高考物理大一轮复习 选修部分 基础课2 机械波课件 粤教版选修34

基础课基础课2机械波机械波知识点一、机械波横波和纵波知识点一、机械波横波和纵波1机械波的形成条件机械波的形成条件(1)有发生机械振动的波源。有发生机械振动的波源。(2)有传播介质，如空气、水等。有传播介质，如空气、水等。2传播特点传播特点(1)机械波传播的只是振动的机械波传播的只是振动的_和和_，质点只在各自的，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波平衡位置附近做简谐运动，并不随波_。(2)介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与_振动周期和频率相同。振动周期和频率相同。(3)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为_，位移为位移为_。形式形式能量能量迁移迁移波源的波源的4A零零3机械波的分类机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互横波：质点的振动方向与波的传播方向相互_的波，的波，有有_ (凸部凸部)和和_ (凹部凹部)。(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在纵波：质点的振动方向与波的传播方向在_上的上的波，有波，有_和和_。垂直垂直波峰波峰波谷波谷同一直线同一直线密部密部疏部疏部知识点二、横波的图象波速、波长和频率的关系知识点二、横波的图象波速、波长和频率的关系1横波的图象横波的图象(1)坐标轴：横轴表示各质点的坐标轴：横轴表示各质点的_，纵轴表示该时刻，纵轴表示该时刻各质点的各质点的_。(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开_的位移。的位移。(3)图象：图象：平衡位置平衡位置位移位移平衡位置平衡位置2波长、波速、频率及其关系波长、波速、频率及其关系(1)波长波长在波动中，振动相位总是在波动中，振动相位总是_的两个相邻质点间的距离。的两个相邻质点间的距离。(2)波速波速v：波在介质中的传播速度，由波在介质中的传播速度，由_本身的性质决定。本身的性质决定。(3)频率频率f：由波源决定，等于波源的由波源决定，等于波源的_。(4)波长、波速和频率的关系：波长、波速和频率的关系：v_；v 。相同相同介质介质振动频率振动频率f知识点三、波的干涉和衍射现象多普勒效应知识点三、波的干涉和衍射现象多普勒效应1波的干涉和衍射波的干涉和衍射波的干涉波的干涉波的衍射波的衍射条件条件 两列波的频率两列波的频率必须必须_明显条件：障碍物或孔明显条件：障碍物或孔的的_比比波长小或相差不多波长小或相差不多现象现象形成加强区和减弱区相互形成加强区和减弱区相互隔开的稳定隔开的稳定的的_波波能够能够_或或孔孔继续向前传播继续向前传播相同相同尺寸尺寸干涉图样干涉图样绕过障碍物绕过障碍物2.多普勒效应多普勒效应(1)条件：声源和观察者之间有条件：声源和观察者之间有_。(2)现象：观察者感到现象：观察者感到_发生变化。发生变化。(3)实质：声源频率实质：声源频率_，观察者接收到的频率，观察者接收到的频率_。相对运动相对运动频率频率不变不变变化变化思考判断思考判断(1)在机械波传播过程中，介质中的质点随波的传播而迁移。在机械波传播过程中，介质中的质点随波的传播而迁移。()(2)周期或频率，只取决于波源，而与周期或频率，只取决于波源，而与v、无直接关系。无直接关系。()(3)波速波速v取决于介质的性质，它与取决于介质的性质，它与T、无直接关系。只要介质不无直接关系。只要介质不变，变，v就不变；如果介质变了，就不变；如果介质变了，v也一定变。也一定变。()(4)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。()(5)一切波都能发生衍射现象。一切波都能发生衍射现象。()(6)多普勒效应说明波源的频率发生变化。多普勒效应说明波源的频率发生变化。()答案答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)机械波的传播与图象机械波的传播与图象1波动图象的信息波动图象的信息(如图如图1所示所示)图图1(1)直接读取振幅直接读取振幅A和波长和波长，以及该时刻各质点的位移。，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。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。的振动方向确定波的传播方向。1机械波的传播机械波的传播(多选多选)如图如图2，a、b、c、d是均匀媒质中是均匀媒质中x轴轴上的四个质点，相邻两点的间距依次为上的四个质点，相邻两点的间距依次为2 m、4 m和和6 m。一。一列简谐横波以列简谐横波以2 m/s的波速沿的波速沿x轴正向传播，在轴正向传播，在t0时刻到达时刻到达质点质点a处，质点处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，由平衡位置开始竖直向下运动，t3 s时时a第第一次到达最高点。下列说法正确的是一次到达最高点。下列说法正确的是()图图2A在在t6 s时刻波恰好传到质点时刻波恰好传到质点d处处B在在t5 s时刻质点时刻质点c恰好到达最高点恰好到达最高点 C质点质点b开始振动后，其振动周期为开始振动后，其振动周期为4 sD在在4 st6 s的时间间隔内质点的时间间隔内质点c向上运动向上运动E当质点当质点d向下运动时，质点向下运动时，质点b一定向上运动一定向上运动答案答案ACD2判断波的传播方向或质点的振动方向判断波的传播方向或质点的振动方向(2017山西四校联山西四校联考考)(多选多选)如图如图3所示是沿所示是沿x轴传播的一列简谐横波，实线是在轴传播的一列简谐横波，实线是在t0时刻的波形图，虚线是在时刻的波形图，虚线是在t0.2 s时刻的波形图。已知该时刻的波形图。已知该波的波速是波的波速是0.8 m/s，则下列说法正确的是，则下列说法正确的是()图图3A这列波的周期是这列波的周期是0.15 sB这列波是沿这列波是沿x轴负方向传播轴负方向传播Ct0时，时，x4 cm处的质点速度沿处的质点速度沿y轴正方向轴正方向D00.2 s内，内，x4 cm处的质点振动方向改变了处的质点振动方向改变了3次次Et0.2 s时，时，x4 cm处的质点加速度方向沿处的质点加速度方向沿y轴负方向轴负方向答案答案ABD3波速公式的应用波速公式的应用(2016河北唐山统考河北唐山统考)一列沿一列沿x方向传播方向传播的简谐横波，在的简谐横波，在t0时刻的波形如图时刻的波形如图4所示，质点振动的振幅所示，质点振动的振幅为为10 cm。P、Q两点的坐标分别为两点的坐标分别为(1，0)和和(9，0)，已知，已知t0.7 s时，时，P点第二次出现波峰。点第二次出现波峰。图图4(1)这列波的传播速度多大？这列波的传播速度多大？(2)从从t0时刻起，经过多长时间时刻起，经过多长时间Q点第一次出现波峰？点第一次出现波峰？(3)当当Q点第一次出现波峰时，点第一次出现波峰时，P点通过的路程为多少？点通过的路程为多少？答案答案(1)10 m/s(2)1.1 s(3)0.9 m波的传播方向与质点振动方向的互判方法波的传播方向与质点振动方向的互判方法方法技巧方法技巧内容内容图象图象“上下上下坡坡”法法沿波的传播方向，沿波的传播方向，“上坡上坡”时时质点向下振动，质点向下振动，“下坡下坡”时质时质点向上振动点向上振动“同侧同侧”法法波形图上某点表示传播方波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图向和振动方向的箭头在图线同侧线同侧“微平移微平移”法法将波形沿传播方向进行微将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向点来判断振动方向振动图象和波的图象的关联分析振动图象和波的图象的关联分析求解波动图象与振动图象综合类问题可采用求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二找一分、一看、二找”的方法的方法1已知振动图象确定波的图象已知振动图象确定波的图象 (福建理综福建理综)在均匀介质中，一在均匀介质中，一列沿列沿x轴正向传播的横波，其波源轴正向传播的横波，其波源O在第一个周期内的振动图在第一个周期内的振动图象如图象如图5所示，则该波在第一个周期末的波形图是所示，则该波在第一个周期末的波形图是()图图5解析解析由振动图象可知波源开始振动的方向沿由振动图象可知波源开始振动的方向沿y轴负方向，则一轴负方向，则一个周期末开始振动的质点，其振动方向也是沿个周期末开始振动的质点，其振动方向也是沿y轴负方向，所以轴负方向，所以A、C错误；由振动图象可知，后半个周期振动的振幅较大，根错误；由振动图象可知，后半个周期振动的振幅较大，根据波的传播特点，据波的传播特点，B错误，错误，D正确。正确。答案答案D2已知波的图象确定振动图象已知波的图象确定振动图象如图如图6所示，甲为所示，甲为t1 s时某横时某横波的波形图象，乙为该波传播方向上某一质点的振动图象，波的波形图象，乙为该波传播方向上某一质点的振动图象，距该质点距该质点x0.5 m处质点的振动图象可能是处质点的振动图象可能是 ()图图6答案答案A3两种图象的综合应用两种图象的综合应用(多选多选)图图7(a)为一列简谐横波在为一列简谐横波在t0.10 s时刻的波形图，时刻的波形图，P是平衡位置在是平衡位置在x1.0 m处的质点，处的质点，Q是平是平衡位置在衡位置在x4.0 m处的质点；图处的质点；图(b)为质点为质点Q的振动图象。下的振动图象。下列说法正确的是列说法正确的是()图图7A在在t0.10 s时，质点时，质点Q向向y轴正方向运动轴正方向运动B在在t0.25 s时，质点时，质点P的加速度方向与的加速度方向与y轴正方向相同轴正方向相同C从从t0.10 s到到t0.25 s，该波沿，该波沿x轴负方向传播了轴负方向传播了6 mD从从t0.10 s到到t0.25 s，质点，质点P通过的路程为通过的路程为30 cmE质点质点Q简谐运动的表达式为简谐运动的表达式为y0.10sin(10t)(国际单位制国际单位制)答案答案BCE波的多解问题波的多解问题造成波动问题多解的主要因素有造成波动问题多解的主要因素有1周期性周期性(1)时间周期性：时间间隔时间周期性：时间间隔t与周期与周期T的关系不明确。的关系不明确。(2)空间周期性：波传播距离空间周期性：波传播距离x与波长与波长的关系不明确。的关系不明确。2双向性双向性(1)传播方向双向性：波的传播方向不确定。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。振动方向双向性：质点振动方向不确定。3.波形的隐含性形成多解波形的隐含性形成多解在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态。这样，波形就有多种特殊点，而其余信息均处于隐含状态。这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性。情况，形成波动问题的多解性。【典例】【典例】2015全国卷全国卷，34(2)甲、乙两列简谐横波在同一甲、乙两列简谐横波在同一介质中分别沿介质中分别沿x轴正向和负向传播，波速均为轴正向和负向传播，波速均为v25 cm/s。两。两列波在列波在t0时的波形曲线如图时的波形曲线如图8所示。求：所示。求：图图8()t0时，介质中偏离平衡位置位移为时，介质中偏离平衡位置位移为16 cm的所有质点的的所有质点的x坐坐标；标；()从从t0开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为开始，介质中最早出现偏离平衡位置位移为16 cm的质点的时间。的质点的时间。解析解析()两列波的振幅均为两列波的振幅均为8 cm，故偏离平衡位置位移为，故偏离平衡位置位移为16 cm的质点应为两列波的波峰相遇处的质点。的质点应为两列波的波峰相遇处的质点。根据波形图可知，甲、乙的波长分别为根据波形图可知，甲、乙的波长分别为乙乙60 cm，甲甲50 cm则甲、乙两列波的波峰坐标分别为则甲、乙两列波的波峰坐标分别为x甲甲(50k150)cm(k10，1，2，3，)x乙乙(50k260)cm(k20，1，2，3，)答案答案()x(50300n) cm(n0，1，2，3，)()0.1 s方法技巧方法技巧1周期性造成的多解问题周期性造成的多解问题(2016吉林长春三模吉林长春三模)(多选多选)一列简一列简谐横波沿谐横波沿x轴正方向传播，轴正方向传播，t时刻波形图如图时刻波形图如图9中的实线所示，中的实线所示，此时波刚好传到此时波刚好传到P点，点，t0.6 s时刻的波形如图中的虚线所示，时刻的波形如图中的虚线所示，a、b、c、P、Q是介质中的质点，则下列说法正确的是是介质中的质点，则下列说法正确的是()图图9A这列波的波速可能为这列波的波速可能为50 m/sB质点质点a在这段时间内通过的路程一定小于在这段时间内通过的路程一定小于30 cmC质点质点c在这段时间内通过的路程可能为在这段时间内通过的路程可能为60 cmD若周期若周期T0.8 s，则在，则在t0.5 s时刻，质点时刻，质点b、P的位移相同的位移相同E若周期若周期T0.8 s，从，从t0.4 s时刻开始计时，则质点时刻开始计时，则质点c的振动的振动方程为方程为x0.1sin t(m)答案答案ACD2双向性造成的多解问题双向性造成的多解问题(2017衡水模拟衡水模拟)在一列沿水平直线在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距传播的简谐横波上有相距4 m的的A、B两点，如图两点，如图10甲、乙分甲、乙分别是别是A、B两质点的振动图象，已知该波波长大于两质点的振动图象，已知该波波长大于2 m，求这，求这列波可能的波速。列波可能的波速。图图10答案答案见解析见解析波的干涉、衍射、多普勒效应波的干涉、衍射、多普勒效应2多普勒效应的成因分析多普勒效应的成因分析(1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。接收到的完全波的个数。(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小。当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小。1波的干涉现象波的干涉现象(多选多选)如图如图11所示，实线与虚线分别表示振所示，实线与虚线分别表示振幅、频率均相同的两列简谐横波的波峰和波谷，此刻，幅、频率均相同的两列简谐横波的波峰和波谷，此刻，M是是波峰与波峰的相遇点。设这两列波的振幅均为波峰与波峰的相遇点。设这两列波的振幅均为A，则下列说，则下列说法正确的是法正确的是()图图11A此时刻位于此时刻位于O处的质点正处于平衡位置处的质点正处于平衡位置BP、N两处的质点始终处在平衡位置两处的质点始终处在平衡位置C随着时间的推移，随着时间的推移，M处的质点将向处的质点将向O处移动处移动D从此时刻起，经过四分之一周期，从此时刻起，经过四分之一周期，M处的质点到达平衡位置，处的质点到达平衡位置，此时位移为零此时位移为零EO、M连线的中点是振动加强的点，其振幅为连线的中点是振动加强的点，其振幅为2A解析解析此时刻位于此时刻位于O处的质点正处于波谷与波谷的相遇点，不处的质点正处于波谷与波谷的相遇点，不在平衡位置，选项在平衡位置，选项A错误；错误；P、N两处的质点处于波峰和波谷的两处的质点处于波峰和波谷的相遇点，两列波在这两处的位移始终相反，合位移为相遇点，两列波在这两处的位移始终相反，合位移为0，选项，选项B正确；质点并不随波迁移，选项正确；质点并不随波迁移，选项C错误；从此时刻起，经过四错误；从此时刻起，经过四分之一周期，两列波在分之一周期，两列波在M点的振动均达到平衡位置，合位移为点的振动均达到平衡位置，合位移为零，选项零，选项D正确；正确；O、M连线的中点是振动加强区的点，其振幅连线的中点是振动加强区的点，其振幅为为2A，选项，选项E正确。正确。答案答案BDE2多普勒效应多普勒效应如图如图12所示，向左匀速运动的小车发出频率为所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧的声波，车左侧A处的静止的人感受到的声波的频率为处的静止的人感受到的声波的频率为f1，车，车右侧右侧B处的静止的人感受到的声波的频率为处的静止的人感受到的声波的频率为f2，则，则()图图12Af1f，f2f Bf1f，f2fCf1f，f2f Df1f，f2f解析解析波源朝向观察者运动时，观测频率大于波源的频率，波波源朝向观察者运动时，观测频率大于波源的频率，波源远离观察者运动时，观测频率小于波源的频率，源远离观察者运动时，观测频率小于波源的频率，D正确。正确。答案答案D3波的干涉、衍射波的干涉、衍射(多选多选)一列简谐横波，某时刻的波形图如一列简谐横波，某时刻的波形图如图图13甲所示，从该时刻计时，波上质点甲所示，从该时刻计时，波上质点A的振动图象如图乙的振动图象如图乙所示，则所示，则()图图13A若此波传播过程中遇到频率为若此波传播过程中遇到频率为1.25 Hz的同类波，一定会发的同类波，一定会发生干涉，产生稳定的干涉图样生干涉，产生稳定的干涉图样B若此波传播过程中遇到波长为若此波传播过程中遇到波长为20 m的同类波，一定会发生干的同类波，一定会发生干涉，产生稳定的干涉图样涉，产生稳定的干涉图样C若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为若此波传播过程中遇到的障碍物的尺寸为2 000 m，可能发，可能发生明显衍射现象生明显衍射现象D该波的传播速度为该波的传播速度为2.5 m/sE该波的传播速度为该波的传播速度为25 m/s答案答案ABE1(2016全国卷全国卷，34)某同学漂浮在海面上，虽然水面波正某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以平稳地以1.8 m/s的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近。的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近。该同学发现从第该同学发现从第1个波峰到第个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为个波峰通过身下的时间间隔为15 s。下列说法正确的是。下列说法正确的是_。(填正确答案标号填正确答案标号)A水面波是一种机械波水面波是一种机械波B该水面波的频率为该水面波的频率为6 HzC该水面波的波长为该水面波的波长为3 mD水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去递出去E水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移并不随波迁移答案答案ACE2(2016全国卷全国卷，34)由波源由波源S形成的简谐横波在均匀介质中形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的频率为向左、右传播。波源振动的频率为20 Hz，波速为，波速为16 m/s。已。已知介质中知介质中P、Q两质点位于波源两质点位于波源S的两侧，且的两侧，且P、Q和和S的平衡的平衡位置在一条直线上，位置在一条直线上，P、Q的平衡位置到的平衡位置到S的平衡位置之间的的平衡位置之间的距离分别为距离分别为15.8 m、14.6 m。P、Q开始振动后，下列判断正开始振动后，下列判断正确的是确的是_。(填正确答案标号。填正确答案标号。)AP、Q两质点运动的方向始终相同两质点运动的方向始终相同BP、Q两质点运动的方向始终相反两质点运动的方向始终相反C当当S恰好通过平衡位置时，恰好通过平衡位置时，P、Q两点也正好通过平衡位置两点也正好通过平衡位置D当当S恰好通过平衡位置向上运动时，恰好通过平衡位置向上运动时，P在波峰在波峰E当当S恰好通过平衡位置向下运动时，恰好通过平衡位置向下运动时，Q在波峰在波峰答案答案BDE3(2015全国卷全国卷)平衡位置位于原点平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿水平在均匀介质中沿水平x轴传播，轴传播，P、Q为为x轴上的两个点轴上的两个点(均位均位于于x轴正向轴正向)，P与与O的距离为的距离为35 cm，此距离介于一倍波长与，此距离介于一倍波长与二倍波长之间。已知波源自二倍波长之间。已知波源自t0时由平衡位置开始向上振动，时由平衡位置开始向上振动，周期周期T1 s，振幅，振幅A5 cm。当波传到。当波传到P点时，波源恰好处于点时，波源恰好处于波峰位置；此后再经过波峰位置；此后再经过5 s，平衡位置在，平衡位置在Q处的质点第一次处处的质点第一次处于波峰位置。求：于波峰位置。求：(1)P、Q间的距离；间的距离；(2)从从t0开始到平衡位置在开始到平衡位置在Q处的质点第一次处于波峰位置处的质点第一次处于波峰位置时，波源在振动过程中通过的路程。时，波源在振动过程中通过的路程。答案答案(1)133 cm(2)125 cm