高考物理大一轮总复习 第一章 第2讲 机械波 新人教版选修34

第第2讲机械波讲机械波01主干回顾固基础知识点1机械波横波和纵波机械波的概念机械机械波的波的形成形成(1)定义：定义：_在介质中的传播形成机械波在介质中的传播形成机械波(2)产生条件：产生条件：_；_由此可知有波必有振动，但有振动未必形成波由此可知有波必有振动，但有振动未必形成波机械振动机械振动波源波源介质介质机机械械波波的的分分类类(1)横波：质点振动方向与波的传播方向横波：质点振动方向与波的传播方向_的波叫横的波叫横波横波有凸部波横波有凸部(波峰波峰)和凹部和凹部(波谷波谷)抖动绳子一端而在绳子抖动绳子一端而在绳子上所形成的波就是上所形成的波就是横波横波，水表面的波可以近似看做横波，水表面的波可以近似看做横波(2)纵波：质点振动方向与波的传播方向在纵波：质点振动方向与波的传播方向在_的波的波叫纵波纵波有密部和疏部声波是最常见的叫纵波纵波有密部和疏部声波是最常见的_，地震，地震所产生的波既有横波又有纵波所产生的波既有横波又有纵波机机械械波波的的特特点点(1)机械波传播的是振动形式和机械波传播的是振动形式和_质点只在各自的平衡质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波定向迁移位置附近振动，并不随波定向迁移(2)介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率率_，而且各质点开始振动的方向与振源开始振动的方向，而且各质点开始振动的方向与振源开始振动的方向_，即各质点的振动方式与振源的振动方式完全一致，即各质点的振动方式与振源的振动方式完全一致(3)离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动.相互垂直相互垂直同一直线上同一直线上纵波纵波能量能量相同相同相同相同知识点2横波的图象波速、波长和频率(周期)的关系 1. 横波的图象(1)坐标轴：横轴表示各质点的_，纵轴表示该时刻各质点的_(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开_的位移平衡位置平衡位置位移位移平衡位置平衡位置 (3)图象： (4)应用： 直接读取_和_，以及该时刻各质点的_ 确定某时刻各质点加速度和速度的_，并能比较大小 结合波的传播方向可确定各质点的_或由各质点的振动方向确定波的_振幅振幅A波长波长位移位移方向方向振动方向振动方向传播方向传播方向2. 波长、波速、频率及其关系(1)波长：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_本身的性质决定(3)频率f：由波源决定，等于波源的_(4)波长、波速和频率的关系：相同相同介质介质振动频率振动频率f 知识点3波的干涉和衍射现象多普勒效应 1. 波的干涉(1)产生稳定干涉的条件：频率相同的两列同性质的波相遇(2)现象：两列波相遇时，某些区域振动总是_，某些区域振动总是_，且加强区和减弱区互相间隔(3)对两个完全相同的波源产生的干涉来说，凡到两波源的路程差为一个波长_时，振动加强；凡到两波源的路程差为半个波长的_时，振动减弱加强加强减弱减弱整数倍整数倍奇数倍奇数倍2. 波的衍射(1)产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔(缝)的尺寸跟波长_，或者比波长_(2)现象：波绕过_继续传播差不多差不多更小更小障碍物障碍物3. 多普勒效应(1)由于波源和观察者之间有_，使观察者接收到的波的_发生变化的现象叫多普勒效应(2)注意：波源的频率_，只是观察者接收到的波的频率发生变化，如果二者相互接近，观察者接收到的频率_；如果二者相互远离，观察者接收到的频率_(3)应用：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相对运动相对运动频率频率不变不变变大变大变小变小解析：根据机械波的物理模型，振源的振动使其周围质点依次振动，各质点能够依次振动，是因为相邻质点间存在相互作用力，沿波的传播方向，后一质点的振动必落后于前一质点，而且质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移，随波一起传出去的是能量和振动形式正确答案为ABC.答案：ABC2. 波的图象(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻其波形如图所示下列说法正确的是()A. 由波形图可知该波的波长为4 mB. 由波形图可知x2 m处的质点Q该时刻位移为0.2 mC. 经1/4周期后质点P运动到Q点D. 经1/4周期后质点R的速度变为零3. 振动和波的关系关于振动和波的关系，以下说法正确的是()A. 如果波源停止振动，在介质中传播的波也立即停止B. 物体做机械振动，一定产生机械波C. 波在介质中传播的频率由波源决定，与介质的性质无关D. 波源振动的越快，波的速度也越大解析：波源停止振动，介质中已经振动起来的质点有一定的能量，要继续振动一段时间，波也要继续传播一段时间才停止，A错误；产生机械波的条件是机械振动和传播振动的介质，B错误；波的频率由波源决定，与介质无关，波速和介质有关，C正确；波源振动快慢和波的传播速度是两个不同的概念，D错误答案：C4. 波长、波速、频率的关系如图所示，位于介质和分界面上的波源S，产生两列分别沿x轴负方向与正方向传播的机械波若在两种介质中波的频率及传播速度分别为f1、f2和v1、v2，则()A. f12f2，v1v2B. f1f2，v10.5v2C. f1f2，v12v2 D. f10.5f2，v1v2二、规律方法题组5. 振动与波动关系及vf的应用2012四川高考在xOy平面内有一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速为2 m/s，振幅为A.M、N是平衡位置相距2 m的两个质点，如图所示在t0时，M通过其平衡位置沿y轴正方向运动，N位于其平衡位置上方最大位移处已知该波的周期大于1 s则()1. 机械波传播的是振动的形式、能量和信息，在传播方向上，各质点只在平衡位置附近做简谐运动，是变加速运动，介质质点并不迁移2. 已知同一时刻两质点的位置情况要画出波形图，确定两质点的距离与波长的关系02典例突破知规律2. 振动与波动的区别和联系名称名称项目项目振动振动波动波动区区别别研究对研究对象不同象不同振动是单个质点振动是单个质点以平衡位置为中以平衡位置为中心所做的往复运心所做的往复运动动波动是介质中大量质波动是介质中大量质点依次发生振动而形点依次发生振动而形成的成的“集体运动集体运动”产生原产生原因不同因不同振动是由于质点振动是由于质点所受回复力作用所受回复力作用的结果的结果波动是由于介质中相波动是由于介质中相邻质点的带动作用而邻质点的带动作用而形成的形成的名称名称项目项目振动振动波动波动区区别别能量能量变化变化情况情况不同不同振动过程动振动过程动能和势能不能和势能不断地相互转断地相互转化，总机械化，总机械能守恒能守恒振源将机械能传递给它的相邻质振源将机械能传递给它的相邻质点，这个质点再将能量传递给下一点，这个质点再将能量传递给下一质点，每个质点在不断地吸收和放质点，每个质点在不断地吸收和放出能量，从而把波源的能量传播出出能量，从而把波源的能量传播出去，是一个能量的传播过程去，是一个能量的传播过程联联系系(1)振动是波动的成因，波动是振动在介质中的传播振动是波动的成因，波动是振动在介质中的传播(2)波动的周期等于质点振动的周期波动的周期等于质点振动的周期(3)有振动不一定有波动，因为波的形成还需要有传播振有振动不一定有波动，因为波的形成还需要有传播振动的介质但有波动一定有振动动的介质但有波动一定有振动(4)波源停振后，介质中的波动并不立即停止，而是继续波源停振后，介质中的波动并不立即停止，而是继续向远处传播，直到振动能量完全损失尽向远处传播，直到振动能量完全损失尽.典例透析如图所示为波源O振动1.5 s时沿波的传播方向上部分质点振动的波形图，已知波源O在t0时开始沿y轴负方向振动，t1.5 s时它正好第二次到达波谷，问：(1)何时x5.4 m的质点第一次到达波峰？(2)从t0开始至x5.4 m的质点第一次到达波峰这段时间内，波源通过的路程是多少？解题探究(1)在一个周期的时间内，波传播的距离多大？提示：一个波长()(2)在一周期内，波上的质点的路程多大？提示：S路4 A机械波的特点及各物理量之间的关系(1)介质依存性：机械波离不开介质(2)能量信息性：机械波传播的是振动的形式、能量和信息(3)传播不移性：在传播方向上，各质点只在各自平衡位置附近振动，并不随波迁移(4)时空重复性：机械波传播时，介质中的质点不断地重复着振源的振动形式(5)周期、频率同源性：介质中各质点的振动周期均等于振源的振动周期且在传播中保持不变(6)起振同向性：各质点开始振动方向与振源开始振动的方向相同(7)波长、波速和频率的关系：vf，f由波源决定，v由介质决定变式训练 2013北京高考一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为4 m/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4 cmB这列波的周期为1 sC此时x4 m处质点沿y轴负方向运动D此时x4 m处质点的加速度为0 典例透析2012安徽高考一列简谐波沿x轴正方向传播，在t0时波形如图所示已知波速为10 m/s，则t0.1 s时正确的波形应是下图中的()解题探究(1)根据题中条件可以确定哪些物理量？(2)如何根据t0时刻的波形图确定t0.1 s时刻的波形图？提示：可以根据波速和时间计算出波沿x轴传播的距离来确定波移动的距离波的传播方向与质点的振动方向的判断方法内容内容图象图象上下上下坡法坡法沿波的传播方向，上坡时质点向沿波的传播方向，上坡时质点向下振动，下坡时质点向上振动下振动，下坡时质点向上振动同侧法同侧法波形图上某点表示传播方向和振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动方向的箭头在图线同侧微平微平移法移法将波形图沿传播方向进行微小平将波形图沿传播方向进行微小平移，再由移，再由x轴上某一位置的两波轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定形曲线上的点来判定 变式训练 (多选)简谐横波某时刻的波形图如图所示，由此图可知()A. 若质点a向下运动，则波是从左向右传播的B. 若质点b向上运动，则波是从左向右传播的C. 若波从右向左传播，则质点c向下运动D. 若波从右向左传播，则质点d向上运动解析：若波从左向右传播，根据“上下坡法”可知：a、b点向上运动，c、d点向下运动，可知B正确，A错误；若波从右向左传播，同理可知：a、b点向下运动，c、d点向上运动，可知C错误，D正确答案：BD考点3波的多解性问题解题考点解读：造成波动问题多解的主要因素(1)周期性：时间周期性：时间间隔t与周期T的关系不明确空间周期性：波传播距离x与波长的关系不明确(2)双向性：传播方向双向性：波的传播方向不确定振动方向双向性：质点振动方向不确定 如：a. 质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能 b. 质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下(或向左、向右)两种可能 c. 只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能，即沿x轴正方向或沿x轴负方向传播 d. 只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能 解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，如知时间关系，则加nT；如知空间关系，则加n.典例透析(多选)一列横波沿直线传播，在波的传播方向上有A、B两点在t时刻A、B两点间形成的波形如图甲所示，在(t3 s)时刻A、B两点间形成的波形如图乙所示，已知A、B两点间的距离s9 m，则以下说法中正确的是() A. 若周期为4 s，波一定向右传播 B. 若周期大于4 s，波可能向右传播 C. 若波速为8.5 m/s，波一定向左传播 D. 该波波速可能的最小值为0.5 m/s 解题探究(1)波速的公式是_ (2)波向右传播，波的周期_ (3)波向左传播，波的周期 _. 变式训练 有两列简谐横波a、b在同一介质中沿x轴正方向传播，波速均为v2.5 m/s.在t0时两列波的波峰正好在x2.5 m处重合，如图所示求： (1)两列波的周期Ta和Tb. (2)t0时两列波的波峰重合处的所有位置考点4波的图象与振动图象的综合应用 考点解读：振动图象与波的图象的比较两种图象两种图象比较内容比较内容振动图象振动图象波的图象波的图象图象意义图象意义一质点位移随时一质点位移随时间变化的规律间变化的规律 某时刻所有质点相对某时刻所有质点相对平衡位置的位移平衡位置的位移图象特点图象特点两种图象两种图象比较内容比较内容振动图象振动图象波的图象波的图象图象信息图象信息(1)振动周期、振幅振动周期、振幅(2)各时刻质点的位各时刻质点的位移、速度、加速度移、速度、加速度(包包括大小、方向括大小、方向)(1)波长、振幅波长、振幅(2)任意一质点此刻任意一质点此刻的位移和加速度方向的位移和加速度方向图象变化图象变化随时间推移图象延随时间推移图象延续，但原有形状不变续，但原有形状不变随时间推移，图象沿随时间推移，图象沿传播方向平移传播方向平移一完整曲线一完整曲线对应横坐标对应横坐标一个周期一个周期 一个波长一个波长典例透析介质中坐标原点O处的波源在t0时刻开始振动，产生的简谐波沿x轴正方向传播，t0时刻传到L处，波形如图所示下列能描述x0处质点振动的图象是()解题探究(1)t0时刻x0质点的振动方向？位移如何变化？提示：竖直向下，位移将减小(2)x0处质点开始振动时起振方向？提示：根据每一点的起振方向都和波源的起振方向一样，由图象可判断知L处质点的起振方向竖直向下故x0处质点开始起振方向为竖直向下 尝试解答选C.由波的图象可知t0时x0处质点正向下振动，下一时刻质点纵坐标将减小，排除B、D选项由L处质点的起振方向向下可知，x0处质点开始振动时的振动方向向下，故A错误，C正确点拨本题综合考查了波传播和质点振动间的关系要能根据波形图和波传播方向判断质点的振动方向同时要理解，介质起振的方向跟波源开始振动方向相同每个图象前部都有空白部分表示这段时间振动形式还没传播到x0处“一分、一看、二找”巧解波动图象与振动图象综合类问题(1)分清振动图象与波动图象只要看清横坐标即可，横坐标为x则为波动图象，横坐标为t则为振动图象(2)看清横、纵坐标的单位尤其要注意单位前的数量级(3)找准波动图象对应的时刻(4)找准振动图象对应的质点 变式训练 1. 图甲表示一列简谐横波在t20 s时的波形图，图乙是该列波中的质点P的振动图象，由甲、乙两图中所提供的信息可知这列波的传播速度v以及传播方向分别是() A. v25 cm/s，向左传播B. v50 cm/s，向左传播 C. v25 cm/s，向右传播 D. v50 cm/s，向右传播 2. 简谐横波a沿x轴正方向传播，简谐横波b沿x轴负方向传播，波速都是10 m/s，振动方向都平行于y轴，t0时刻，这两列波的波形如图所示下面画出的是平衡位置在x2 m处的质点从t0开始在一个周期内的振动图象，其中正确的是()考点5波特有的现象深化 考点解读：波的干涉的理解1加强点与减弱点的比较项目项目区域区域振幅振幅振动能量振动能量加强点加强点A1A2最大最大减弱点减弱点|A1A2|最小最小典例透析两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则()A在两波相遇的区域中会产生干涉B在两波相遇的区域中不会产生干涉Ca点的振动始终加强Da点的振动始终减弱解题探究(1)发生干涉的条件是什么？提示：频率相等(2)波速由什么决定？提示：介质尝试解答选B.解答此题要关注以下几点：(1)相邻波峰间的距离等于波长(2)发生干涉的条件是两列波频率相等(3)波速由介质决定，两列波在介质中传播速度相同根据题意，由于介质相同，所以两列波的波速相等由题图可知，两列波的波长不相等由vf知两列波的频率不相等，因此相遇时不会发生干涉现象，也就不会出现振动始终加强或者始终减弱的区域，选项A错误、B正确a点在图示时刻是两波峰相遇，振动加强，但因频率不同，另一时刻，可能是两列波的波峰和波谷相遇，振动就减弱了，故选项C、D均错误(1)在稳定的干涉区域内，振动加强点始终加强；振动减弱点始终减弱两列相干波的波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇处是振动最强的地方，并且用一条直线将以上加强点连接起来，这条直线上的点都是加强的；而波峰与波谷(或波谷与波峰)相遇处是振动最弱的地方，把以上减弱点用直线连接起来，直线的点都是减弱点(2)不论是振动加强的质点还是振动减弱的质点，都仍在其平衡位置附近振动，某点的振动加强，是指这个质点以较大的振幅振动：而某点的振动减弱，是指这个质点以较小的振幅振动，因此，振动加强点的位移不是始终等于振幅，它的位移的大小和方向随时间在发生周期性的变化变式训练1. 2013天津市模拟消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来消弱高速气流产生的噪声干涉型消声器的结构及气流运行如图所示，产生波长为的声波沿水平管道自左向右传播当声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇，即可达到消弱噪声的目的若rr2r1，则r等于()解析：根据波的干涉，两列波的路程差等于半波长奇数倍时，叠加后减弱，从而达到消弱噪声的目的，C正确答案：C2. 2013山东高考如图所示，在某一均匀介质中，A、B是振动情况完全相同的两个波源，其简谐运动表达式均为x0.1sin(20t) m，介质中P点与A、B两波源间的距离分别为4 m和5 m，两波源形成的简谐横波分别沿AP、BP方向传播，波速都是10 m/s.(1)求简谐横波的波长(2)P点的振动_(填“加强”或“减弱”)