（新课标）2020年高考物理一轮总复习 第十四章 第二讲 机械波课件

基础复习课第二讲机械波抓基础·双基夯实研考向·考点探究栏目导航随堂练·知能提升一、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．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．形式能量迁移波源4A零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．(3)图象：如图所示．平衡位置位移平衡位置2．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＝λT.相同介质振动频率λf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尺寸相同干涉图样绕过障碍物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．相对运动频率不变变化[小题快练]1．判断题(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)周期或频率，只取决于波源，而与v、λ无直接关系．()(3)波速v取决于介质的性质，它与T、λ无直接关系．只要介质不变，v就不变；如果介质变了，v也一定变．()(4)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象．()(5)一切波都能发生衍射现象．()(6)多普勒效应说明波源的频率发生变化．()×√√×√×2．(多选)关于振动和波的关系，下列说法中正确的是()A．振动是波的成因，波是振动的传播B．振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象C．波的传播速度就是质点振动的速度D．波源停止振动时，波立即停止传播AB3．(多选)两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇．下列说法正确的是()A．波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|B．波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2C．波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D．波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅AD4．(多选)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轴正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/sCD考点一波动图象与波速公式的应用(自主学习)1．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．2．波速与波长、周期、频率的关系v＝λT＝λf.1－1.[机械波的产生与传播](多选)如图所示为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，其中O为波源．设波源的振动周期为T，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过T4质点1开始起振，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法中正确的是()A．介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚B．图中所有质点的起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C．图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时，通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过相同位置时落后T4D．只要图中所有质点都已振动了，质点1与质点9的振动步调就完全一致，但如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动答案：ACD1－2.[机械波的图象](2015·福建卷)简谐横波在同一均匀介质中沿x轴正方向传播，波速为v.若某时刻在波的传播方向上，位于平衡位置的两质点a、b相距为s，a、b之间只存在一个波谷，则从该时刻起，下列四幅波形图中质点a最早到达波谷的是()ABCD答案：D1－3.[波速公式的应用]如图所示，实线和虚线分别是沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0和t＝0.06s时刻的波形图，已知在t＝0时刻，x＝1.5m处的质点向y轴正方向运动．(1)判断该波的传播方向；(2)若3T＜0.06s＜4T，求该波的速度大小．解析：(1)因在t＝0时刻，x＝1.5m处的质点向y轴正方向运动，由波形图可知，该波的传播方向沿x轴正方向．(2)由图得：Δt＝(n＋34)T(n＝0,1,2，…)，若3T＜Δt＜4T，n＝3，则Δt＝(3＋34)T，解得T＝0.016s，由公式v＝λT，代入解得v＝75m/s.答案：(1)x轴正方向(2)75m/s考点二振动图象和波动图象的关联分析(自主学习)1．两种图象的比较图象类型振动图象波的图象研究对象某一振动质点沿波传播方向上的所有质点研究内容某一质点的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某质点各个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)任意一质点在该时刻的位移(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，图象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2.巧解图象问题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2－1.[波动图象与振动图象的结合](多选)图甲为一列横波在t＝0时的波动图象，图乙为该波中x＝2m处质点P的振动图象，下列说法正确的是()A．若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象，则所遇到波的频率为0.25HzB．若该波能发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物尺寸一定比4m大很多C．再过0.5s，P点的动能最大D．波沿x轴正方向传播答案：CD2－2.[波动图象与振动图象结合]一列沿着x轴正方向传播的横波，在t＝0时刻的波形如图甲所示．图甲中某质点的振动图象如图乙所示．(1)求该波的波速；(2)求图甲中的质点L从图示位置到达波峰的时间；(3)从t＝0开始计时，写出x＝2m处质点的振动方程．答案：(1)0.5m/s(2)(4n＋1)s(n＝0,1,2，…)(3)－0.8sin12πtm[反思总结]图象问题的易错点1．不理解振动图象与波的图象的区别．2．误将振动图象看作波的图象或将波的图象看作振动图象．3．不知道波传播过程中任意质点的起振方向与波源的起振方向相同．4．不会区分波的传播位移和质点的振动位移．5．误认为质点随波迁移．考点三波的多解问题(自主学习)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．3－1.[周期性因素]一列简谐横波沿x轴正方向传播，t0时刻波形图如图所示，此时波刚好传到P点，t0＋0.6s时刻的波形如图中的虚线所示，a、b、c、P、Q是介质中的质点，则以下说法正确的是()A．这列波的波速可能为50m/sB．质点a在这段时间内通过的路程可能为24cmC．质点c在这段时间内通过的路程可能为80cmD．若周期T＝0.8s，则当t0＋0.5s时刻，质点b、P的位移相同E．若周期T＝0.8s，当t0＋0.4s时刻开始计时，则质点c的振动方程可表示为y＝8sin(52πt)cm答案：ACD3－2.[双向性因素]一列简谐波沿x轴方向传播，已知x轴上x1＝0和x2＝1m两处质点的振动图象分别如图甲、乙所示．(1)若此波沿x轴正向传播，则波的传播速度的可能值；(2)若此波沿x轴负向传播，则波的传播速度的可能值．解析：(1)由图可知，波的周期T＝4×10－3s.当简谐波沿x轴正向传播时，两质点间距离为(n＋34)λ1＝1m，v1＝λ1T＝1033＋4nm/s(n＝0,1,2…)．(2)当波沿x轴负向传播时，两质点间距离为(n＋14)λ2＝1m，v2＝λ2T＝1031＋4nm/s(n＝0,1,2…)．答案：(1)1033＋4nm/s(n＝0,1,2…)(2)1031＋4nm/s(n＝0,1,2…)3－3.[其他因素](2015·全国卷Ⅰ)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)根据两列波的振幅都为8cm，偏离平衡位置位移为16cm的质点即为两列波的波峰相遇．设质点坐标为x，根据波形图可知，甲乙的波长分别为λ乙＝60cm，λ甲＝50cm甲乙两列波的波峰坐标分别为x1＝50＋k1×50(k1＝0，±1,2，±3…)x2＝50＋k2×60(k2＝0，±1，±2，±3…)综上，所有波峰和波峰相遇的质点坐标为整理可知x1＝(50＋300n)cm(n＝0，±1，±2，±3…)(2)偏离平衡位置位移为－16cm是两列波的波谷相遇的点t＝0时，波谷之差Δx＝50＋2n1＋12×60－50＋2n2＋12×50，(n1，n2＝±1，±2，±3…)整理可得Δx＝10(6n1－5n2)＋5波谷之间最小的距离为Δx＝5cm两列波相向传播，相对速度为2v＝50cm/s所以出现偏离平衡位置位移为－16cm的最短时间t＝Δx′2v＝0.1s.答案：(1)x1＝(50＋300n)cm(n＝0，±1，±2，±3…)(2)0.1s[反思总结]求解波的多解问题的一般思路1．根据初、末两时刻的波形图确定传播距离与波长的关系通式．2．根据题设条件判断是唯一解还是多解．3．根据波速公式v＝ΔxΔt或v＝λT＝λf求波速．考点四波的干涉、衍射、多普勒效应(自主学习)1．波的干涉中振动加强点和减弱点的判断(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．多普勒效应的成因分析(1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数．(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小．4－1.[波的干涉问题](多选)如图是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，以波源S1、S2为圆心的两组同