2020年物理高考大一轮复习 第14章 振动和波 光 相对论 第39讲 机械波课件

第十四章振动和波光相对论(选修3－4)高考总复习·物理第39讲机械波高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1．机械波(1)形成条件：①有发生机械振动的______．②有传播______，如空气、水等．(2)传播特点：①传播_________、传播能量、传播信息．②质点不随波______．波源介质振动形式迁移(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_____，有波峰和波谷．②纵波：质点的振动方向与波的传播方向_____________，有疏部和密部．垂直在同一直线上2．机械波的描述(1)波长(λ)：在波动中，振动相位总是_____的两个_____质点间的距离．(2)频率(f)：波的频率等于______振动的频率．(3)波速(v)：波在介质中的传播速度，由______本身的性质决定．(4)波长、频率(或周期)和波速的关系：v＝________.相同相邻波源介质λT＝λf3．波的图象(1)坐标轴：横坐标表示沿波传播方向上各个质点的__________，纵坐标表示该时刻各个质点离开平衡位置的_______．(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开__________的位移．平衡位置位移平衡位置[基础小练]判断下列说法是否正确(1)横波是指在水平方向传播的波．()(2)在机械波传播过程中，各质点在各自的平衡位置附近做简谐运动．()(3)通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移和速度．()×√×(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是一个波长．()(6)波速表示介质中质点振动的快慢，是介质决定的．()(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，但只有满足一定的条件才会发生明显的衍射现象．()(9)多普勒效应说明波源的频率发生变化．()√√××√×板块二︿︿[考法精讲]考法一对波动图象的理解与应用1．波的图象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．2．在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为nλ(n＝1,2,3，…)时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为(2n＋1)λ2(n＝0,1,2,3，…)时，它们的振动步调总相反．3．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．【自主练1】(多选)A、B两列简谐横波均沿x轴正向传播，在某时刻的波形分别如图中甲、乙所示，经过时间t(t小于A波的周期TA)，这两列简谐横波的波形分别变为图中丙、丁所示，则A、B两列波的波速vA、vB之比可能是()A．1∶1B．2∶1C．1∶2D．3∶1E．1∶3答案ACE解析由题图读出，A波波长为λA＝24cm，甲图到丙图一定相隔半个周期，所以周期TA＝2t；B波波长为λB＝12cm，乙图与丁图的波形图相同，经过的时间一定是整数个周期，所以周期TB＝tn(n＝1,2,3，…)，波速vA＝λATA＝0.242t＝0.12t，vB＝λBTB＝0.12tn＝0.12nt，得到vA∶vB＝1∶n，所以A、B两列波的波速vA、vB之比可能是A、C、E，不可能是B、D.【自主练2】(2019·温州高三选考测试)长为5m的弹性绳左端O点从t＝0时刻开始做简谐运动，形成一列沿x轴正方向传播的简谐横波，t＝0.7s时的波形图如图所示，则下列说法正确的是()A．这列波的振幅为60cm，波速为2.5m/sB．波源O的起振方向沿y轴负方向C．t＝0.7s时刻，x＝1.25m的质点已经振动了0.2sD．从t＝0.7s至t＝2.1s的时间内，x＝1.25m的质点运动总路程为2.4m答案C解析从图中可知振幅为30cm，在0.7s内波向右传播了1.75m，故波速为v＝1.750.7m/s＝2.5m/s，选项A错误；因为向x轴正方向传播，并且波上所有质点的起振方向和波源的起振方向相同，根据走坡法可知在x＝1.75m处的质点向y轴正方向起振，所以波源起振方向为y轴正方向，选项B错误；x＝1.25m到x＝1.75m，距离为0.5m，即x＝1.25m的质点已经振动了Δt＝0.52.5s＝0.2s，选项C正确；波的周期为T＝λv＝2×12.5s＝0.8s，从t＝0.7s至t＝2.1s为1.4s0.8s＝134T，所以1.25m处的质点经过的总路程为74×4×0.3m＝2.1m，选项D错误．解题技巧波的传播方向与质点振动方向的互判方法内容图象“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考法二波的干涉和衍射多普勒效应1．波的干涉现象中加强点、减弱点的两种判断方法(1)公式法某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差Δr.①当两波源振动步调一致时若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动加强；若Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2，…)，则振动减弱．②当两波源振动步调相反时若Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2，…)，则振动加强；若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动减弱．(2)图象法在某时刻波的干涉的波形图上，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，各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间．2．多普勒效应(1)产生条件：波源与观察者之间有相对运动．(2)现象：两者相互靠近时，感觉波的频率升高；两者相互远离时，感觉波的频率降低．【自主练3】(2019·武汉高三调研)(多选)波速均为1.0m/s的两列简谐横波，分别从波源x＝0、x＝12m处沿x轴相向传播．t＝0时的波形图如图所示．下列说法正确的是()A．两列波的频率均为0.25HzB．t＝0.2s时，两列波相遇C．两列波相遇过程中，x＝5m处和x＝7m处的质点振动加强D．t＝3s时，x＝6m处的质点位移达到最大值E．当波源从x＝0处沿x轴正向运动时，在x＝12m处的观察者观察到该简谐横波的频率变大答案ADE解析两列波的波长为λ＝4m，由v＝λf得f＝vλ＝14＝0.25Hz，选项A正确．t＝x2v＝42×1＝2s时，两列波相遇，选项B错误．两列波相遇过程中，x＝5m处和x＝7m处的质点波峰与波谷相遇振动减弱，选项C错误．两波的周期为T＝1f＝4s，t＝2s时，两列波在x＝6m相遇，相遇x＝6m处质点向下振动，再经过1s＝T4，即t＝3s时，该质点到达波谷，位移达到最大值，选项D正确．当波源从x＝0处沿x轴正向运动时，波源与x＝12m处的观察者间的距离缩短，产生多普勒效应，则知在x＝12m处的观察者观察到该简谐横波的频率变大，选项E正确．【自主练4】(2019·广州一模)甲、乙两列简谐横波沿x轴传播时相遇，t＝0时，甲、乙的波动图象分别如图中实线、虚线所示．已知两列波的波速大小相等，则甲的周期________(选填“等于”“大于”或“小于”)乙的周期；若甲的周期为0.5s，则t＝0.75s时，x＝4m处质点的位移为________(选填“零”“正值”或“负值”)．解析两列波传播速度大小相同，而读图可知λ甲λ乙，由波速公式v＝λT可知，T＝λv，则T甲T乙，T甲＝0.5s，T乙＝0.75s，而t＝0.75s＝T甲＋T甲2＝T乙，即x＝4m处的质点，甲波经过一个周期加半个周期的时间在平衡位置上下振动，刚好回到平衡位置，乙波刚好回原位置，两波叠加，故位移为负值．答案小于负值考法三振动图象和波动图象的综合应用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振动质点沿波传播方向所有质点研究内容一质点位移随时间变化规律某时刻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的位移表示某时刻各质点的位移图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)各时刻质点位移(4)各时刻速度、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加速度方向(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占横坐标距离表示一个周期表示一个波长【例题1】(2019·北京丰台区高三检测)如图甲所示为一列简谐横波在t＝2s时的波形图，图乙为这列波上P点的振动图象，下列说法正确的是()A．该横波向右传播，波速为0.4m/sB．t＝2s时，Q点的振动方向为y轴负方向C．从t＝2s到t＝7s内，P质点沿x轴向右平移2.0mD．从t＝2s到t＝7s内，Q质点通过的路程为30cm答案A[思维导引]根据P质点的振动方向或Q质点与P质点振动方向间的关系，由振动方向判断出波传播的方向，由波速求出某段时间内波传播的距离，根据一个周期质点振动的路程为振幅的4倍，求出质点在某段时间内通过的路程．解析由甲图知波长为λ＝1.6m，由乙图知周期T＝4.0s，则波速为v＝λT＝0.4m/s，由乙图可知在t＝2.0s时质点P沿y轴负方向运动，结合图甲可知波向右传播，故选项A正确；质点Q与质点P相差半个波长，故振动方向相反，则质点Q沿y轴正方向运动，故选项B错误；质点不会随波向前运动，只在平衡位置上下振动，故选项C错误；由甲图可知振幅A＝5cm，从t＝2s到t＝7s内，经历的时间为5s＝T＋T4，故Q质点通过的路程为s＝5A＝25cm，故选项D错误．解题技巧巧解波动图象与振动图象综合类问题(1)分清振动图象与波动图象．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，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．【跟踪训练1­1】(2019·安徽江南十校高三联考)(多选)如图所示，甲为一列简谐波在t＝2.0s时刻波的图象，Q为x＝4m的质点，乙为甲图中P质点的振动图象，下列说法正确的是()A．此波沿x轴负方向传播B．t＝2.0s时，Q点位移为3cmC．t＝103s时，Q点到达正的最大位移处D．t＝73s时，Q点回到平衡位置且向y轴负方向运动E．质点P的振动方程为y＝－2sin(0.5πt)cm答案ADE解析由乙图知，在t＝2s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，选项A正确；由甲图知，波长λ＝12m，周期T＝4s，所以波速v＝3m/s，在t＝2s时，x＝14m处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Δt＝103s，所以t＝163s时，Q点到达正的最大位移处，选项C错误；x＝5m处质点的振动形式传播到Q时，Q回到平衡位置且向y轴负方向运动，需时Δt＝13s，所以t＝73s时，Q点回到平衡位置且向y轴负方向运动，选项D正确；由乙图知，零时刻沿y轴负方向振动，质点P的振动方程为y＝－2sin2πTt＝－2sin(0.5πt)cm，选项E正确；此波从P传播到Q点需时t＝73s，代入P质点振动方程可得y＝1cm，选项B错误．【跟踪训练1­2】(2019·西北师大附中高三模拟)(多选)如图甲所示为一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，图乙为介质中平衡位置在x＝2m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()A．这列波的波长是4mB．这列波的传播速度是20m/sC．经过0.15s，质点P沿x轴的正方向传播了3mD．t＝0.1s时，质点Q的运动方向沿y轴正方向E．t＝0.35s时，质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离答案ABE解析由甲图读出，这列波的波长为4m，故选项A正确；由乙图知，该波的周期T＝0.2s，波速v＝λT＝40.2m/s＝20m/s，故选项B正确；质点只在平衡位置附近上下