（名师导学）2020版高考物理总复习 第十四章 第2节 机械波课件 新人教版

第2节机械波考点1►机械波1．机械波(1)成因和产生条件①机械振动在介质中的传播，叫机械波．简谐运动在_________中的传播叫简谐波．②成因：介质由大量质点构成，相邻质点间有相互作用力，当介质中的某一质点发生振动时，就会带动它周围的质点振动起来，形成机械波．介质③产生的条件：a.有波源，b.有介质．(2)波的分类①横波：质点的振动方向与_____________相互垂直的波，凸起部分的正中央叫波峰，________部分的正中央叫波谷．②纵波：质点的振动方向与波的传播方向在___________上的波，质点分布密的部分叫_______，质点分布疏的部分叫_______．2．波长、频率和波速的关系(1)波长λ①定义：在波的传播方向上，两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总______的质点之间的距离叫做波长．波的传播方向凹陷同一条直线密部疏部相等②理解：a.在横波中，两个相邻的波峰(或波谷)间的距离等于一个波长；在纵波中，两个相邻的密部(或疏部)中央间的距离等于一个波长．b．波形在一个周期内向前平移的距离等于一个波长．c．在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于一个波长．(2)频率f波源的振动频率即波的频率，因为介质各质点做受迫振动，其振动是由波源的振动引起的，故各个质点的振动频率都等于波源的振动频率，不随介质的不同而变化．当波从一种介质进入另一种介质时，波的频率_________．(3)波速v波在介质中传播的快慢，叫波速，即单位时间内振动在介质中传播的距离．机械波的波速由介质决定．同类波在同一种均匀介质中，波速是一定值．即v＝xt＝____＝____．T为振源的振动周期，常说成波的周期．λT不变λf例1如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动质点2、3、4……各个质点依次上下振动，形成绳波，t＝14T时，质点1到达最高位置，质点5刚要开始运动．下列说法正确的是()A．质点11开始振动时的方向向下B．t＝T2时，质点4的速度方向向下C．在t＝34T时，质点8运动的速度方向与加速度方向相同D．在t＝34T时，质点7的加速度正在增大【解析】因t＝T4时，质点1到达最高位置，可知质点起振的方向向上，则质点11开始振动时的方向也向上，选项A错误；t＝T2时，质点4在平衡位置上方向下振动，质点5到达最高点，则质点4的速度方向向下，选项B正确；在t＝34T时，质点5在平衡位置向下振动，质点9到达最高点，质点8在平衡位置上方向下振动，此时质点8运动的速度方向与加速度方向均向下；此时质点7也在平衡位置上方向下振动，其加速度正在减小，选项C正确，D错误．【答案】BC【小结】正确理解波的形成，应抓住以下几点：(1)机械波传播的是机械振动这一运动形式和能量；(2)所有的质点都在其平衡位置附近振动，并不随波迁移；(3)所有质点都在其前一个质点的驱动下做受迫振动，故在无能量损失的情况下，各质点的周期、频率、振幅都与波源的周期、频率、振幅相同，起振方向也与波源的起振方向相同；(4)相距波长整数倍的两质点的振动情况完全相同，相距半个波长的奇数倍的两质点的振动情况完全相反．1．一列机械波从一种介质进入另一种介质时，有关物理量的情况是()A．波速、频率、波长均不变B．波速不变，频率、波长将发生改变C．频率不变，波速、波长将发生改变D．波速、频率、波长均发生改变【解析】由于波的频率就等于波源的振动频率，则当一列机械波从一种介质进入另一种介质时，其频率保持不变．而波速是由介质的性质决定的，波速将发生改变，由波速公式v＝λf得知，频率不变时，波长与波速成正比，则波长也发生变化．故选C.C2．(多选)沿x轴正方向的一条细绳上有O、A、B、C、D、E、F、G八个点，OA＝AB＝BC＝CD＝DE＝EF＝FG＝1m，质点O在垂直于x轴方向上做简谐运动，沿x轴方向传播形成横波．t＝0时刻，O点开始向上运动，经t＝0.2s，O点第一次到达上方最大位移处，这时A点刚好开始运动．那么在t＝2.5s时刻，以下说法中正确的是()A．B点位于x轴下方B．A点与E点的位移相同C．D点的速度最大D．C点正向上运动E．这列波的波速为5m/sABE【解析】O由平衡位置向上运动，经14T第一次到达上方最大位移处，此时间内波传播的距离为14λ，故T＝0.8s、λ＝4m，则有波速v＝λT＝5m/s，故E项正确．经tB＝OBv＝0.4s，质点B向上起振，再经2.5s－0.4s0.8sT＝258T，质点B运动至x轴下方，故A项正确．因为A、E两点间距为4m，恰等于一个波长，故E起振后，A、E两点的位移总相等，故B项正确．经tD＝ODv＝0.8s，质点D向上起振，再经2.5s－0.8s0.8sT＝218T，质点D运动至x轴上方，此时D点不在平衡位置，速度不是最大值，故C项错误．经tC＝OCv＝0.6s，质点C向上起振，再经2.5s－0.6s0.8sT＝238T，质点C正在x轴上方且向下运动，故D项错误．考点2►波的图象与振动图象1．波的图象(1)图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的____________；用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的________，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是_______(或余弦)曲线．(2)物理意义：表示某一时刻介质中_________相对平衡位置的位移．平衡位置位移正弦各质点2．振动图象(1)图象：在平面直角坐标系中，用横坐标表示某一质点的___________，用纵坐标表示该质点在各个时刻偏离平衡位置的位移．连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为该质点的振动图象．简谐振动的图象是______(或余弦)曲线．(2)物理意义：表示某个振动质点在各个时刻离开平衡位置的位移．振动时间正弦例2一列自右向左传播的简谐横波，在t＝0时刻的波形图如图所示，此时坐标为(1，0)的质点刚好开始运动，在t＝0.3s时刻，质点P首次到达波峰位置，质点Q的坐标是(－3，0)，则下列说法正确的是()A．在t＝0时刻，质点P的速度方向沿y轴负方向B．这列波的传播速度为130m/sC．在0～0.3s时间内，质点A运动的路程为0.03mD．在t＝0.5s时刻，质点Q首次到达波峰位置E．这列波的波源起振方向沿y轴正方向【解析】根据t＝0时刻的波形图，可知波长λ＝4cm，在t＝0时刻质点P沿y轴负方向运动，质点P的速度方向沿y轴负方向，选项A正确；在t＝0.3s时，质点P首次到达波峰位置，说明波动周期T＝0.4s，这列波的传播速度为v＝λT＝10cm/s＝0.1m/s，选项B错误；在0～0.3s内，即34T内，质点A运动的路程为3个振幅，即3×8cm＝24cm＝0.24m，选项C错误；在t＝0.5s时，波沿x轴负方向传播了5cm，质点Q首次到达波峰位置，选项D正确；根据波形图和传播方向可知，这列波的波源起振方向沿y轴正方向，选项E正确．【答案】ADE【小结】1.由波的图象可获取的信息(1)波长．(2)各质点振动的振幅．(3)该时刻各质点的位移．(4)各质点的加速度方向．(5)若已知波的传播方向，就能确定各质点的速度方向．2．质点振动方向与波传播方向的互判图象方法(1)微平移法：沿波的传播方向将波的图象进行一微小平移，然后由两条波形曲线来判断．例如：波沿x轴正向传播，t时刻波形曲线如图中实线所示．将其沿v的方向移动一微小距离Δx，获得如图中虚线所示的图线．可以判定：t时刻质点A振动方向向下，质点B振动方向向上，质点C振动方向向下.(2)“上、下坡”法：沿着波的传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向上振动．即“上坡下、下坡上”.例如：图中，A点向上振动，B点向下振动，C点向上振动(3)同侧法质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧．如图所示.(4)逆描波形法：逆着波的传播方向重描波形，笔尖经过某一位置时向上运动，对应该处的质点的振动方向向上，反之则向下.例3图甲为一列简谐横波在t＝0时的波形图，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；图乙为质点Q的振动图象，下列说法正确的是()A．这列波的波长是8.0m，周期是0.2s，振幅是10cmB．在t＝0时，质点Q向y轴正方向运动C．从t＝0到t＝0.15s，该波沿x轴负方向传播了6mD．从t＝0到t＝0.15s，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(m)【解析】由甲图知：这列波的波长是8.0m，振幅是10cm，由乙图知：周期是0.2s，A正确；图乙为质点Q的振动图象，则知在t＝0时，质点Q正从平衡位置向y轴正方向运动，B正确；在t＝0时，质点Q向y轴正方向运动，根据波形平移法可知该波沿x轴正方向传播，波速为v＝λT＝80.2m/s＝40m/s，则从t＝0到t＝0.15s，Δt＝0.15s，该波沿x轴正方向传播的距离为x＝vΔt＝40×0.15m＝6m，C错误；由于t＝0时质点P不在波峰、波谷和平衡位置，所以从t＝0到t＝0.15s内，质点P通过的路程不是3A＝30cm，D错误；质点Q简谐运动的表达式为y＝Asin2πTt＝0.1sin2π0.2t(m)＝0.10sin10πt(m)，E正确．【答案】ABE【小结】1.振动图象与波的图象的比较振动图象波的图象研究对象一个振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一个质点位移随时间变化的规律某时刻所有质点的空间分布规律图象图象信息(1)质点的振动周期(2)质点的振幅(3)各时刻质点的位移(4)各时刻质点的速度、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的加速度的方向(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(但t＝0的波形与t＝nT的波形相同)两个相邻的正的或负的最大值在横轴上跨越的距离表示一个周期表示一个波长2.振动图象与波的图象的联系(1)由振动图象可确定波的周期，结合波动图象获取的波长信息，可求波的传播速度；(2)由振动图象确定质点的振动方向，从而联系波动图象可确定波的传播方向；(3)由两个质点的振动图象可画出某时刻两质点间的最简单的波的图象；(4)由某时刻的波的图象可确定某质点的振动图象．3．(多选)一列简谐横波在t＝0时刻的波形图如图中实线所示，t＝18s时的波形图如图中虚线所示，若波传播的速度v＝8m/s，下列说法正确的是()A．这列波的周期为0.4sB．这列波沿x轴负方向传播C．t＝0时刻质点a沿y轴负方向运动D．从t＝0时刻开始质点a经0.25s通过的路程为0.4mE．x＝2m处的质点的位移表达式为y＝0.2sin4πt(m)BCD【解析】由图读出波长λ＝4m，则波的周期为T＝λv＝48s＝0.5s，由题，波传播的时间为t＝18s＝T4，根据波形的平移可知，波的传播方向沿x轴负方向，故A错误，B正确．波沿x轴负方向传播，由“上下坡法”可知t＝0时，质点a沿y轴负方向运动，故C正确．从t＝0时刻经0.25s时，由于Δt＝0.25s＝T2，所以质点通过的路程等于2A＝0.4m，故D正确．t＝0时刻x＝2m处的质点正向y轴负方向运动，其位移表达式为y＝－Asin2πTt＝－0.2sin4πt(m)，故E错误．4．(多选)图甲为一列简谐横波在t＝0.10s时刻的波形图，P是平衡位置为x＝1m处的质点，Q是平衡位置为x＝4m处的质点，图乙为质点Q的振动图象，则下列说法正确的是()A．该波的周期是0.10sB．该波的传播速度为40m/sC．该波沿x轴的负方向传播D．t＝0.10s时，质点Q的速度方向向下BCD【解析】由图乙知该波的周期是0.20s，故A错误；由甲图知波长λ＝8m，则波速为：v＝λT＝80.2m/s＝40m/s，故B正确；在t＝0.10s时，由乙图知质点Q正向下运动，根据波形平移法可知该波沿x轴负方向传播，故C正确，D正确．考点3►波的多解问题1．造成波