（江苏专用版）2020版高考物理总复习 第十三章 第2讲 机械波课件

第2讲机械波基础过关知识梳理11.(多选)关于机械振动与机械波的说法正确的是 (CD)A.机械波的传播速度与振源的振动速度相等B.质点振动的方向总是垂直于波传播的方向C.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D.机械波在介质中传播的速度由介质本身决定基础自测解析机械波的传播速度与振源的振动速度无关,故A项错误;波分横波与纵波,纵波的质点振动方向与波的传播方向在同一条直线上,故B项错误;由v= 可知,沿波的传播方向,在一个周期内,振动在介质中传播一个波长的距离,故C项正确;机械波在介质中传播的速度由介质本身决定,故D项正确。λT2.(多选)(2018常州月考)对声波的各种现象,以下说法中正确的是 (AB)A.火车驶来,车站边的乘客感觉声音变尖,属于多普勒现象B.绕正在发音的音叉走一圈,可以听到忽强忽弱的声音,这是声音的干涉现象C.只有障碍物尺寸小于波长才能发生衍射现象D.把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声,属于声波的衍射现象解析多普勒效应是指波源或观察者发生移动,而使两者间的距离发生变化,使观察者接收到的频率发生了变化,因此火车驶来,车站边的乘客感觉声音变尖,属于多普勒现象,故A项正确;绕正在发音的音叉走一圈,可以听到忽强忽弱的声音,是由于路程差为半个波长的偶数倍则振动加强,若路程差为半个波长奇数倍则振动减弱,这是声音的干涉现象,故B项正确;障碍物的尺寸与波长相差不多或者小于波长就能发生明显的衍射现象,故C项错误;把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声,属于声波的直线传播,声音在金属中传播速度比空气中快,故D项错误。考点一机械波的形成和传播考点二波的图像考点突破考点三振动图像与波动图像考点四波的干涉、衍射和多普勒效应考点一机械波的形成和传播(1)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。(2)介质中每个质点做的都是受迫振动,所以任一质点的振动频率和周期都和波源的相同。因此,波从一种介质进入另一种介质,由于介质不同,它的波速就会改变,波长也随之改变,但频率和周期都不会改变。(3)波源经过一个周期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= =λf。λT(4)质点振动nT(波传播nλ)时,波形不变。(5)相隔波长整数倍的两质点,振动状态总相同,相隔半波长奇数倍的两质点,振动状态总相反。例1(多选)(2019启东中学月考)小明同学将两根不同材质的绳a、b系在一起演示机械波,他在a绳左端有规律地上下抖动绳子,某时刻绳上呈现如图所示波形,则由此可以看出 (AC) A.此时a绳最左端的振动方向向下B.绳a中的机械波周期小于绳b中的机械波周期C.绳a中机械波的传播速度小于在绳b中的传播速度D.绳子左端抖动得越快,波的传播速度越大解析此时a绳最左端质点位置比旁边的点的位置低,所以a质点的振动方向向下,A项正确;绳a中的机械波周期等于绳b中的机械波周期,因为它们都做受迫振动,B项错误;频率相同的情况下,波长小,传播速度小,C项正确;传播速度由介质决定,与频率无关,D项错误。考点二波的图像从图像上获得的信息(1)直接读取振幅A和波长λ,以及该时刻各质点的位移。(2)确定某时刻各质点加速度的方向,并能比较其大小。(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。例2(2018苏锡常镇四市调研)如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形图,A为传播介质中的一质点,则该时刻A的运动方向是(选填“沿x轴正方向”“沿x轴负方向”“沿y轴正方向”或“沿y轴负方向”),在此后2s内A通过的路程为16cm,此列波的传播速度大小为m/s。 答案沿y轴负方向4解析将波沿x轴正方向平移稍许,可得该时刻A的运动方向沿y轴负方向。2s内A通过的路程为16cm,波的振幅是2cm,则波的周期T=1s;由题图得,波的波长λ=4m,波的传播速度v= = m/s=4m/s。λT41方法技巧(1)波的传播方向与质点振动方向的互判方法内容图像“上下坡”法沿波的传播方向,“上坡”的质点向下振动,“下坡”的质点向上振动 “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 (2)求解波速问题的一般步骤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根据题设条件判断有唯一解还是有多解。③根据波速公式v= 或v= =λf求波速。xtλT考点三振动图像与波动图像两种图像的比较振动图像波动图像研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一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像  物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图像信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(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的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判图像变化随时间推移图像延续,但已有形态不变随时间推移,图像沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长例3一列简谐横波,沿x轴正向传播。t=0时刻的波形图如图甲所示,图乙是图甲中某质点的振动图像。则该波的波速为m/s;图乙表示甲图中(选填“A”“B”“C”或“D”)质点的振动图像。 答案10B解析从图甲中可得波长λ=2m,从图乙中可得周期T=0.2s,故波速v= =10m/s,图乙中的质点在0时刻从平衡位置向上振动,根据上下坡法可得甲图中的A点在波峰,将向下运动,B点在平衡位置向上运动,C点在波谷,将向上运动,D点在平衡位置向下运动,故图乙为图甲中B点的振动图像。λT例4如图甲所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0.2s时刚好传播到x1=4m处。波源在坐标原点,其振动图像如图乙所示,则这列波的波速为m/s。从甲图所示时刻起,再经s,x2=42m处的质点P第一次处于波峰。 答案202解析这列波的波速为v= = m/s=20m/s;x=2m处波峰的波形传到x=42m处的质点P所需时间t'= = s=2s。xt40.2xv4020方法点拨巧解图像问题求解波动图像与振动图像综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法。(1)分清振动图像与波动图像。此问题最简单,只要看清横轴即可,横轴为x则为波动图像,横轴为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)找准波动图像对应的时刻;找准振动图像对应的质点。考点四波的干涉、衍射和多普勒效应1.波的独立传播:几列波相遇后彼此穿过,仍然保持各自的运动状态,继续传播。2.波的叠加:在几列波重叠的区域里,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。3.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相同明显衍射条件: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干涉图样波能够绕过障碍物或孔继续向前传播4.多普勒效应(1)定义:当波源与观察者相互靠近或者相互远离时,观察者接收到的波的频率会发生变化。(2)规律a.波源与观察者如果相互靠近,观察者接收到的频率增大;b.波源与观察者如果相互远离,观察者接收到的频率减小;c.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。(3)实质:波源频率不变,观察者接收到的频率变化。例5(2018南通调研)如图所示,两列频率相同、传播方向相互垂直的平面波在空间相遇发生干涉,它们的振幅均为A,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,e是a、d连线的中点,则e处质点振动(选填“加强”“减弱”或“不振动”),d处质点的振幅为。 答案加强2A解析据图可知,d处是两列波波峰与波峰叠加的地方,而a点是波谷与波谷叠加的地方,均处于振动加强区,则e点为振动加强点;由于两列波的振幅均为A,故d处质点的振幅为2A。例6(2019盐城模拟)如图所示,装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁,它向行驶中的车辆发射已知频率的超声波,并接收被车辆反射回来的反射波。当某汽车向测速监视器靠近时,被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比 (D) A.频率不变,波速变小B.波速不变,频率变小C.频率不变,波速变大D.波速不变,频率变大解析波的传播速度只与介质有关,当波源靠近观察者时,观察者接收到的频率变大,D项正确。方法技巧振动加强点与振动减弱点的判断方法(1)条件判断法:振动频率相同、振动情况完全相同的两列波叠加时,设点到两波源的距离差为Δr,当Δr=nλ(n=0,1,2,…)时为振动加强点,当Δr=(2n+1) (n=0,1,2,…)时为振动减弱点。(2)现象判断法:若在某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇,则该点为振动加强点;若总是波峰与波谷相遇,则为振动减弱点。2λ随堂巩固1.(多选)(2018江苏六市调研)关于振动和波,下列说法正确的是(BD)A.单摆的振动周期与振幅无关,惠更斯利用摆的等时性制作了摆钟B.由于人体内脏的固有频率接近某些次声波频率,因此这些次声波对人体有危害C.隔着墙听和直接听某个声音,声调会有变化D.利用超声波的多普勒效应,可测量心脏血液的流速解析单摆的振动周期与振幅无关,伽利略利用摆的等时性制作了摆钟,故选项A错误;由于人体内脏的固有频率接近某些次声波频率,这些次声波可以使内脏发生共振从而对人体产生危害,故选项B正确;声调由声波的频率决定,在传播过程中不会发生变化,故选项C错误;用超声波的多普勒效应,可测量心脏血液的流速,故选项D正确。2.[2018江苏单科,12B(3)]一列简谐横波沿x轴正方向传播,在x=0和x=0.6m处的两个质点A、B的振动图像如图所示。已知该波的波长大于0.6m,求其波速和波长。 答案2m/s0.8m解析由图像可知,周期T=0.4s由于波长大于0.6m,由图像可知,波从A到B的传播时间Δt=0.3s波速v= ,代入数据得v=2m/s波长λ=vT,代入数据得λ=0.8mxt3.(2018苏北四市调研)(1)(多选)下列说法正确的是 ()A.观察者接近恒定频率波源时,接收到波的频率变小B.物体做受迫振动,当驱动力频率等于固有频率时,振幅最大C.雨后美丽的彩虹是光的干涉现象D.相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关(2)图甲为一列沿x轴传播的简谐横波在t=0.1s时刻的波形图,图乙是这列波中质点B的振动图像,则波速的大小为m/s;再经过0.05s,质点(选填“A”“B”“C”或“D”)到达波峰。 答案(1)BD(2)20D解析(1)当波源与观察者有相对运动时,如果二者相互接近,观察者接收的频率增大,如果二者远离,观察者接收的频率减小,故选项A错误;做受迫振动的物体,当驱动力的频率等于物体固有频率时,物体振幅最大,产生共振现象,故选项B正确;彩虹是太阳光经过空气中的小水珠。发生色散形成的,色散现象属于光的折射,故选项C错误;相对论认为时间和空间与物质的运动状态是相联系的,与物体的运动状态有关,故选项D正确。点B的振动方向向下,由波形平移法知该波沿x轴负方向传播,t=0.1s时,质点D向上运动,再经过0.05s,即再过 ,质点D到达波峰。4T(2)由图读得λ=4m,T=0.2s,则波速为v= = m/s=20m/s,t=0.1s时刻质λT40.2