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第2节机械波第十四章振动波动光电磁波相对论2必备知识全通关3一、波的形成与传播1．机械波的形成条件(1)有发生机械振动的____。(2)有传播____，如空气、水、绳子等。波源介质42．传播特点(1)传播振动形式、____和信息。(2)质点不________。(3)介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源____。能量随波迁移相同53．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____凹凸相间；有____、____绳波等纵波在同一条直线上疏密相间；有____、____弹簧波、声波等垂直波峰波谷密部疏部64．波长、频率和波速(1)波长：在波动中，振动相位总是相同的两个________的距离，用λ表示。波长由频率和波速共同决定。①横波中，相邻两个____(或____)之间的距离等于波长。②纵波中，相邻两个____(或____)之间的距离等于波长。相邻点间波峰波谷密部疏部7(2)频率：波的频率由____决定，等于波源的振动频率。(3)波速：波的传播速度，波速由____决定，与波源____。(4)波速公式：v＝____＝λT或v＝ΔxΔt。波源介质无关λf8二、波的图象1．坐标轴x轴：各质点________的连线。y轴：沿质点振动方向，表示质点的____。2．物理意义：表示介质中各质点在某一时刻相对各自________的位移。平衡位置位移平衡位置93．图象形状：简谐波的图象是____(或余弦)曲线，如图所示。正弦10三、波的干涉、衍射和多普勒效应111．波的叠加观察两列波的叠加过程可知：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________，只是在重叠的区域里，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____________。互相干扰位移的矢量和122．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____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______________波能够__________或孔继续向前传播相同尺寸稳定的干涉图样绕过障碍物133．多普勒效应(1)定义：由于波源和观察者之间有________，使观察者感受到波的频率________的现象。(2)实质：波源频率____，观察者接收到的频率________。(3)规律：①波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的________。②波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的________。③波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率____波源的频率。相对运动发生变化不变发生变化频率变大频率变小等于141．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)(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)通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移。()(4)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同。()×√×√15(5)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。()(6)一切波都能发生衍射现象。()(7)多普勒效应说明波源的频率发生变化。()×√×162．(多选)(2019·宁夏大学附中月考)关于机械振动与机械波，下列说法正确的是()A．机械波的频率等于振源的振动频率B．机械波的传播速度与振源的振动速度相等C．机械波在介质中传播的速度由介质本身决定D．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E．质点振动的方向总是垂直于波传播的方向17ACD[机械波的频率是振源的振动频率，由振源决定的，故A正确；机械波的传播速度与介质有关，与振源的振动速度无关，故B错误；机械波在介质中传播的速度由介质本身决定，故C正确；由v＝λT可知，在一个周期内，沿波的传播方向，振动在介质中传播一个波长的距离，故D正确；波分横波与纵波，纵波的质点振动方向与波的传播方在同一条直线上，横波的质点振动方向与波的传播方向垂直，故E错误。]183．(多选)(2019·吉林市三调)下列说法正确的是()A．声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速大于声源发出的声波波速B．在波的传播方向上，某个质点的振动速度就是波的传播速度C．机械波传播过程中遇到尺寸比机械波波长小的障碍物能发生明显衍射19D．向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，利用了多普勒效应原理E．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是干涉现象20CDE[声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速与声源发出的声波波速相等，故A错误；对于机械波，某个质点的振动速度与波的传播速度不同，两者相互垂直是横波，两者相互平行是纵波，故B错误；只有当障碍物的尺寸与机械波的波长差不多或比机械波的波长小，才会发生明显的衍射现象，当障碍物的尺寸比机械波的波长大得多时，也能发生衍射现象，只是不明显，故C正21确；向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出发射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，是利用多普勒效应原理，故D正确；围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音，是声波叠加产生干涉现象的结果，故E正确。]224．(多选)一列简谐横波从左向右以v＝2m/s的速度传播，某时刻的波形图如图所示，下列说法正确的是()23A．A点再经过一个周期将传播到D点B．B点正在向上运动C．B点再经过18T回到平衡位置D．该波的周期T＝0.05sE．C点再经过34T将到达波峰的位置24BDE[质点不随波迁移，选项A错误；根据“上下坡”法，由波沿x轴向右传播，可知B点正向上运动，选项B正确；B点向上运动靠近平衡位置过程中平均速度比一个周期内运动的平均速度大，所用时间小于18T，选项C错误；由T＝λv可知周期为0.05s，选项D正确；C点正从平衡位置向下运动，所以再经过34T将到达波峰，选项E正确。]25关键能力全突破26波的形成与传播[依题组训练]1．(多选)关于机械波的形成与传播，下列说法中正确的是()A．物体做机械振动，不一定产生机械波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．参与振动的质点都有相同的频率D．机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递E．波的传播速度和质点的振动速度相同27ABC[机械波的形成必须具备两个条件：波源和介质。若只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A选项正确；先振动的质点带动与它相邻的后振动的质点，将振动传播开来，所以后一质点总是落后前一质点，但振动频率相同，故B、C选项正确；形成机械波的各振动质点只在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离波源远的质点振动的能量是通过各质点的传递从波源获得的，故D选项错误；波的传播速度由介质决定，与质点的振动速度无关，故E选项错误。]282．(多选)(2019·四川广元二诊)体育课上甲同学一脚把足球踢到了足球场旁边的池塘中间。乙提出用石头激起水波让水浪把足球推到池边，他抛出一石块到水池中激起了一列水波，可是结果足球并没有被推到池边。大家一筹莫展，恰好物理老师来了，大家进行了关于波的讨论。物理老师把两片小树叶放在水面上，大家观察发现两片小树叶在做上下振动，当一片树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷，两树叶在1min内都上下振动了36次，两树叶之间有2个波峰，他们测出两树叶间水面距离是4m。则下列说法正确的是()29A．该列水波的频率是36HzB．该列水波的波长是1.6mC．该列水波的波速是0.96m/sD．两片树叶的位移始终等大反向E．足球不能到岸边的原因是水波的振幅太小30BCD[两树叶在1min内都上下振动了36次，则树叶振动的周期T＝6036s＝53s，树叶振动的频率f＝1T＝0.6Hz，则水波的频率为0.6Hz，故A错误；两树叶之间有2个波峰，当一片树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷，两树叶间水面距离是4m，所以52λ＝4m，解得该列水波的波长为λ＝1.6m，故B正确；据v＝λf可得，水波的31波速v＝1.6×0.6m/s＝0.96m/s，故C正确；一片树叶在波峰时恰好另一片树叶在波谷，两者平衡位置间的距离是半波长的奇数倍，两片树叶的位移始终等大反向，故D正确；水波传播时，各质点在自身的平衡位置附近上下振动，并不随波迁移，所以足球不能到岸边，故E错误。]32机械波的传播特点(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)介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同。33(3)波从一种介质进入另一种介质，由于介质的情况不同，它的波长和波速可能改变，但频率和周期都不会改变。(4)质点经过一个周期T完成一次全振动，振动形式恰好向前传播一个波长的距离，所以v＝λT＝λf。34波动图象和振动图象的理解及应用[讲典例示法]1．两种图象的比较图象类型振动图象波的图象图象特点35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36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，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372.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38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39[典例示法](2018·全国卷Ⅰ)一列简谐横波在t＝13s时的波形图如图甲所示，P、Q是介质中的两个质点。图乙是质点Q的振动图象。求：甲乙40(1)波速及波的传播方向；(2)质点Q的平衡位置的x坐标。思路点拨：解此题可按以下思路(1)根据波的图象读出波长，根据振动图象读出周期，进而根据v＝λT计算波速。41(2)根据同侧法、微平移法等判断波的传播方向或质点的振动方向。(3)根据振动图象写出质点振动的一般方程y＝Asinωt，判断质点的位置。42[解析](1)由图甲可以看出，该波的波长为λ＝36cm①由图乙可以看出，周期为T＝2s②波速为v＝λT＝0.18m/s③由图乙知，当t＝13s时，Q点向上运动，结合图甲可得，波沿x轴负方向传播。43(2)设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为xP、xQ。由图甲知，x＝0处y＝－A2＝Asin(－30°)，因此xP＝30°360°λ＝3cm④由图乙知，在t＝0时Q点处于平衡位置，44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)0.18m/s波沿x轴负方向传播(2)9cm45“一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象综合类问题46[跟进训练]1．(多选)(2019·湖北部分重点中学联考)如图所示为一列简谐横波在t1＝0.1s的波形图，已知该简谐横波沿x轴负方向传播，A、B两点为该简谐波上平衡位置在xA＝1.0m、xB＝1.2m处的质点。经观测可知A点通过大小为振幅的10倍的路程所用的时间为t＝0.5s，则下列说法正确的是()47A．该简谐横波的周期为0.2sB．开始计时时，B质点的运动方向向下C．0～1.5s内，A、B质点通过的路程均为24cmD．t2＝0.58s时刻，B质点回到平衡位置且运动方向向上E．t3＝0.73s时刻，A质点在x轴上方且运动方向向上48ACD[振动的质点在一个周期内通过的路程为4A，由题意可知2.5T＝0.5s，解得T＝0.2s，故A选项正确；该简谐横波沿x轴的负方向传播，开始计时时，B质点位于x轴上方且向上运动，故B选项错误；0