高三物理专题课件：12.2《机械波》（人教版选修3-4）

欢迎进入物理课堂 1 机械波 1 定义 机械振动在介质中的 2 产生条件 振源 3 分类 横波 纵波 4 特点 机械波传播的是 质点只在各自的平衡位置附近振动 并不随波 波不但传递能量 而且可以传递 传播 有机械振动 有介质 运动的形式 迁移 信息 2 描述波的物理量 1 波长 在波动中 总是相同的两个质点间的距离 叫做波长 通常用 表示 2 频率 在波动中 各个质点的振动频率都是相同的 它们都等于 3 波速波在介质中传播的速度 机械波的波速大小由决定 4 波长 频率和波速的关系 v 振动相位 相邻 振源的频率 介质 f 3 波的衍射 1 定义 波可以绕过继续传播 这种现象叫波的衍射 2 发生明显衍射的条件 任何波遇到任何障碍物都能发生衍射 衍射总是存在的 发生明显衍射的条件是 只有缝 孔的宽度或障碍物的尺寸跟或 才能观察到明显的衍射现象 障碍物 波长差不多 比波长小时 4 波的干涉 1 波的叠加 几列波相遇时能够保持各自的运动状态 继续传播 在它们重叠的区域里 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 2 波的干涉 定义 频率相同的两列波叠加 使某些区域的振动 某些区域的振动 并且加强区和减弱区相互间隔 这种现象叫波的干涉 形成的图样称为 条件 产生干涉的必要条件是两列波的必须相同 位移的矢量和 加强 减弱 干涉图样 频率 考点一机械波的传播和波的图象1 物理意义波动图象描述的是介质中各质点在某一时刻位移的情况 2 振动图象与波动图象的比较 3 由t时刻波形图画 t t 时刻的波形图 1 平移法 先算出经 t时间波传播的距离 x v t 再把波形沿波的传播方向平移 x 当 x 即 x n x时 可采取去整 n 留零 x 的方法 只需平移x即可 2 特殊点法 在t时刻波形图中找几个特殊质点 即处于平衡位置及波峰 波谷的质点 找到它们经 t后的位置 然后按正弦规律画出 t t 时刻波形 4 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 1 根据波的传播特性判断 由传播方向判定质点振动方向 确定该质点前边相邻的一质点 根据这一质点此时的位置 确定要判定质点的振动方向 由质点的振动方向判定波的传播方向 由某质点的振动方向确定哪边是它前边的点 从而确定波的传播方向 2 上下坡 法 沿波的传播方向看 上坡的点向下振动 下坡的点向上振动 由某一质点的振动方向 也可确定该段是上坡或下坡 即 上坡下 下坡上 案例1 2011 海南高考 一列简谐横波在t 0时的波形图如图所示 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 10sin5 tcm 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 解析 由y 10sin5 tcm可知振幅A 10cm 角速度 5 则振动周期也即波的周期T 2 0 4s A B皆错误 仍从上式可知t 0时质点P经过平衡位置 下一时刻向y轴正方向振动 结合该时刻波形图可知波沿x轴正方向传播 波长 4m 则波速v T 10m s C D正确 答案 C D 即时巩固1 2010 浙江理综 在O点有一波源 t 0时刻开始向上振动 形成向右传播的一列横波 t1 4s时 距离O点为3m的A点第一次达到波峰 t2 7s时 距离O点为4m的B点第一次达到波谷 则以下说法正确的是 A 该横波的波长为2mB 该横波的周期为4sC 该横波的波速为1m sD 距离O点为5m的质点第一次开始向上振动的时刻为6s末 答案 B C 考点二简谐波中常见多解问题波动问题一般具有多解性 即题目有多个答案或系列解 出现多解的原因主要有以下几个方面 1 波的空间周期性沿波的传播方向相距波长整数倍的各质点振动情况完全相同 因此在同一波形图上 某一振动状态 位移 速度等 会不断地重复出现 这就是波的空间周期性 2 波动的周期性经过周期整数倍的时间 各质点的振动情况 位移 速度 加速度等 与它在t时刻的振动情况完全相同 另外 在波的传播方向上 相距波长整数倍的质点 振动情况也相同 因此必导致波的传播距离 时间 速度等物理量多值 3 波传播的双向性在一维的条件下 机械波既可以向x轴正方向传播 又可以向x轴负方向传播导致多解 案例2 2011 山东理综 如图所示 一列简谐横波沿x轴传播 实线为t1 0时的波形图 此时P质点向y轴负方向运动 虚线为t2 0 01s时的波形图 已知周期T 0 01s 1 波沿x轴 填 正 或 负 方向传播 2 求波速 解析 1 根据 下坡上 判断 向x轴正方向传播 2 由题意知 8m t2 t1 T 8 v T 联立 式 代入数据解得v 100m s 答案 1 正 2 100m s 即时巩固2 2010 福建理综 一列简谐横波在t 0时刻的波形如图中的实线所示 t 0 02s时刻的波形如图中虚线所示 若该波的周期T大于0 02s 则该波的传播速度可能是 A 2m sB 3m sC 4m sD 5m s 答案 B 考点三波的干涉与波的衍射的比较 技巧提示 干涉和衍射是波两个特有的现象 只要是波 一定情况下都能发生干涉和衍射 若某种现象里出现了干涉或衍射现象 这一定是波的行为 但发生干涉和衍射的条件各不相同 应注意区分 案例3 右图表示两列相干水波的叠加情况 图中的实线表示波峰 虚线表示波谷 设两列波的振幅均为5cm 且图示的范围内振幅不变 波速和波长分别为1m s和0 5m C点是BE连线的中点 下列说法正确的是 A C E两点都保持静止不动B 图示时刻A B两点的竖直高度差为20cmC 图示时刻C点正处一平衡位置且向水面上运动D 从图示的时刻起经0 25s B点通过的路程为20cm 解析 由波的干涉知识可知图中加强区是质点A B E的连线处 减弱区是过D F的连线处和过P Q的连线处 显然 C E两点是振动的加强点 不可能保持静止 A选项错误 A B在图示的时刻 A在波峰 B在波谷 它们振动是加强的 振幅均为两列波的振幅之和 均为10cm 此时的高度差为20cm B选项正确 A B C E均在振动加强处 且在同一条直线上 由右图可知波是由E处向A处传播 在图示时刻这些质点的波形图如图所示 由图可知C点向水面 上方表示水面 运动 C选项正确 答案 B C D 技巧点拨 关于波的干涉 要正确理解稳定的干涉图样是表示加强区和减弱区的相对稳定 但是加强区和减弱区还是在做振动 发生变化的是振幅增大和减小的区别 而且波形图沿着波的传播方向在推进 即时巩固3 2011 上海高考 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C a点的振动始终加强D a点的振动始终减弱 解析 由图知 两列波的波长不相等 不满足波的干涉条件 故B正确 A C D错误 答案 B 案例4 2010 上海高考 利用发波水槽得到的水面波形如图a b所示 则 A 图a b均显示了波的干涉现象B 图a b均显示了波的衍射现象C 图a显示了波的干涉现象 图b显示了波的衍射现象D 图a显示了波的衍射现象 图b显示了波的干涉现象 解析 图a中可以看出只有一条狭缝 穿过水波发生明显的衍射 图b中有两个振源 有些区域振动加强 有些区域振动减弱 是干涉现象 故D项正确 答案 D 即时巩固4 如图所示 S是波源 M N是两块挡板 其中M板固定 N板可以左右移动 两板中间有一狭缝 此时A点没有明显振动 为了使A点能发生明显的振动 可采取的方法是 A 增大波源的振动频率B 减小波源的振动频率C 将N板向右平移一些D 将N板向左平移一些 解析 由题意可知 A点处于挡板M后面的 阴影区 内 要使之有明显的振动 需使波发生明显的衍射 关键在于孔缝的尺寸要跟波长相差不多 或者比波长更小 因此 为使A点明显振动有两条途径 其一 若保持狭缝宽度不变 可减小波的频率以增大波长 当波长大于缝的宽度时 由于衍射而使A点明显振动 其二 若波源振动频率不变 可将N板向左平移 使缝的宽度减小 当缝宽小于波长时 波发生明显衍射 也可使A点明显地振动 答案 B D 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全