2020届高三物理一轮复习 第十四章 第2讲 机械波课件

高频考点·分类突破基础知识·自主梳理目录ONTENTSC课时作业第2讲机械波第十四章机械振动机械波光电磁波相对论一、机械波横波和纵波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和，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波．(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)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为，位移为．形式能量迁移波源4A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的波，有(凸部)和(凹部)．(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在上的波，有和．垂直波峰波谷同一直线密部疏部二、横波的图象波速、波长和频率的关系1．横波的图象(1)坐标轴：横轴表示各质点的，纵轴表示该时刻各质点的．(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(3)图象X2.波长、波速、频率及其关系(1)波长λ在波动中，振动相位总是的两个相邻质点间的距离．(2)波速v波在介质中的传播速度，由本身的性质决定．(3)频率f由波源决定，等于波源的．(4)波长、波速和频率的关系①v＝；②v＝.相同介质振动频率λfλT三、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明显条件：障碍物或孔的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波能够或孔继续向前传播2.多普勒效应(1)条件：声源和观察者之间有．(2)现象：观察者感到发生变化．(3)实质：声源频率，观察者接收到的频率．相同尺寸干涉图样绕过障碍物相对运动频率不变变化■判一判记一记易错易混判一判(1)在机械波的传播中，各质点随波的传播而迁移．()(2)机械波在介质中传播的速度由介质本身决定．()(3)火车鸣笛减速向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低．()(4)通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移．()(5)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同．()(6)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍．()×√××√×规律结论记一记(1)在波的传播方向上各质点起振的方向与波源的起振方向相同．(2)在波的传播方向上各质点只在其平衡位置两侧做简谐运动，并不随波迁移．(3)波的周期性、波传播的双向性及质点振动的双向性是波动问题产生多解的主要因素．(4)当两波源为同相波源时，到两波源的距离差为波长的整数倍的点为加强点，而两波源为反相波源时，到两波源的距离差为波长的整数倍的点为减弱点．(5)多普勒效应是由波源和观察者之间的相对运动引起的．考点一波的形成、传播与波的图象自主学习型1．机械波的传播特点(1)波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同．(2)介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都与波源的振动频率和周期相同．(3)波从一种介质进入另一种介质，由于介质不同，波长和波速可以改变，但频率和周期都不会改变．(4)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v＝λT＝λf.2．波动图象的信息(如图所示)(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．波速与波长、周期、频率的关系：v＝λT＝λf.1．[波的产生与传播]如图，a、b、c、d是均匀介质中x轴上的四个质点，相邻两点的间距依次为2m、4m和6m．一列简谐横波以2m/s的波速沿x轴正向传播，在t＝0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t＝3s时a第一次到达最高点．下列说法正确的是()A．在t＝6s时刻波恰好传到质点d处B．在t＝5s时刻质点c恰好到达最高点C．质点b开始振动后，其振动周期为4sD．在4st6s的时间间隔内质点c向上运动E．当质点d向下运动时，质点b一定向上运动质点a从平衡位置向下运动，到质点a达到最高点，需要3T4，3T4＝3s，则T＝4s；已知v＝2m/s，根据v＝λT得波长为8m．简谐横波从质点a传到质点d需要的时间为t＝122s＝6s，A项正确；简谐横波传到质点c需要的时间为t′＝62s＝3s，此时质点c在平衡位置向下振动，再过半个周期，即5s末，质点c仍然在平衡位置，向上振动，B项错误；4s末质点c到达最低点，4s末到6s末这半个周期时间内，质点c向上振动，D项正确；同一列波上各质点的振动周期相同，C项正确；起振时间相差2n＋1T2的两个质点振动情况总是相反，质点b和质点d间距离10cm，起振时间相差5T4，不满足上述特点，E项错误．ACD2．[波的图象](2018·高考全国卷Ⅲ)一列简谐横波沿x轴正方向传播，在t＝0和t＝0.20s时的波形分别如图中实线和虚线所示．己知该波的周期T0.20s．下列说法正确的是()A．波速为0.40m/sB．波长为0.08mC．x＝0.08m的质点在t＝0.70s时位于波谷D．x＝0.08m的质点在t＝0.12s时位于波谷E．若此波传入另一介质中其波速变为0.80m/s，则它在该介质中的波长为0.32m根据波形图可知，波长λ＝16cm＝0.16m，选项B错误；根据t＝0时刻和t＝0.20s时刻的波形图和该波的周期T0.20s可知，该波的周期T＝0.40s，波速v＝λT＝0.40m/s，选项A正确；简谐波沿x轴正方向传播，x＝0.08m的质点在t＝0时刻沿y轴正方向运动，在t＝0.70s＝134T时位于波谷，因14T0.12sT2，所以在t＝0.12s时位于y＞0的某位置(不是位于波谷)，选项C正确，D错误；若此波传入另一介质中，周期T不变，其波速变为v＝0.80m/s，由λ＝vT可得它在该介质中的波长为λ＝0.80×0.4m＝0.32m，选项E正确．ACE[规律方法]波的传播方向与质点的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图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定考点二波动图象和振动图象师生互动型波动图象和振动图象的比较两种图象比较内容振动图象波动图象研究对象振动质点沿波传播方向上的所有质点图象意义质点的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象特点两种图象比较内容振动图象波动图象图象信息(1)振动周期、振幅(2)各时刻质点的位移，速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点此刻的位移(3)任意一质点在此时刻加速度方向图象变化随时间推移图象延续，但原有形状不变随时间推移，图象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[典例1](2018·高考全国卷Ⅰ)一列简谐横波在t＝13s时的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点，图(b)是质点Q的振动图象．求：(1)波速及波的传播方向；(2)质点Q的平衡位置的x坐标．[解析](1)由图(a)可以看出，该波的波长为λ＝36cm①由图(b)可以看出，周期为T＝2s②波速为v＝λT＝18cm/s③由图(b)知，当t＝13s时，Q点向上运动，结合图(a)可得，波沿x轴负方向传播．(2)设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ.由图(a)知，x＝0处y＝－A2＝Asin(－30°)，因此xP＝30°360°λ＝3cm④由图(b)知，在t＝0时，Q点处于平衡位置，经Δt＝13s，其振动状态向x轴负方向传播至P点处，由此及③式有xQ－xP＝vΔt＝6cm⑤由④⑤式得，质点Q的平衡位置的x坐标为xQ＝9cm⑥[答案](1)18cm/s波沿x轴负方向传播(2)9cm[方法规律]求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法1．[已知振动图象确定波动图象]在均匀介质中，一列沿x轴正向传播的横波，其波源O在第一个周期内的振动图象如图所示，则该波在第一个周期末的波形图是()由振动图象可知，在t＝T时，波源O的振动方向向下，再结合波形可知形成的波动图象为D图．D2．[已知波动图象确定振动图象]介质中坐标原点O处的波源在t＝0时刻开始振动，产生的简谐波沿x轴正方向传播，t0时刻传到L处，波形如图所示．下列能描述x0处质点振动的图象是()由波的图象可知t0时刻x0处质点正向下振动，下一时刻质点纵坐标将减小，排除B、D选项．由L处质点的起振方向向下可知，x0处质点开始振动时的振动方向向下，故A错误，C正确．C3．[两种图象的综合应用](2019·江西重点中学联考)图甲是一列简谐横波传播到x＝5m的M点时的波形图，图乙是质点N(x＝3m)从此时刻开始计时的振动图象，Q是位于x＝10m处的质点，下列说法正确的是()A．这列波的波长是5mB．这列波的传播速度是1m/sC．当Q点开始振动时，M点位于波谷D．质点Q在6s时，第一次到达波峰E．这列简谐波由M点传播到Q点需要5s由甲图得到波长为4m，故A错误；由乙图得到周期为4s，故波速为v＝λT＝44m/s＝1m/s，故B正确；波从M传播到Q经过的时间为10－51s＝5s＝114T，开始振动时M点向下运动，经114TM点位于波谷，故C正确；x＝2m处的波峰传到Q点时，质点Q第一次到达波峰，经历时间为t＝Δxv＝10－21s＝8s，故D错误；这列简谐波由M点传播到Q点需要t′＝MQv＝51s＝5s，选项E正确．BCE4．[已知波动图象确定振动方程]某横波在介质中沿x轴正方向传播，t＝0时波源O开始振动，振动方向沿y轴负方向，图示为t＝0.7s时的波形图，已知图中b点第二次出现在波谷，则该横波的传播速度v＝_______m/s；从图示时刻开始计时，图中c质点的振动位移随时间变化的函数表达式为_______m.由题意得T2＋(T4＋T)＝0.7s，得该波的周期为T＝0.4s，由图知波长为λ＝4m，则波速为v＝λT＝10m/s.横波在介质中沿x轴正方向传播，图示时刻c质点向下振动，则c质点的振动位移随时间变化的函数表达式为y＝－Asin(2πTt)＝－0.03sin2π0.4tm＝－0.03sin5πtm.10y＝－0.03sin5πt考点三波的多解问题师生互动型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的关系不明确；②空间周期性：波传播距离Δx与波长λ的关系不明确．(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，而其余信息均处于隐含状态．这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性.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Δt或Δx，若此关系为时间，则t＝nT＋Δt(n＝0,1,2，…)；若此关系为距离，则x＝nλ＋Δx(n＝0,1，2，…)．[典例2]甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播，波速均为v＝25cm/s.两列波在t＝0时的波形曲线如图所示．求：(1)t＝0时，介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标；(2)从t＝0开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为－16cm的质点的时间．[解析](1)t＝0时，在x＝50cm处两列波的波峰相遇，该处质点偏离平衡位置的位移为16cm.两列波的波峰相遇处的质点偏离平衡位置的位移均为16cm.从图线可以看出，甲、乙两列波的波长分别为λ1＝50cm，λ2＝60cm①甲、乙两列波波峰的x坐标分别为x1＝50＋k1λ1(k1＝0，±1，±2，…)②x2＝50＋k2λ2(k2＝0，±1，±2，…)③由①②③式得，介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标为x＝(50＋300n)cm(n＝0，±1，±2，…)④(2)只有两列波的波谷相遇处的质点的位移为－16cm.t＝0时，两列波波谷间的x坐标之差为Δ