高考物理一轮复习 第2课时 机械波课件（选修3-4）.ppt

第2课时机械波 知识点一 机械波横波和纵波1 机械波的形成条件 1 有发生机械振动的波源 2 有传播介质 如空气 水等 2 传播特点 1 机械波传播的只是振动的和 质点只在各自的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 位移为 形式 能量 迁移 波源的 4A 零 3 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的波 有 凸部 和 凹部 2 纵波 质点的振动方向与波的传播方向在上的波 有和 波峰 波谷 垂直 同一直线 密部 疏部 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 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 3 图象 平衡位置 位移 平衡位置 相同 介质 振动频率 f 知识点三 波的干涉和衍射多普勒效应1 波的干涉和衍射 2 多普勒效应 1 条件 声源和观察者之间有 2 现象 观察者感到发生变化 3 实质 声源频率 观察者接收到的频率 相对运动 频率 不变 变化 思维深化判断正误 正确的画 错误的画 1 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v 无直接关系 3 波速v取决于介质的性质 它与T 无直接关系 只要介质不变 v就不变 如果介质变了 v也一定变 答案 1 2 3 题组自测 题组一波的传播特点1 多选 关于波的形成和传播 下列说法正确的是 A 质点的振动方向与波的传播方向平行时 形成的波是纵波B 质点的振动方向与波的传播方向垂直时 形成的波是横波C 波在传播过程中 介质中的质点随波一起迁移D 波可以传递振动形式和能量答案ABD 2 多选 一振动周期为T 振幅为A 位于x 0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐振动 该波源产生的一维简谐横波沿x轴正向传播 波速为v 传播过程中无能量损失 一段时间后 该振动传播至某质点P 关于质点P振动的说法正确的是 A 周期一定为TB 速度的最大值一定为vC 开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离D 若P点与波源距离s vT 则质点P的位移与波源的相同 解析波在传播过程中周期不变 故A正确 质点的振动速度与波传播的速度是两个概念 故B错误 介质中所有质点开始振动的方向都与波源的起振方向相同 故C错误 若P点与波源距离s vT 则质点P与波源之间的距离为一个波长 故质点P与波源的位移总是相同的 D正确 答案AD 题组二波的图象3 多选 沿x轴正向传播的一列简谐横波在t 0时刻的波形如图1所示 P为介质中的一个质点 该波的传播速度为2 5m s 则t 0 8s时 A 质点P相对平衡位置的位移为正值B 质点P的速度方向与相对平衡位置的位移方向相同C 质点P的速度方向与加速度的方向相同D 质点P的加速度方向与相对平衡位置的位移方向相反 图1 4 如图2所示为某一介质中的甲 乙两个质点振动的位移随时间变化的图象 在t 5s时 两质点的振动方向 选填 相同 或 相反 由于两质点的振动 在介质中形成了两列机械波 两列波的波长之比 甲 乙 图2 解析在t 5s时 两质点的振动方向相同 由某一介质中的甲 乙两个质点振动的位移随时间变化的图象可知 两列波的周期之比为12 8 3 2 两列波的波长之比 甲 乙 3 2 答案相同3 2 题组三波的干涉 衍射 多普勒效应5 在同一地点有两个静止的声源 发出的声波1和声波2在同一空间的空气中沿同一方向传播 如图3所示为某时刻这两列波的图象 则下列说法中正确的是 图3 A 声波1的速度比声波2的速度大B 相对于同一障碍物 声波2比声波1更容易发生衍射现象C 这两列波在传播过程中 不会产生稳定的干涉图样D 在这两列波传播的方向上运动的观察者 听到的这两列波的频率均与从声源发出时的频率相同 解析这两列波在同一介质中传播具有相同的传播速度 故A错误 由题图可知 声波1的波长比声波2的波长长 相对于同一障碍物 声波1比声波2更易发生衍射现象 故B错误 由于这两列波的频率不同 所以相遇时不会产生稳定的干涉图样 故C正确 根据多普勒效应可知 D错误 答案C 6 下列物理现象 在春天里一次闪电过后 有时雷声轰鸣不绝 闻其声而不见其人 学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音 当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时 我们听到汽笛声的音调变高 分别属于波的 A 反射 衍射 干涉 多普勒效应B 折射 衍射 多普勒效应 干涉C 反射 折射 干涉 多普勒效应D 衍射 折射 干涉 多普勒效应 解析在春天里一次闪电过后 有时雷声轰鸣不绝 属于声波的反射 闻其声而不见其人 属于声波的衍射 学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干涉 当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时 我们听到汽笛声的音调变高属于多普勒效应 正确选项是A 答案A 考点一波动图象与波速公式的应用1 波动图象的信息 如图4所示 1 直接读取振幅A和波长 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 图4 例1 一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波 波速为4m s 某时刻波形如图5所示 下列说法正确的是 A 这列波的振幅为4cmB 这列波的周期为1sC 此时x 4m处质点沿y轴负方向运动D 此时x 4m处质点的加速度为0 图5 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 变式训练 1 2014 天津卷 5 平衡位置处于坐标原点的波源S在y轴上振动 产生频率为50Hz的简谐横波向x轴正 负两个方向传播 波速均为100m s 平衡位置在x轴上的P Q两个质点随波源振动着 P Q的x轴坐标分别为xP 3 5m xQ 3m 当S位移为负且向 y方向运动时 P Q两质点的 A 位移方向相同 速度方向相反B 位移方向相同 速度方向相同C 位移方向相反 速度方向相反D 位移方向相反 速度方向相同 考点二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 一分 一看 二找 的方法 1 分清振动图象与波动图象 此问题最简单 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 例2 多选 如图6 a 为一列简谐横波在t 2s时的波形图 图 b 为媒质中平衡位置在x 1 5m处的质点的振动图象 P是平衡位置为x 2m的质点 下列说法正确的是 填正确答案标号 图6 A 波速为0 5m sB 波的传播方向向右C 0 2s时间内 P运动的路程为8cmD 0 2s时间内 P向y轴正方向运动 答案AC 图象问题的易错点 1 不理解振动图象与波的图象的区别 2 误将振动图象看做波的图象或将波的图象看做振动图象 3 不知道波传播过程中任意质点的起振方向与波源的起振方向相同 4 不会区分波的传播位移和质点的振动位移 5 误认为质点随波迁移 变式训练 2 多选 图7 a 为一列简谐横波在t 0 10s时刻的波形图 P是平衡位置在x 1 0m处的质点 Q是平衡位置在x 4 0m处的质点 图 b 为质点Q的振动图象 下列说法正确的是 填正确答案标号 图7 A 在t 0 10s时 质点Q向y轴正方向运动B 在t 0 25s时 质点P的加速度方向与y轴正方向相同C 从t 0 10s到t 0 25s 该波沿x轴负方向传播了6mD 从t 0 10s到t 0 25s 质点P通过的路程为30cm 答案BC 考点三波的多解问题造成波动问题多解的主要因素有1 周期性 1 时间周期性 时间间隔 t与周期T的关系不明确 2 空间周期性 波传播距离 x与波长 的关系不明确 2 双向性 1 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 3 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 例3 2014 四川卷 5 如图8所示 甲为t 1s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 距该质点 x 0 5m处质点的振动图象可能是 图8 解析法一 若波沿 x方向传播 则t 0时的波形图如图 a 虚线所示 则质点P的振动图象为题中乙图所示 距P点0 5m的质点的位移y 0 且向下运动 或y 0 且向上运动 若波沿 x方向传播 则t 0时的波形图如图 a 虚线所示 则质点Q的振动图象为题中乙图所示 距Q点0 5m的质点的位移y 0 且向上运动 或y 0 且向下运动 所以选项A正确 图 a 图 b 图 c 答案A 变式训练 3 多选 2014 长春三模 一列简谐横波沿x轴正方向传播 t时刻波形图如图9中的实线所示 此时波刚好传到P点 t 0 6s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 图9 A 这列波的波速可能为50m sB 质点a在这段时间内通过的路程一定小于30cmC 质点c在这段时间内通过的路程可能为60cmD 若周期T 0 8s 则在t 0 5s时刻 质点b P的位移相同 答案ACD 2 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远离时 观察者接收到的频率变小 例4 多选 2014 全国大纲卷 18 两列振动方向相同 振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇 下列说法正确的是 A 波峰与波谷相遇处质点的振幅为 A1 A2 B 波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1 A2C 波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D 波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅 解析波峰与波谷相遇时 振幅相消 故实际振幅为 A1 A2 故选项A正确 波峰与波峰相遇处 质点的振幅最大 合振幅为A1 A2 但此处质点仍处于振动状态中 其位移随时间按正弦规律变化 故选项B错误 振动减弱点和加强点的位移随时间按正弦规律变化 选项C错误 波峰与波峰相遇时振动加强 波峰与波谷相遇时振动减弱 加强点的振幅大于减弱点的振幅 故选项D正确 答案AD 变式训练 4 多选 2014 盐城二模 如图10所示 一小型渔港的防波堤两端MN相距约60m 在防波堤后A B两处有两只小船进港躲避风浪 某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播 则下列说法中正确的是 图10 A 假设波浪的波长约为10m 则A B两处小船基本上不受波浪影响B 假设波浪的波长约为10m 则A B两处小船明显受到波浪影响C 假设波浪的波长约为50m 则A B两处小船基本上不受波浪影响D 假设波浪的波长约为50m 则A B两处小船明显受到波浪影响 解析根据题意 A B两处小船明显受到波浪影响的原因是水波发生了明显的衍射现象 波浪能传播到A B两处 由于只有当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候 才会发生明显的衍射现象 故A D正确 B C错误 答案AD 5 如图11所示 在公路的十字路口东侧路边 甲以速度v1向东行走 在路口北侧 乙站在路边 一辆汽车以速度v2通过路口向东行驶并鸣笛 已知汽车笛声的频率为f0 车速v2 v1 设甲听到的笛声频率为f1 乙听到的笛声频率为f2 司机自己听到的笛声频率为f3 则此三人听到笛声的频率由高至低依次为 图11 解析由于v2 v1 所以汽车和甲的相对距离减小 甲听到的频率变大 即f1 f0 由于乙静止不动 则汽车和乙的相对距离增大 乙听到的频率变小 即f2 f0 由于司机和声源相对静止 所以司机听到频率不变 即f3 f0 综上所述 三人听到笛声的频率由高至低依次为 f1 f3 f2 答案f1 f3 f2