【名师面对面】2016高考物理大一轮复习第2讲机械波课件(选修3-4)

选修3－4选考部分第2讲机械波一、机械波的形成、传播与描述1．定义：机械振动在______中传播，形成机械波．2．形成条件(1)有________．(2)有介质，如空气、水、绳子等．3．传播特点(1)传播波源的振动形式、能量和信息．(2)质点不随波迁移．介质波源(3)介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源_____．4．机械波的分类分类质点振动方向和波的传播方向的关系形状举例横波垂直凹凸相间；有波峰、波谷绳波等纵波在同一条直线上疏密相间；有密部、疏部弹簧波、声波等相同5.描述波的物理量及其关系(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，由介质本身的性质决定，与波源__________．(3)频率f：由波源决定，等于波源的振动频率．(4)波速和波长、频率(或周期)的关系：①v＝λT；②v＝λf.相同无关【跟踪训练】1．(多选)下列说法中正确的是()A．在水平方向传播的波为横波B．在机械波中各质点随波的传播而迁移C．机械波在传播过程中，各个质点振动的周期、振幅都相等D．机械波在一个周期内传播的距离就是一个波长E．波速表示介质中质点振动的快慢【答案】CD【解析】振动方向与传播方向垂直的波为横波，A错；在机械波中各质点在平衡位置附近振动，并不随波的传播发生迁移，B错；机械波在传播过程中，各质点都重复波源的振动，它们的振幅、周期都相等，C对；机械波在一个周期内向远处传播的距离为一个完整的波形，其距离为一个波长，D对；波速表示振动在介质中传播的快慢，与质点振动的快慢无关，E错．二、简谐横波的图象1．坐标轴的意义横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的________，纵坐标y表示该时刻各个质点偏离平衡位置的_____．2．图象特点简谐波的波形曲线是______(或余弦)曲线．图12－2－1平衡位置位移正弦3．横波图象的应用(1)直接读取波动中质点的振幅A和波长λ，以及任意一质点此刻的位移、加速度方向．(2)若已知波的传播方向，可知介质质点的__________，反之亦然．(3)若知波速v，可求此时刻以后某一时刻的波形图，方法是把波形图平移Δx＝vΔt的距离．振动方向【跟踪训练】2．(单选)如图12－2－2所示是一列简谐横波在t＝0时的波形图，若波的传播速度为2m/s，此时质点P向上振动．下列说法正确的是()图12－2－2A．质点P的振动周期为0.25sB．经过任意时间，质点Q和P的振动情况总是相同的C．经过Δt＝0.4s，质点P向右移动0.8mD．经过Δt＝0.4s，质点P将在平衡位置，它通过的路程为0.2m【答案】B【解析】根据波形图可知，波长λ＝0.4m，振幅A＝5cm，已知v＝2m/s，所以T＝λv＝0.2s，A错误．质点Q和P间的距离刚好是一个波长，所以它们的振动情况总是相同的，B正确．在机械波的传播过程中，各质点并不随波迁移，而是在自己的平衡位置附近振动，C错误．经过Δt＝0.4s＝2T，质点P回到初始位置，并不在平衡位置，它通过的路程是8A＝40cm＝0.4m，D错误．三、波的特有现象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：障碍物或孔的尺寸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________波能够绕过障碍物或孔继续向前传播注意(1)振动加强和减弱区域不变；(2)加强和减弱的是振幅，而不是位移；(3)干涉现象出现是有条件的.(1)衍射不需要条件，明显衍射才需要；(2)障碍物或孔本身不一定很小，只是与______相比小.相同干涉图像波长2.多普勒效应(1)条件：声源和观察者之间有________．(2)现象：观察者感到波的频率发生变化．(3)实质：声源频率不变，观察者接收到的频率变化．(4)规律：当波源与观察者二者相互接近，观察者接收到的频率______；二者远离时，观察者接收到的频率_____．相对运动变大变小【跟踪训练】3．(多选)(2015年湖北模拟)关于波的干涉，衍射等现象，下列说法正确的是()A．有的波只能发生干涉现象，有的波只能发生衍射现象B．产生干涉现象的必要条件之一，就是两列波的频率相等C．能观察到明显的衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长比较相差不多或比波长更小D．在干涉图样中，振动加强区域的质点，其位移始终保持最大；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小E．当观测者靠近波源时，接收到的波的频率会大于波源的振动频率【答案】BCE【解析】干涉、衍射是波共有的特性，所以A错误．干涉具备两波频率相同、波源性质相同的条件，B正确；当满足d≤λ时产生明显的衍射现象，C正确．在干涉图样中，位移随时间时刻发生变化，加强和减弱的是振幅，D错误．在多普勒效应中，观测者与波源相对靠近时，接收到的波的频率大于波源的振动频率，相对远离时，接收到的频率变小，选项E正确．波的图象和传播1．对波的图象的理解(1)波的图象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)各质点的起振方向与波源的起振方向相同．(4)质点振动nT(波传播nλ)时，波形不变．(5)若知波速v，可求此时刻以后某一时刻的波形图，即把波形图平移Δx＝vΔt的距离．2．波的传播方向与质点的振动方向的判断方法内容图象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图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(多选)(2015年云南调研)在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速v＝10m/s，已知在t＝0时刻的波形如图12－2－3所示，此时波刚好传播到x＝5m处．下列说法中正确的是()A．这列波的波长为4mB．这列波的振幅为20cmC．这列波的频率为2.5HzD．波源起振方向沿y轴正方向E．再经过0.2s的时间，质点a到达质点b现在所处的位置图12－2－3解析这列波的波长为4m，振幅为10cm，选项A正确，B错误；周期T＝λv＝0.4s，频率为2.5Hz，选项C正确；由图可知，5m位置处的起振方向沿y轴正方向，而各质点的起振方向均与波源的一致，所以波源起振方向沿y轴正方向，选项D正确．答案ACD(多选)(2011年海南卷)一列简谐横波在t＝0时的波形图如图12－2－4所示．介质中x＝2m处的质点P沿y轴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/s图12－2－4【答案】CD【解析】由图象可知振幅A＝10cm，λ＝4m，故B错误；T＝2πω＝2π5πs＝0.4s，故A错误；v＝λT＝10m/s，故D正确；由P点做简谐运动的表达式可知，P点开始向上振动，所以机械波沿x轴正向传播，故C正确．(单选)(2013年福建卷)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】C【解析】根据题意可知，波沿x轴正、负两方向传播，波形图关于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．振动图象与波的图象比较振动图象和波动图象的综合运用类型振动图象波的图象内容一个质点的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类型振动图象波的图象图象信息(1)质点振动周期、振幅(2)各时刻的位移(3)各时刻的速度、加速度方向(1)波长、振幅(2)任意一质点的位移(3)任意一质点加速度方向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(2014年全国卷)图12－2－5甲为一列简谐横波在t＝2s时的波形图，图12－2－5乙为媒质中平衡位置在x＝1.5m处的质点的振动图象，P是平衡位置为x＝2m的质点．下列说法正确的是________．图12－2－5A．波速为为0.5m/sB．波的传播方向向右C．0～2s时间内，P运动的路程为8cmD．0～2s时间内，P向y轴正方向运动E．当t＝7s时，P恰好回到平衡位置解析根据图甲的波形图判断机械波的波长λ＝2m，根据图乙可得振动周期T＝4s，所以波速v＝λ/T＝0.5m/s，A正确；根据图乙可判断x＝1.5m的质点在t＝2s振动方向为y轴负方向，在图甲中，根据质点振动方向和传播方向在图象同一侧可判断波的传播方向向左，B错误；t＝2s时质点P在最低点，根据周期T＝4s，可知T＝0时质点P在最高点，所以0～2s时间内质点P通过的路程为2倍的振幅即8cm，C正确；0～2s质点P向y轴负方向运动，D错误；t＝2s到t＝7s共经5s为5T/4，所以质点P刚好回到平衡位置，E正确．答案ACE一题一得对于振动图象和波的图象问题，其中一个关键点——找出特殊点的振动方向．(2014年全国卷)图12－2－6甲为一列简谐横波在t＝0.10s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的振动图形．下列说法正确的是__________．图12－2－6A．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轴正方向相问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＝Asin2πTt＝0.10sin10πt(m)【答案】BCE【解析】由Q点的振动图线可知，t＝0.10s时质点Q向y轴负方向振动，A错误；由波的图象可知，波向左传播，波的周期为T＝0.2s，t＝0.10s时质点P向上振动，经过0.15s＝3T/4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轴正向，B正确；波速v＝λT＝40m/s，故从t＝0.10s到t＝0.25s，该波沿x负方间传播的距离为：x＝vt＝6m,C正确；由于P点不是在波峰或波谷或者平衡位置，故从t＝0.10s到t＝0.25s的3/4周期内，通过的路程不等于3A＝30cm，选项D错误；质点Q做简谐振动的表达式为：y＝Asin2πTt＝0.10sin10πt(m)，选项E正确．渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位．已知某超声波的频率为1.0×105Hz，某时刻该超声波在水中传播的波的图象如图12－2－7所示．图12－2－7(1)从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10－3m处质点做简谐运动的振动图象(至少一个周期)．(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用的时间为4s，求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动)．【答案】(1)图见解析(2)3000m【解析】(1)该波的周期为T＝1f＝1×10－5s，由波的图象知，此时x＝7.5×10－3m处的质点位于负的最大位移处，所以，从该时刻开始计时，该质点的振动图象如图所示．(2)由波形图读出波长λ＝15×10－3m，由波速公式得v＝λf鱼群与渔船的距离为x＝12vt联立，代入数据得x＝3000m.造成波动问题多解的常见因素(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)两质点空间关系不确定：在波的传播方向上两质点间的距离不确定，或者所处的位置不确定．波的多解问题如图12－2－8实线是某时刻的波形