2020届高考物理总复习 第2课时 机械波课件 教科版选修3-4

第2课时机械波基础回顾核心探究演练提升基础回顾自主梳理·融会贯通知识梳理一、机械波的产生和分类1.机械波的形成条件(1)有发生机械振动的.介质波源(2)有传播所需的,如空气、水等.2.传播特点(2)在波动中,各个质点的振动周期和频率都与振动周期和频率相同.3.机械波的分类(1)横波:介质中质点的振动方向和波的传播方向的波,有(凸部)和(凹部),如绳波.(2)纵波:介质中质点的振动方向和波的传播方向的波,有和,如弹簧波、声波.形式迁移波源垂直波峰波谷平行密部(1)机械波传播的只是振动的、能量和信息,质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波.疏部二、横波的图像1.坐标轴:横轴表示各质点的,纵轴表示该时刻各质点的.平衡位置位移2.物理意义: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3.图像应用:(1)直接读取和,以及该时刻各质点的位移.振幅A波长λ(2)确定某时刻各质点加速度和速度的,并能比较大小.(3)结合波的传播方向可确定各质点的或由各质点的振动方向确定波的.方向振动方向传播方向三、波速、波长和频率(周期)的关系1.波长λ:沿波的传播方向,任意两个的同相振动的质点之间的距离,是两个波峰(波谷)之间的距离.相邻2.波速v:波在介质中的传播速度,机械波的波速仅由本身的性质决定.3.频率f:由波源决定,等于的振动频率,与介质种类.相邻介质4.波长、波速和频率(周期)的关系(1)v=;(2)v=.振源无关Tλf四、波的干涉、衍射和多普勒效应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______一切波都能发生衍射现象,波长较长的波产生显著的衍射现象现象形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的__________波能够后面传播相同容易干涉图样绕到障碍物(2)规律:①波源与观察者如果相互靠近,观察者接收到的;②波源与观察者如果相互远离,观察者接收到的;③波源与观察者如果相对静止,观察者接收到的频率波源的频率.(3)实质:波源频率,观察者接收到的频率.频率频率增大2.多普勒效应(1)定义:当波源与观察者之间有相对运动时,观察者测得的与波源频率不同的现象.频率减小等于不变变化自主检测1.思考判断(1)在机械波传播过程中,介质中的质点随波的传播而迁移.()(2)机械波在传播过程中,各个质点振动的周期、频率都相同.()(3)衍射不需要条件,只有明显衍射才有条件.()(4)在波的干涉中,加强点只是振幅增大,并非任一时刻位移都大.()(5)多普勒效应说明波源的频率发生变化.()答案:(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×2.(2018·福建莆田考前模拟)(多选)如图所示,a,b,c,…,k为连续的弹性介质中间隔相等的若干质点,e点为波源,t=0时刻从平衡位置开始向上做简谐运动,振幅为4cm,周期为0.2s,在波的传播方向上,后一质点比前一质点迟0.05s开始振动.在t=0.35s时,x轴上距e点6m的某质点第一次到达最高点,则()A.该机械波的波长为4mB.该机械波在弹性介质中的传播速度为10m/sC.图中相邻质点间距离为1mD.当c点在平衡位置向上振动时,d点位于波谷E.当b点经过的路程为12cm时,g点经过的路程为16cmACE解析:根据题意可知波的周期为T=0.2s,t=0时刻e点从平衡位置开始向上做简谐运动,经过t=0.05s,e点第一次到达最高点.t=0.35s时,x轴上距e点6.0m的某质点第一次到达最高点,则知该质点的振动比e点落后一个半周期,即32λ=6m,所以波长为λ=4m,波速为v=20m/s,故A正确,B错误;由波的周期为T=0.2s,后一质点比前一质点迟4T开始振动,可知相邻质点间的距离等于4,即为1m,故C正确;当c点在平衡位置向上振动时,d点位于波峰,故D错误;g点比b点早振动4T,当b点经过的路程为12cm时,g点经过的路程为16cm,故E正确.3.(2018·贵州遵义航天中学模拟)(多选)如图所示,图(甲)为某一列简谐横波在t=0.5s时的波形,图(乙)为介质中P处质点的振动图像,则关于该波的说法正确的是()A.传播方向沿x轴正方向传播B.波速为16m/sC.P处质点振动频率为1HzD.P处质点在5s内的路程为10mE.P处质点在5s内的位移为0.5mACD解析:由振动图线可知,t=0.5s时,P处的质点向上振动,由波动图线可知,波沿x轴正方向传播,选项A正确;波长λ=8m,周期T=1s,则波速v=T=81m/s=8m/s,选项B错误;P处质点的振动频率f=1T=1Hz,选项C正确;P处质点在5s内路程为s=5×4A=10m,选项D正确;因5s=5T,则P处质点在5s内位移为零,选项E错误.核心探究分类探究·各个击破考点一机械波的形成与传播机械波的传播特点(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和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,由于介质的情况不同,它的波长和波速可能改变,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==λf.T【典例1】(2016·全国Ⅲ卷,34)(多选)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播.波源振动的频率为20Hz,波速为16m/s.已知介质中P,Q两质点位于波源S的两侧,且P,Q和S的平衡位置在一条直线上,P,Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8m、14.6m,P,Q开始振动后,下列判断正确的是()A.P,Q两质点运动的方向始终相同B.P,Q两质点运动的方向始终相反C.当S恰好通过平衡位置时,P,Q两点也正好通过平衡位置D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰E.当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰BDE解析:根据题意可得T=120s=0.05s,v=16m/s,故波长为λ=vT=0.8m,找P点关于S点的对称点P′,根据对称性可知P′和P的振动情况完全相同,P′,Q两点相距Δx=(15.80.8-14.60.8)λ=32λ,为半波长的整数倍,所以两点为反相点,故P′,Q两点振动方向始终相反,即P,Q两点振动方向始终相反,选项A错误,B正确;P点距离S点x=1934λ,当S恰好通过平衡位置向上振动时,P点在波峰,同理Q点相距S点x′=1814λ,当S恰好通过平衡位置向下振动时,Q点在波峰,选项C,错误,D,E正确.方法总结波的传播方向与质点振动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“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1.[机械波的产生与传播](2016·全国Ⅰ卷,34)(多选)某同学漂浮在海面上,虽然水面波正平稳地以1.8m/s的速率向着海滩传播,但他并不向海滩靠近.该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15s.下列说法正确的是()A.水面波是一种机械波B.该水面波的频率为6HzC.该水面波的波长为3mD.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时能量不会传递出去E.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时振动的质点并不随波迁移多维训练ACE解析:水面波是由水面的水机械振动形成的;九个波峰传播时间为15s,则波的周期T=159s=53s,即频率f=1T=0.6Hz;由v=λf得λ=1.80.6m=3m;由于波向外传播时振动质点并不随波迁移,因此水面波不会将该同学推向岸边.故选项A,C,E正确.2.[波速公式的应用](2015·四川卷,2)平静湖面传播着一列水面波(横波),在波的传播方向上有相距3m的甲、乙两小木块随波上下运动,测得两小木块每分钟都上下30次,甲在波谷时,乙在波峰,且两木块之间有一个波峰.这列水面波()A.频率是30HzB.波长是3mC.波速是1m/sD.周期是0.1sC解析:波的周期T=6030s=2s,f=1T=0.5Hz,1.5λ=3m,λ=2m,则波速v=T=22m/s=1m/s,选项A,B,D错误,C正确.考点二振动图像与波动图像的综合应用1.波动图像的特点(1)质点振动nT(波传播nλ)时,波形不变.(2)在波的传播方向上,当两质点平衡位置间的距离为nλ时(n=1,2,3…),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)2(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.2.振动图像与波动图像的比较振动图像波动图像研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图像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像信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图像变化随时间推移,图像延续,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的距离表示一个周期表示一个波长【典例2】(2015·天津卷,3)图(甲)为一列简谐横波在某一时刻的波形图,a,b两质点的横坐标分别为xa=2m和xb=6m,图(乙)为质点b从该时刻开始计时的振动图像.下列说法正确的是()A.该波沿+x方向传播,波速为1m/sB.质点a经4s振动的路程为4mC.此时刻质点a的速度沿+y方向D.质点a在t=2s时速度为零D〚核心点拨〛(1)由振动图像确定t=0时刻质点b的振动方向,再由质点b振动方向与波传播方向的互判方法即可确定波的传播方向.(2)质点a与质点b相距半个波长,振动方向始终相反.解析:t=0时,b质点向+y方向运动,根据“下坡上”可判定波沿-x方向传播,A错误;a总是与b的振动方向相反,t=0时,a向-y方向运动,C错误;经过4s,a回到平衡位置,路程为1m,B错误;t=2s时,a处于波谷,速度为零,D正确.反思总结“一分、一看、二找”巧解波的图像与振动图像综合问题1.[已知振动图像确定波动图像]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像如图所示,则该波在第一个周期末的波形图是()D多维训练解析:根据题图,t=0时刻,波源经平衡位置向下运动,而波形图中,质点的起振方向均与波源开始振动时的方向相同,根据波的传播过程中,“上坡下,下坡上”规律可知,波形图中刚刚开始振动的质点处于“上坡”位置,A,C项错误;由振动图像知,前半个周期振幅较小,故波形图中距波源较远的质点的振幅较小,B项错误,D项正确.2.[已知波的图像确定振动和波动关系](2016·天津卷,7)(多选)在均匀介质中坐标原点O处有一波源做简谐运动,其表达式为y=5sin(t),它在介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播,某时刻波刚好传播到x=12m处,波形图像如图所示,则()A.此后再经6s该波传播到x=24m处B.M点在此后第3s末的振动方向沿y轴正方向C.波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向D.此后M点第一次到达y=-3m处所需时间是2sABπ2解析:波的周期T=2ππ2=4s,波长λ=8m,波速v=T=2m/s,则再经过6s,波传播的距离为x=vt=12m,该波将传播到x=24m处,选项A正确;M点在此时振动方向向下,则第3秒末,即经过了0.75T,M点的振动方向沿y轴正向,选项B正确;因波传播到x=12m处时,质点向y轴正向振动,故波源开始振动时的运动方向沿y轴正向,选项C错误;M点第一次到达y=-3m处所需的时间小于2T=2s,选项D错误.3.[两种图像的综合应用](多选)图(a)为一列简谐横波在t=2s时的波形图,图(b)为媒质中平衡位置在x=1.5m处的质点的振动图像,P是平衡位置为x=2m的质点,下列说法正确的是()A.波