搜索
第二节机械波第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固基础梳理一、机械波1.定义机械振动在介质中传播,形成了机械波。2.产生条件一是要有做机械振动的物体作为波源;二是要有能够传播机械振动的介质。3.机械波的分类(1)质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫作横波。在横波中凸起的最高处叫作波峰,凹下的最低处叫作波谷。(2)质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫作纵波。在纵波中质点分布最密的位置叫作密部,质点分布最疏的位置叫作疏部。-2-一二三第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固基础梳理-3-一二三4.机械波的特点(1)机械波传播的是运动形式,介质中质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波迁移。(2)机械波传播的过程就是传递能量的过程,也是传递信息的过程。(3)“前带后,后跟前,运动状态向后传。”即各质点都做受迫振动,起振方向由波源来决定,并且其振动频率(周期)都等于波源的振动频率(周期),但离波源越远的质点振动越滞后。第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固基础梳理-4-一二三5.描述机械波的物理量(1)波长λ:在波动中振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。(2)频率f:在波动中,介质中各质点的振动频率都是相同的,都等于波源的振动频率。(3)波速v、波长λ和频率f、周期T的关系。公式:v=λT=λf。机械波的速度大小由介质决定,与机械波的频率无关。第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固基础梳理-5-一二三二、波的图象1.图像在平面直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的平衡位置;用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移,连接各位移矢量的末端,得出的曲线即为波的图像,简谐波的图像是正弦(或余弦)曲线。2.物理意义某一时刻,介质中各振动质点相对平衡位置的位移。第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固基础梳理-6-一二三三、波的特有现象1.衍射(1)定义:波可以绕过障碍物继续传播的现象。(2)产生明显衍射现象的条件是:障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多。2.波的叠加定义:几列波相遇时,每列波都能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰,只是在重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固基础梳理-7-一二三3.干涉(1)定义:频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,这种现象叫作波的干涉。(2)产生稳定的干涉现象的两个必要条件:两列波的频率相同,两个波源的相位差保持不变。4.多普勒效应由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到波的频率发生变化的现象,叫作多普勒效应。当波源与观察者有相对运动时,如果二者相互靠近,观察者接收到的频率增大;如果二者远离,观察者接收到的频率减小。多普勒效应是所有波动过程共有的特征。根据声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度;根据光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的运行速度。第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固基础梳理答案基础自测1234答案关闭(1)√(2)√(3)×(4)√1.请判断下列表述是否正确,对不正确的表述,请说明原因。(1)相距一个(或整数个)波长的两个质点的振动位移在任何时刻都相同,而且振动速度的大小和方向也相同。()(2)在稳定的干涉图样中,加强区的点始终加强,减弱区的点始终减弱,但加强点的位移时刻在改变。()(3)障碍物尺寸比波长大时,能观察到明显的衍射现象。()(4)波的传播在时间上有周期性,在空间上也有周期性。()第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固基础梳理答案答案关闭BC基础自测12342.(多选)关于机械波的形成,下列说法中正确的是()A.物体做机械振动,一定产生机械波B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动,只是时间落后一步C.参与振动的质点群有相同的频率D.机械波是介质随波迁移,也是振动能量的传递第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固基础梳理答案3.(多选)一列简谐横波在x轴上传播,某时刻的波形如图所示,a、b、c为三个质点,a正向上运动。由此可知()A.该波沿x轴正方向传播B.c正向上运动C.该时刻以后,b比c先到达平衡位置D.该时刻以后,b比c先到达离平衡位置最远处答案关闭AC基础自测1234第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固基础梳理答案4.(多选)下面利用了多普勒效应的是()A.利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波,波被运动的汽车反射回来,根据接收到的频率发生的变化,就知道汽车的速度,以便于进行交通管理C.铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况D.有经验的战士利用炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去答案关闭ABD基础自测1234第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究-12-考点一考点二考点三考点一对波的图像的理解及应用1.波的图像描述的是在波的传播方向上,介质中的各个质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移。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)λ2(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。第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究答案解析-13-考点一考点二考点三【例1】(单选)(2013·北京理综,15)一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4m/s。某时刻波形如图所示,下列说法正确的是()A.这列波的振幅为4cmB.这列波的周期为1sC.此时x=4m处质点沿y轴负方向运动D.此时x=4m处质点的加速度为0思路引导:①根据题中条件可以确定哪些物理量?②如何根据波的传播方向确定质点振动方向?答案解析关闭由图像可得该波的波长为8m,振幅为2cm,选项A错误;由v=𝜆𝑇得周期T=2s,选项B错误;由波的传播方向与质点振动方向间的关系可知此时x=4m处的质点沿y轴正方向运动,选项C错误;此时x=4m处的质点处于平衡位置,受到的回复力为0,因此加速度也为0,选项D正确。答案解析关闭D第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究-14-规律总结波的传播方向与质点的振动方向的判断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平移,再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定考点一考点二考点三第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究答案解析拓展训练1(单选)(2013·福建理综,16)如图,t=0时刻,波源在坐标原点从平衡位置沿y轴正向开始振动,振动周期为0.4s,在同一均匀介质中形成沿x轴正、负两方向传播的简谐横波。下图中能够正确表示t=0.6s时波形的图是()答案解析关闭根据题意可知,波沿x轴正、负两方向传播,波形关于y轴对称,A、B两项错误;在t=0.6s=1.5T时,波沿x轴正、负方向传播了1.5λ,由波源的起振方向沿y轴正方向可知,此时离坐标原点1.5λ处的质点的振动方向也为沿y轴正方向,C项正确。答案解析关闭C-15-考点一考点二考点三第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究-16-考点一考点二考点三考点二波的图像与振动图像的综合应用振动图像与波的图像的比较两种图像比较内容振动图像波的图像图像意义一质点位移随时间变化的规律某时刻所有质点相对平衡位置的位移图像特点图像信息(1)振动周期、振幅(2)各时刻质点的位移、速度、加速度(包括大小、方向)(1)波长、振幅(2)任意一质点此刻的位移和加速度方向第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究-17-考点一考点二考点三续表两种图像比较内容振动图像波的图像图像变化随时间推移图像延续,但原有形状不变随时间推移,图像沿传播方向平移一完整曲线对应横坐标一个周期一个波长第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究答案【例2】(单选)一列简谐横波沿x轴传播,t=0时刻的波形如图甲所示,此时质点P正沿y轴负方向运动,其振动图像如图乙所示,则该波的传播方向和波速分别是()A.沿x轴负方向,60m/sB.沿x轴正方向,60m/sC.沿x轴负方向,30m/sD.沿x轴正方向,30m/s思路引导:①如何确定波的传播方向?②如何计算波速的大小?-18-答案解析关闭根据波的形成和传播规律可知,波沿x轴负方向传播,排除选项B、D;根据图甲可知波长λ=24m,根据图乙可知周期T=(0.55-0.15)s=0.40s,则波速v=𝜆𝑇=240.40m/s=60m/s,选项A对、C错。答案解析关闭A解析考点一考点二考点三第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究-19-考点一考点二考点三规律总结“一分、一看、二找”巧解波的图像与振动图像综合类问题(1)分清振动图像与波的图像。只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波的图像,横坐标为t则为振动图像。(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。(3)找准波的图像对应的时刻。(4)找准振动图像对应的质点。第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究答案解析-20-考点一考点二考点三拓展训练2(单选)(2013·四川理综,5)图1是一列简谐横波在t=1.25s时的波形,已知c位置的质点比a位置的晚0.5s起振,则图2所示振动图像对应的质点可能位于()A.axbB.bxcC.cxdD.dxe答案解析关闭由题图1及题中条件“c位置的质点比a位置的质点晚0.5s起振”,可知波的周期为1s,向x轴正方向传播。由题图2可知,该质点1.25s时刻在x轴上方,且振动方向向下,符合这两个条件的只有D选项。答案解析关闭D第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究-21-考点一考点二考点三考点三机械波的多解问题求解波速问题的一般步骤1.根据初末两时刻的波形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。第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究答案解析-22-考点一考点二考点三【例3】一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图所示,介质中质点P、Q分别位于x=2m、x=4m处。从t=0时刻开始计时,当t=15s时质点Q刚好第4次到达波峰。(1)求波速。(2)写出质点P做简谐运动的表达式(不要求推导过程)。思路引导:①如何求出机械波的波速?②如何写出P点做简谐运动的表达式?答案解析关闭(1)设简谐横波的波速为v,波长为λ,周期为T,由图像知,λ=4m。由题意知t=3T+34T①v=λT②联立①②式,代入数据得v=1m/s。③(2)质点P做简谐运动的表达式为y=0.2sin0.5πtm。答案解析关闭(1)1m/s(2)y=0.2sin0.5πtm第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究-23-考点一考点二考点三规律总结机械波的多解问题(1)传播方向的双重性带来的多解:在二维空间坐标系中,波的传播方向只有两种可能:沿x轴的正方向或负方向。在波的传播方向未定的情况下必须要考虑这一点。(2)图形的多样性带来的多解:在波的传播过程中,质点的振动情况、波的传播方向及波形三者紧密相关。若质点在一定的限制条件(时间、空间、振动状态)下振动,则质点间的波形可能不是唯一的,因此相应的波的参量亦可能不是唯一的。(3)波的时间周期性带来的多解:波在传播过程中,经过整数倍周期时,其波形图线相同。第十二章第二节机械波基础梳理考点探究演练巩固考点探究-24-考点一考点二考点三(4)解决波的图像中的多解问题的一般思路①分析出造成多解的原因。a.波的图像的周期性,如由Δx=kλ+x,Δt=kT+t,求v=𝛥x𝛥t出