（新课标）2020高考物理一轮复习 14.2 机械波课件 新人教版

14．2机械波知识清单考点整合集中记忆一、机械波的形成形成条件(1)有振动的波源．(2)有传播的介质．运动特点(1)每个质点在各自的平衡位置附近做简谐运动，振幅和周期与波源相同，只是开始振动的时间不同．(2)机械波传播振动形式、能量、信息，质点并不随波迁移．机械波的分类(1)横波：振动方向与传播方向垂直，形成波峰和波谷．(2)纵波：振动方向与传播方向沿同一直线，形成密部和疏部．二、机械波的图像坐标轴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．三、描述机械波的物理量波速v：波在介质中的传播速度．由介质本身的性质决定．频率f：等于波源的振动频率．由波源决定．波长λ：振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离．与波源和介质都有关．波长、波速和频率的关系：v＝λf＝λT.四、机械波的特性波的干涉和衍射波的干涉波的衍射条件两列波的频率相同，相位差保持不变障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多现象形成稳定的相间隔的振动加强区和减弱区波能够绕过障碍或孔继续向前传播多普勒效应(1)条件：声源和观察者之间有相对运动；(2)现象：①波源和观察者相互靠近，接收到的频率比波源频率增大．②波源和观察者相互远离，接收到的频率比波源频率减小．(3)实质：声源频率不变，观察者接收到的频率变化．考点讲练考点突破针对训练考点一机械波的形成与传播1．机械波的形成：概括起来是“带动、重复、落后”(1)先振动的质点带动后面的质点振动，每个质点都做受迫振动．(2)后振动的质点重复前面质点的振动，每个质点的振动频率都和波源相同．(3)后面质点的振动状态落后于先振动的质点，每隔一个波长，振动落后一个周期．2．机械波的传播(1)介质中各质点并不随波迁移，只是传递振动形式，并伴随着能量和信息的传播．(2)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．(3)振源经过一个周期T，波恰好向前传播一个波长的距离，则v＝λT＝λf.(4)波从一种介质进入另一种介质，频率不变，波速和波长改变．(2016·课标全国Ⅰ)(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【答案】ACE【解析】水面波是一种典型机械波，A项正确；从第一个波峰到第十个波峰中经历了九个波形，时间间隔为15秒，所以其振动周期为T＝159s＝53s，频率为0.6Hz，B项错误；其波长λ＝vT＝1.8m/s·53s＝3m，C项正确；波中的质点都上下振动，不随波迁移，但是能传递能量，D项错误，E项正确．(2018·浙江模拟)(多选)如图是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4…为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向．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＝0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动．下列判断正确的是()A．质点5开始振动时的运动方向向上B．t＝T2时质点6的加速度方向向上C．t＝3T4时质点10的运动方向向下D．t＝T时质点17开始运动【答案】AD【解析】A项，由于后一个质点重复前一个质点的振动，质点1开始振动时是从平衡位置开始向上振动，故知质点5开始振动时运动方向向上．故A项正确．B项，振动从质点1传播到质点5经过14T，质点1和质点5之间的距离为14λ，质点1到质点6为516λ，所以波从质点1传到质点6所需时间为516T，故在t＝T2时质点6已振动了12T－516T＝316T，即质点6在从平衡位置向波峰的运动过程中，知加速度方向向下．故B项错误．C项，质点1和质点10之间的距离为916λ，在t＝34T时刻，质点10已运动了34T－916T＝316T，开始时质点10向上振动，故在t＝3T4时质点10的运动方向向上．故C项错误．D项，一个周期内振动的距离等于一个波长，则知t＝T时质点17开始振动，故D项正确．(2018·课标全国Ⅱ)声波在空气中的传播速度为340m/s，在钢铁中的传插速度为4900m/s.一平直桥由钢铁制成，某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音，分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00s．桥的长度为________m．若该声波在空气中的波长为λ，则它在钢铁中的波长为λ的________倍．【解析】设铁桥长L，由v＝Lt得，声音在各自介质中传播时间之差为：Lv1－Lv2＝1s，即：L340－14900＝1，解得：L＝365m；同一种声音频率相同，则f＝v1λ1＝vλ，所以λ1λ＝v1v＝4900340＝24517.考点二机械波动的图像1．通过波动图像能直接得到的信息(1)直接读取振幅A和波长λ，以及该时刻各质点的位移．(2)确定该时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小．2．“上下坡”法判断波的传播方向与质点振动方向如图：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．(1)若已知某时刻A点振动方向向上，则波向x轴负方向传播．(2)若已知波向x轴正方向传播，则该时刻B点向上振动．3．波动图像变化特点(1)经过时间t，波传播距离vt，将原波形平移vt即为新波形．(2)经过时间nT，波传播距离nλ，波形不变．(3)相隔波长整数倍的两质点，振动速度总相同，相隔半波长奇数倍的两质点，振动速度总相反．(2018·长沙模拟)(多选)一列简谐横波沿x轴传播，波速为5m/s，t＝0时刻的波形如图所示，此时刻质点Q位于波峰，质点P沿y轴负方向运动，经过0.1s质点P第一次到达平衡位置，则下列说法正确的是()A．这列波的周期是1.2sB．该波沿x轴正方向传播C．点P的横坐标为x＝2.5mD．x＝3.5m处的质点与P点振动的位移始终相反E．Q点的振动方程为y＝6cos5π3t(cm)【答案】ACE【解析】A项，由波形图可知，波长λ＝6m，则周期T＝λv＝65s＝1.2s，故A项正确；B项，质点P此时刻沿－y轴方向运动，振动比左侧邻近的波峰振动早，所以该波沿x轴负方向传播，故B项错误；C项，波沿x轴负方向传播，0.1s内向左传播的距离为x＝vt＝5×0.1m＝0.5m，由波形平移法知图中x＝3m处的状态传到P点，所以P点的横坐标为x＝2.5m，故C项正确；D项，x＝3.5m处的质点与P点相差小于半个波长，所以振动的位移不是始终相反，故D项错误；E项，由ω＝2πvλ＝5π3rad/s，题图中Q点的振动方程y＝Acosωt＝6cos5π3t(cm)，故E项正确．(2018·课标全国Ⅲ)(多选)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．已知该波的周期T＞0.20s．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【答案】ACE【解析】A、B两项，波沿x轴正方传播，根据波形图可知，(n＋12)T＝0.2s，该波的周期T＞0.20s，n只能等于0，故T＝0.4s；波长λ＝16cm＝0.16m，故波速v＝λT＝0.160.4m/s＝0.4m/s，故A项正确、B项错误；C项，x＝0.08m的质点在t＝0时位于平衡位置向上振动，经过t＝0.70s时，tT＝0.70.4＝134，所以0.7s时x＝0.08m处的质点位于波谷，故C项正确；D项，x＝0.08m的质点在t＝0时位于平衡位置向上振动，经过t＝0.12s时，tT＝0.120.4＝310，即t＝310T，即14Tt12T，所以0.12s时x＝0.08m处的质点位于平衡位置上边正在向下振动，故D项错误；E项，若此波传入另一介质中，频率不变，则周期不变，其波速变为0.80m/s，则它在该介质中的波长为λ＝vT＝0.8×0.4m＝0.32m，故E项正确．(2018·浙江模拟)(多选)一列简谐横波在弹性介质中沿x轴传播，波源位于坐标原点O，t＝0时刻波源开始振动，t＝3s时波源停止振动，如图为t＝3.2s时的一部分波形图．其中质点a的平衡位置离原点O的距离为x＝2.5m．以下说法正确的是()A．波速为5m/sB．波长λ＝2.0mC．波源起振方向沿y轴正方向D．在t＝3.3s，质点a位于波谷【答案】AB【解析】A项，波速v＝ΔxΔt＝1.03.2－3m/s＝5m/s，故A项正确；B项，由题图可知，波长λ＝2.0m，故B项正确；C项，t＝3.2s时，Δx＝v·Δt＝5×3.2m＝16m，由于λ＝2.0m，故波形前端的运动同x＝2.0m质点的运动，可判断2.0m处的质点向下振动，故波源起振方向沿y轴负方向，故C项错误；D项，波的周期为T＝λv＝25s＝0.4s，从图示时刻经Δt＝0.1s＝14T，质点a位于平衡位置，即在t＝3.3s，质点a位于平衡位置，故D项错误．考点三波动图像与振动图像综合振动图像和波的图像的比较振动图像波的图像研究对象一个振动质点沿波传播方向上的所有质点图像坐标纵坐标是质点位移横坐标是时间纵坐标是质点位移横坐标是传播方向上质点的平衡位置图像意义某个质点在各个时刻的位移某一时刻各个质点的位移图像信息周期、振幅、质点各时刻的位移、速度方向、加速度方向波长、振幅、各质点此刻的位移、速度方向、加速度方向、传播方向图像变化图像随时间延续，已有形状不变图像随时间沿传播方向平移(2018·课标全国Ⅰ)一列简谐横波在t＝13s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的振动图像．求：(ⅰ)波速及波的传播方向；(ⅱ)质点Q的平衡位置的x坐标．【解析】(ⅰ)由图(a)可以看出，该波的波长为λ＝36cm，由图(b)可以看出周期T＝2s，故波速为v＝λT＝18cm/s，由(b)可知，当t＝13s时，Q向上振动，结合图(a)可知，该波沿x轴负方向传播；(ⅱ)设质点P、Q的平衡位置的x轴坐标分别为xP、xQ，由图(a)可知，x＝0处y＝－A2＝Asin(－30°)因此xP＝30°360°λ＝3cm由图(b)可知，在t＝0时Q点处于平衡位置，经过Δt＝13s，其振动状态向x轴负方向传播到P点处，所以xQ－xP＝vΔt＝6cm，解得质点Q的平衡位置的x坐标为xQ＝9cm.(多选)图(a)为一列简谐横波在t＝0.10s时刻的波形图，P是平衡位置在x＝1.0m处的质点，Q是平衡位置在x＝4.0m处的质点；图(b)为质点Q的振动图像，下列说法正确的是()A．在t＝0.10s时，质点Q向y轴正方向运动B．在t＝0.25s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同C．从t＝0.10s到t＝0.25s，该波沿x轴负方向传播了6mD．从t＝0.10s到t＝0.25s，质点P通过的路程为30cmE．质点Q简谐运动的表达式为y＝0.10sin10πt(国际单位制)【答案】BCE【解析】由Q点的振动图像可知，t＝0.10s时质点Q沿y轴负方向运动，A项错误；由波的图像可知，波向左传播，波的周期T＝0.2s，振幅A＝10cm，t＝0.10s时质点P向上运动，经过0.15s＝34T时，即在t＝0.25s时，质点振动到x轴下方位置，且速度方向向上，加速度方向也沿y轴正方向，B项正确；波动速度v＝λT＝80.2m/s＝40m/s，故从t＝0.10s到t＝0.25s，波沿x轴负方向传播的距离为x＝vt＝6m，C项正确；由于P点开始位置不是在波峰或波谷或平衡位置，故从t＝0.10s到t＝0.25s的34周期内，通过的路程不等于3A＝30cm，D项错误；质点Q做简谐振动的振动方程为y＝Asin2πTt＝0.10sin10πt(国际单位制)，E项正确．方法