2019版高考物理一轮复习 专题十四 机械振动与机械波 第2讲 机械波课件.ppt

第2讲机械波 有波源 有介质 考点1 机械波 机械振动 受迫 垂直 平行 考点2 机械波的描述 相同 波源 f 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 频率f 与 的振动频率相等 3 波速v 波在介质中的传播速度 4 波速与波长和频率的关系 v 考点3 波的图象 平衡位置 位移 1 坐标轴的意义 横坐标表示在波的传播方向上各质点的 纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 平衡位置 2 图象的物理意义 某一时刻介质中各质点相对 的位移 考点4 波的特性 1 波的干涉 位移的矢 1 波的叠加 几列波相遇时能够保持各自的运动特征继续传播 质点的位移等于这几列波单独传播时引起的 2 波的干涉 增大 减小 定义 频率相同的两列波叠加时 某些区域的振幅 某些区域的振幅 的现象 产生稳定干涉的条件 两列波的 必须相等 两个波源的相位差必须保持不变 频率 量和 2 波的衍射 相差不多 更小 1 定义 波绕过障碍物继续传播的现象 2 产生明显衍射现象的条件 障碍物的尺寸或孔 缝 的宽度跟波长 或者比波长 3 多普勒效应 相对运动 1 定义 由于波源和观察者之间有 使观察者接 收到的波的频率发生变化的现象 相对运动 2 产生条件 波源和观察者之间有 3 规律 当波源与观察者相互靠近时 观察者接收到的频率 当波源与观察者相互远离时 观察者接收到的频 率 升高 降低 基础自测 1 多选 2016年新课标 卷 某同学漂浮在海面上 虽然水面波正平稳地以1 8m s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1个波峰到第10个波峰通过身下的时 间间隔为15s 则下列说法正确的是 A 水面波是一种机械波B 该水面波的频率为6HzC 该水面波的波长为3mD 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并不随波迁移答案 ACE 2 多选 2016年新课标 卷 由波源S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20Hz 波速为16m s 已知介质中P Q两质点位于波源S的两侧 且P Q和S的平衡位置在一条直线上 P Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15 8m 14 6m P Q开始振动后 下列判断 正确的是 A P Q两质点运动的方向始终相同B P Q两质点运动的方向始终相反C 当S恰好通过平衡位置时 P Q两点也正好通过平衡位置D 当S恰好通过平衡位置向上运动时 P在波峰E 当S恰好通过平衡位置向下运动时 Q在波峰答案 BDE 过周期处于平衡位置 3 多选 2017年广东广州高三检测 如图14 2 1所示 A B为振幅相同的相干波源 且向外传播过程中振幅衰减不计 图中实线表示波峰 虚线表示波谷 则下列叙述正确的是 A Q点始终处于波峰位置B R S两点始终处于静止状态C P Q连线上各点振动始终最强D P点在图中所示的时刻处于波谷 再E 如果A B两波源频率不同 也能产 图14 2 1 生类似的稳定的干涉现象答案 BCD 4 2017年江苏卷 野生大象群也有自己的 语言 研究人员录下象群 语言 交流时发出的声音 发现以2倍速度快速播放时 能听到比正常播放时更多的声音 播放速度变为原来的2倍时 播出声波的 填 周期 或 频率 也变为原来的2倍 声波的传播速度 填 变大 变小 或 不变 解析 频率由波源决定 播放速度变为原来的2倍时 播出声波的频率变为原来2倍 传播速度由介质决定 所以传播速度不变 答案 频率 不变 热点1 机械波的传播规律 热点归纳 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 介质中每个质点做的都是受迫振动 所以任一质点的振动频率和周期都和波源相同 因此可以断定 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 一个波长的距离 所以有v f 3 振源经过一个周期T完成一次全振动 波恰好向前传播 T 4 质点振动nT 波传播n 时 波形不变 5 相隔波长整数倍的两质点 振动状态总相同 相隔半波 长奇数倍的两质点 振动状态总相反 典题1 多选 2017年山东日照高三下学期二模 如图14 2 2甲所示 沿波的传播方向上有六个质点a b c d e f 相邻两质点之间的距离均为2m 各质点均静止在各自的平衡位置 t 0时刻振源a开始做简谐运动 取竖直向上为振动位移的正方向 其振动图象如图乙所示 形成的简谐横波以 2m s的速度水平向右传播 则下列说法正确的是 甲 乙 图14 2 2 A 波传播到质点c时 质点c开始振动的方向沿y轴正 方向 B 0 4s内质点b运动的路程为12cmC 4 5s内质点d的加速度正在逐渐减小D 6s时质点e第一次回到平衡位置 E 各质点都振动起来后 a与c的振动方向始终相同答案 ABE 迁移拓展 2016年新课标 卷 一列简谐横波在介质中沿x轴正向传播 波长不小于10cm O和A是介质中平衡位置分别位于x 0和x 5cm处的两个质点 t 0时开始观测 此时 质点O的位移为y 4cm 质点A处于波峰位置 t 13 s时 质点O第一次回到平衡位置 t 1s时 质点A第一次回到平衡位置 求 1 简谐波的周期 波速和波长 2 质点O的位移随时间变化的关系式 解 1 设振动周期为T 由于质点A在0到1s内由最大位 T 4s 由于质点O与A的距离5cm小于半个波长 且波沿x轴 正向传播 O在t 13 s时回到平衡位置 而A在t 1s时回到 平衡位置 时间相差 23 s 两质点平衡位置的距离除以传播时间 可得波的速度 移处第一次回到平衡位置 经历的是个周期 由此可知 v 7 5cm s 利用波长 波速和周期的关系得 简谐波的波长 30cm 2 设质点O的位移随时间变化的关系为 将 式及题给条件代入上式得 热点2考向1 波的图象的理解及应用波的图象的应用 热点归纳 1 通过图象能直接得到的信息 1 直接读取振幅A和波长 以及该时刻各质点的位移 2 确定该时刻各质点加速度的方向 并能比较其大小 2 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 典题2 多选 2017年新课标 卷 如图14 2 3所示 一列简谐横波沿x轴正方向传播 实线为t 0时的波形 虚线为t 0 5s时的波形 已知该简谐波的周期大于0 5s 关于该简谐 波 下列说法正确的是 A 波长为2mB 波速为6m sC 频率为1 5Hz 图14 2 3 D t 1s时 x 1m处的质点处于波峰E t 2s时 x 2m处的质点经过平衡位置 解析 由波形图可知 波长为4m A错误 实线为t 0时的波形图 虚线为t 0 5s时的波形图 波沿x轴正方向传播 又该波的周期大于0 5s 则0 0 5s时间内波传播的距离 x t 1s时 该质点应该在波谷位置向上振动 D错误 由2s 3T t 0时 x 2m处的质点在平衡位置 t 2s时 该质点同样经过平衡位置 E正确 答案 BCE 方法技巧 1 巧解图象问题 求解波的图象与振动图象综合类问题可采用 一分 一看 二找 的方法 分清振动图象与波的图象 此问题最简单 只要看清横坐标即可 横坐标为x则为波的图象 横坐标为t则为振动图象 看清横 纵坐标的单位 尤其要注意单位前的数量级 找准波的图象对应的时刻 找准振动图象对应的质点 2 图象问题的易错点 不理解振动图象与波的图象的区别 误将振动图象看做波的图象或将波的图象看做振动图 象 不知道波传播过程中任意质点的起振方向就是波源的起 振方向 不会区分波的传播位移和质点的振动位移 误认为质点随波迁移 考向2 波的多解问题 热点归纳 1 造成波的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 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 2 解决波的多解问题的思路 一般采用从特殊到一般的思维方法 即找出一个周期内满足条件的关系 t或 x 若此关系为时间 则t nT t n 0 1 2 若此关系为距离 则x n x n 0 1 2 典题3 2015年新课标 卷 甲 乙两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴正向和负向传播 波速均为v 25cm s 两列波在t 0时的波形曲线如图14 2 4所示 求 图14 2 4 1 t 0时 介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点 的x坐标 2 从t 0开始 介质中最早出现偏离平衡位置位移为 16cm的质点的时间 解 1 t 0时 在x 50cm处两列波的波峰相遇 该处质点偏离平衡位置的位移为16cm 两列波的波峰相遇处的质点偏离平衡位置的位移均为16cm 从图线可以看出 甲 乙两列波的波长分别为 1 50cm 2 60cm 甲 乙两列波波峰的x坐标分别为 x1 50 k1 1 k1 0 1 2 x2 50 k2 2 k2 0 1 2 由 式得 介质中偏离平衡位置位移为16cm的所有质点的x坐标为 x 50 300n cm n 0 1 2 2 只有两列波的波谷相遇处的质点的位移为 16cm t 0时 两波波谷间的x坐标之差为 式中 m1和m2均为整数 将 式代入 式得 x 10 6m2 5m1 5 由于m1 m2均为整数 相向传播的波谷间的距离最小为 x0 5cm 从t 0开始 介质中最早出现偏离平衡位置位移为 16cm的质点的时间为 代入数据解得t 0 1s 方法技巧 波的多解问题的一般解题步骤 1 根据初 末两时刻的波形确定传播距离与波长的关系通式 2 根据题设条件判断是唯一解还是多解 考向3 振动图象和波的图象的综合应用 热点归纳 续表 典题4 多选 2017年山东枣庄一模 如图14 2 5甲所示 同一均匀介质中的一条直线上有相距10m的两质点A B C为AB的中点 从0时刻起 A B同时开始振动 且都只振动了一个周期 图乙为A的振动图象 图丙为B的振动图象 若A向右传播的波与B向左传播的波在0 5s时相遇 则下列说法正 确的是 甲 丙 乙图14 2 5 A 两列波的波长都是5mB 两列波在A B间的传播速度均为10m sC 在两列波相遇过程中 C为振动加强点D 在1s时 质点B经过平衡位置且振动方向向上E 1s内 C经过的路程为0解析 两波在均匀介质中传播波速相同 设为v 则有2vt 0 2s 则波长为 vT 2m 故A错误 B正确 当A的波峰 或 波谷 传到C时 恰好B的波谷 或波峰 传到C点 所以C点的振动始终减弱 故C错误 质点A处产生的振动传递到B的时间 播到B点 由于A处的振动起振的方向向上 所以质点B从平衡位置且振动方向向上 故D正确 由于C点的振动始终减弱 而且两侧的振动的振幅相等 所以在1s内 C经过的路程为0 故E正确 答案 BDE 热点3考向1 波的干涉 衍射 多普勒效应波的干涉现象中加强点 减弱点的两种判断方法 热点归纳 1 公式法 某质点的振动是加强还是减弱 取决于该点到两相干波源的距离之差 r 1 当两波源振动步调一致时 若 r n n 0 1 2 则振动加强 2 当两波源振动步调相反时 若 r n n 0 1 2 则振动减弱 2 现象法 在某时刻波的干涉的波形上 波峰与波峰 或波谷与波谷 的交点 一定是加强点 而波峰与波谷的交点一定是减弱点 各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线 形成加强线和减弱线 两种线互相间隔 加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间 典题5 2017年新课标 卷 如图14 2 6甲所示 在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1 0 4 和S2 0 2 两波源的振动图线分别如图乙和丙所示 两列波的波速均为1 00m s 两列波从波源传播到点A 8 2 的路程差为 m 两列波引起的点B 4 1 处质点的振动相互 填 加强 或 减弱 点C 0 0 5 处质点的振动相互 填 加强 或 减弱 甲 乙 丙图14 2 6 答案 2 减弱 加强 也能发生振动 下列采用的方法不可行的是 考向2 对波的衍射条件的理解 典题6 多选 如图14 2 7所示 S为在水面上振动的波源 M N是水面上的两块挡块 其中N板可以上下移动 两板中间有一狭缝 此时测得A处的水没有振动 为使A处的水 A 使波源的频率增大B 使波源的频率减小C 移动N使狭缝的间距增大D 移动N使狭缝的间距减小E 波沿直线传播 所以只要A S的连线不被挡块 图14 2 7 挡住即可答案 ACE 考向3 对多普勒效应的理解 典题7 多选 如图14 2 8甲所示 男同学站立不动吹口哨 一位女同学坐在秋千上来回摆动 如图乙所示 下列关于 女同学的感受的说法正确的是 甲 乙 图14 2 8A 女同学从A向B运动过程中 她感觉哨声音调变高B 女同学从E向D运动过程中 她感觉哨声音调变高C 女同学在点C向右运动时 她感觉哨声音调不变D 女同学在点C向左运动时 她感觉哨声音调变低E 女同学从B向D运动过程中 她感觉哨声音调变高 解析 女同学荡秋千的过程中 只要她有向右的速度 她都有靠近声源的趋势 根据多普勒效应 她都会感到哨声音调变高 反之 女同学向左运动时 她感到音调变低 A D E正确 B C错误 答案 ADE