后的一小段时间内,它的速度逐渐减小,加速度逐渐增大,选项C正确,选项D错误。 4T4T2T1-2周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播,该波在某时刻的图像如图所示,此时质点P沿y轴负方向运动。则该波 (B)A.沿x轴正方向传播,波速v=20m/sB.沿x轴正方向传播,波速v=10m/sC.沿x轴负方向传播,波速v=20m/sD.沿x轴负方向传播,波速v=10m/s解析由质点P沿y轴负方向运动,可知波沿x轴正方向传播,波速v= = =10m/s,B项正确。λT20m2.0s考点二波的图像与振动图像的区别振动图像波的图像图像意义某质点位移随时间变化的规律某时刻所有质点相对平衡位置的位移图像形式  图像信息(1)振动周期、振幅(2)各时刻质点的位移和加速度方向(1)波长、振幅(2)任意一质点此时刻的位移和加速度方向图像变化随时间推移图像延续,但原有图像形状不变随时间推移,图像沿传播方向平移一完整曲线对应横坐标一个周期一个波长2-1(2014北京理综,17,6分)一简谐机械横波沿x轴正方向传播,波长为λ,周期为T。t=0时刻的波形如图1所示,a、b是波上的两个质点。图2是波上某一质点的振动图像。下列说法中正确的是 ()A.t=0时质点a的速度比质点b的大B.t=0时质点a的加速度比质点b的小C.图2可以表示质点a的振动D.图2可以表示质点b的振动答案D由图1可知,t=0时,a在正向最大位移处,v=0,加速度最大,速度最小为零;b在平衡位置,速度最大,加速度最小且为0,振动方向沿y轴负向,图2可以表示质点b的振动,选项A、B、C都错误,选项D正确。2-2一列简谐横波沿x轴正方向传播,图甲是t=3s时的波形图,图乙是波中某质点P的振动图像(两图用同一时间起点),下列判断正确的是 ()A.质点P在t=3s时正向y轴负方向振动B.质点P在t=3s时的速度为零C.质点P的平衡位置可能是x=0D.质点P的平衡位置可能是x=2m答案C由乙图知,当t=3s时,质点P处于平衡位置且向上振动,即质点P正向y轴正方向振动,速度最大;t=3s时的波形图中满足此特征的有x=0、x=4m处的质点。故只有C正确。考点三质点的振动方向与波的传播方向的互判方法内容图像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 方法内容图像微平移法将波形图沿传播方向进行微小平移,再由对应x轴上某一点的两波形曲线上的点来判定 带动法在质点P靠近波源一方附近的图线上另找一点P',若P'在P上方,则P向上运动,若P'在P下方,则P向下运动 3-1一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4m/s。某时刻波形如图所示,下列说法正确的是 (D) A.这列波的振幅为4cmB.这列波的周期为1sC.此时x=4m处质点沿y轴负方向运动D.此时x=4m处质点的加速度为0解析由波动图像知,波的振幅为2cm,A选项错误;波长λ=8m,周期T= = s=2s,B选项错误;由于波沿x轴正向传播,由波传播方向和质点振动方向的关系知,x=4m处质点此时向y轴正方向运动,C选项错误;此时x=4m处的质点处于平衡位置,其加速度为零,D选项正确。λv843-2一列简谐横波某时刻波形如图所示,此时质点P的速度方向沿y轴正方向,则 (B)A.这列波沿x轴负方向传播B.质点a此时动能最大,加速度最小C.再经过一个周期,质点P运动到x=6m处D.当质点P运动到最低点时,质点b恰好运动到平衡位置解析因为质点P的速度方向沿y轴正方向,所以这列波沿x轴正方向传播,选项A错误;因为简谐波中各质点均在自己的平衡位置附近做简谐运动,质点并不随波迁移,且简谐运动中,质点在平衡位置具有最大的速度和最小的加速度,故选项B正确,选项C错误;质点P与质点b在空间上相差一个波长的距离,所以它们的振动步调始终相同,当质点P运动到最低点时,质点b也应该在最低点,选项D错误。考点四波的多解性问题1.波的周期性:机械波在时间和空间上具有周期性。一方面,每经过一个周期T(或几个周期nT),介质中的质点完成一次(或n次)全振动回到原来的状态,波形图线与原来的图线相同,这在传播时间与周期关系上形成多解;另一方面,波形沿波的传播方向向前推进λ或nλ,在波形图上,相距λ、2λ、3λ、…、nλ的质点振动步调完全一致,后面的质点好像是前面质点振动情况的“复制”,这在传播距离与波长关系上形成多解。2.波的传播方向的不确定性当只知波沿x轴传播时,往往有沿x轴正方向和负方向传播两种情况。3.介质中质点间距离与波长的关系的不确定性已知两质点平衡位置间的距离及某一时刻它们所在的位置,由于波的空间周期性,则两质点间存在着多种可能波形。做这类题时,可先根据题意,在两质点间先画出最简波形,然后再作一般分析,从而写出两质点间的距离与波长关系的通式。 4-1(2018北京理综,16,6分)如图所示,一列简谐横波向右传播,P、Q两质点平衡位置相距0.15m。当P运动到上方最大位移处时,Q刚好运动到下方最大位移处,则这列波的波长可能是 (B) A.0.60mB.0.30mC.0.20mD.0.15m解析本题考查机械波的相关知识。由题意知,P位于波峰时,Q位于波谷,故两点平衡位置间距0.15m= +nλ(n=0,1,2,…),所以波长λ= m(n=0,1,2,…),当n=0时,λ=0.30m,故选项B正确。2λ0.3012n4-2如图所示,实线为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形,虚线是该波在t=0.20s时刻的波形,则此列波的周期可能为 (A) A.0.16sB.0.20sC.0.32sD.0.40s解析由波向右传播可知,t=0.20s时传播了(n+ )(n=0,1,2,…)个周期,即(n+ )T=0.20s(n=0,1,2,…),将n所取值依次代入可知只有A正确。1414考点五波的干涉和衍射1.波的干涉(1)产生稳定干涉现象的条件:频率相同、相位差恒定。(2)干涉区域内某点是振动加强点还是振动减弱点的充要条件:①加强点:该点到两个波源的路程之差是波长的整数倍,即δ=nλ(n=0,1,2,…)。②减弱点:该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍,即δ= (2n+1)(n=0,1,2,…)。2λ2.波的衍射(1)定义:波可以绕过障碍物继续传播的