（京津鲁琼版）2020版高考物理总复习 第十三章 第2节 机械波课件

第十三章机械振动与机械波电磁振荡与电磁波第2节机械波【基础梳理】提示：波源介质振动形式随波迁移相同垂直在同一直线上平衡位置位移平衡位置λf相同加强减弱波长不变发生变化增大减小等于【自我诊断】判一判(1)在机械波的传播中，各质点随波的传播而迁移．()(2)机械波的频率等于振源的振动频率．()(3)机械波的传播速度与振源的振动速度相等．()(4)质点振动的方向总是垂直于波传播的方向．()(5)在一个周期内，沿着波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离．()(6)机械波在介质中传播的速度由介质本身决定．()(7)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．()提示：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√(7)×做一做(多选)一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形如图所示，质点P的x坐标为3m．已知任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.4s．下列说法正确的是()A．波速为4m/sB．波的频率为1.25HzC．x坐标为15m的质点在t＝0.6s时恰好位于波谷D．x坐标为22m的质点在t＝0.2s时恰好位于波峰提示：选BD.任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.4s，可知振动周期T＝0.8s，频率f＝1T＝1.25Hz，选项B正确；从题图中可以看出波长λ＝4m，根据v＝λf得v＝5m/s，选项A错误；由于波在传播过程中具有空间周期性，x坐标为15m处的质点运动规律与x＝3m处的质点相同，从t＝0时刻经过0.6s，即经历34周期，质点应位于平衡位置，选项C错误；用同样的方法可判断出选项D正确．波的传播与波速公式的应用【知识提炼】波的传播过程中的特点(1)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，所以有v＝λT＝λf.(2)质点振动nT(波传播nλ)时，波形不变．(3)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为nλ(n＝1，2，3，…)时，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)λ2(n＝0，1，2，3，…)时，它们的振动步调总相反．(4)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．【题组突破】1．(多选)(2019·贵州遵义模拟改编)一简谐横波沿x轴负向传播，t时刻的波形如图所示，则该时刻()A．质点A的速度向下B．质点B的动能为零C．从该时刻经过半个周期，质点C将移动到质点B的位置D．从该时刻经过14个周期，质点D的加速度达到最大解析：选AD.根据“上下坡”法可得质点A向下振动，选项A正确；该时刻质点B正通过平衡位置向下振动，故动能不为零，选项B错误；简谐横波在传播过程中波上的各个质点只在平衡位置附近上下振动，不会随波迁移，选项C错误；t时刻质点D正通过平衡位置向上振动，从该时刻经过14个周期，质点D到达波峰，故加速度最大，选项D正确．2．(多选)(2018·高考全国卷Ⅲ改编)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＝0.12s时位于波谷D．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解析：选AD.由图象可知波长λ＝0.16m，B错误；由于该波的周期T0.2s，结合图象可知T＝0.4s，则波速为0.40m/s，A正确；t＝0时x＝0.08m的质点从平衡位置沿y轴正向振动，t＝0.12s时位于平衡位置与波峰之间的某一位置，C错误；据f＝v1λ1＝v2λ2可知此波波速变为0.80m/s，则它在该介质中的波长为0.32m，D正确．3．一列沿－x方向传播的简谐横波，在t＝0时刻的波形如图所示，质点振动的振幅为10cm.P、Q两点的坐标分别为(－1，0)和(－9，0)，已知t＝0.7s时，P点第二次出现波峰．(1)这列波的传播速度多大？(2)从t＝0时刻起，经过多长时间Q点第一次出现波峰？(3)当Q点第一次出现波峰时，P点通过的路程为多少？解析：(1)由题意可知该波的波长为λ＝4m，P点与最近波峰的水平距离为3m，距离第二波峰的水平距离为7m所以v＝st＝10m/s.(2)Q点与最近波峰的水平距离为11m故Q点第一次出现波峰的时间为t1＝s1v＝1.1s.(3)该波中各质点振动的周期为T＝λv＝0.4sQ点第一次出现波峰时质点P振动了t2＝0.9s则t2＝2T＋14T＝9T4质点每振动T4经过的路程为10cm当Q点第一次出现波峰时，P点通过的路程s′＝0.9m.答案：(1)10m/s(2)1.1s(3)0.9m波的传播方向与质点振动方向的互判方法方法解读图象演示“上下坡”法沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动方法解读图象演示“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振动图象和波的图象的关联分析【知识提炼】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l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类型振动图象波的图象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类型振动图象波的图象图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)各时刻质点位移(4)各时刻质点速度、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类型振动图象波的图象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【题组突破】1．(多选)(2019·河北石家庄调研改编)如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为介质中x＝2m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象．下列说法正确的是()A．这列波的传播方向是沿x轴正方向B．这列波的传播速度是20m/sC．经过0.15s，质点P沿x轴的正方向传播了3mD．经过0.1s，质点Q的运动方向沿y轴正方向解析：选AB.由甲、乙两图可知，该波向x轴正方向传播，选项A正确；由图甲知波长λ＝4m，由图乙知周期T＝0.2s，则波速v＝λT＝40.2m/s＝20m/s，选项B正确；质点不随波迁移，只在其平衡位置附近振动，选项C错误；经过0.1s＝12T，质点Q的运动方向沿y轴负方向，选项D错误．2．(多选)(2019·江西南昌一模改编)图甲为一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，P是平衡位置在x＝1m处的质点，Q是平衡位置在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．这列波的波长是8m，周期是0.20s，振幅是10cmB．在t＝0时刻，质点Q向y轴正方向运动C．从t＝0到t＝0.25s，该波沿x轴负方向传播了6mD．从t＝0到t＝0.25s，质点P通过的路程为0cm解析：选AB.由题图甲可知，这列波的波长是8m，由题图乙可知，周期为0.20s，振幅为10cm，选项A正确；由题图乙可知，在t＝0时刻，质点Q向y轴正方向运动，选项B正确；从t＝0到t＝0.25s，该波沿x轴正方向传播了54个波长，即传播了10m，选项C错误；从t＝0到t＝0.25s，质点P通过的路程大于5个振幅，即大于50cm，选项D错误．3．(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＝9cm.⑥答案：(1)0.18cm/s波沿x轴负方向传播(2)9cm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”的方法波的多解问题【知识提炼】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．【题组突破】1．(2018·高考北京卷)如图所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15m．当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最好大位移处，则这列波的波长可能是()A．0.60mB．0.30mC．0.20mD．0.15m解析：选B.由题意，P、Q两点之间的距离为λ2＋nλ＝0.15m，n＝0，1，2，…，故n＝0时，λ＝0.30m，n＝1时，λ＝0.10m，选项B正确，其余选项错误．2．(多选)(2019·宁德质检改编)一列简谐横波沿x轴正方向传播，在ts与(t＋0.2)s两个时刻，x轴上(－3m，3m)区间的波形完全相同，如图所示为ts时刻的波形图．并且图中M、N两质点在ts时位移均为2.5cm，下列说法正确的是()A．(t＋0.1)s时刻，x＝－2m处的质点位移大小一定是5cmB．质点M随波一起沿x轴正方向传播C．从ts时刻起，x＝2m处的质点比x＝2.5m的质点先回到平衡位置D．从ts时刻起，质点N比质点M先到达平衡位置解析：选AC.由图知波长λ＝4m，由于ts与(t＋0.2)s两个时刻的波形相同，可知经过了整数倍周期的时间，则得：Δt＝0.2s＝nT，n＝1，2，…由于周期不确定，时间0.1s等于半个周期的整数倍，则(t＋0.1)s时刻，x＝－2m处的质点可能在波峰，也可能在波谷，位移的大小是5cm，故A正确；机械波传播的过程中，质点不随波迁移，选项B错误；质点沿x轴正向传播，在t＝0时刻x＝2.5m的质点向下振动，故从ts时刻起，x＝2m处的质点比x＝2.5m的质点先回到平衡位置，选项C正确；由波沿x轴正方向传播，易知D错误．波的多解问题的一般解题步骤(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．波的干涉、衍射、多普勒效应【知识提炼】1．波的干涉中振动加强点和减弱点的判断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．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)波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大．(3)波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的频率减小．(4)波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率等于波源的频率．【题组突破】1.(多选)如图所示，实线与虚线分别表示振幅、频率均相同的两列简谐横波的波峰和波谷，此刻，M是波峰与波峰的相遇点．设这两列波的振幅均为A，则下列说法正确的是()A．此时