人教版高中物理全套教案和導學案第十二章 學案56 機械波

1、學案56 機械波 一、概念規(guī)律題組 1關(guān)于機械波的形成，下列說法中正確的是( ) A物體做機械振動，一定產(chǎn)生機械波 B后振動的質(zhì)點總是跟著先振動的質(zhì)點重復振動，只是時間落后一步 C參與振動的質(zhì)點群有相同的頻率 D機械波是介質(zhì)隨波遷移，也是振動能量的傳遞 圖1 2一列簡諧橫波在x軸上傳播，某時刻的波形圖如圖1所示，a、b、c為三個質(zhì)元，a正向上運動由此可知( ) A該波沿x軸正方向傳播 Bc正向上運動 C該時刻以后，b比c先到達平衡位置 D該時刻以后，b比c先到達離平衡位置最遠處 圖2 3一列簡諧橫波沿x軸傳播，t0時的波形如圖2所示，質(zhì)點A與質(zhì)點B相距1 m，A點速度沿y軸正方向；t0.02

2、s時，質(zhì)點A第一次到達正向最大位移處由此可知( ) A此波的傳播速度為25 m/s B此波沿x軸負方向傳播 C從t0時起，經(jīng)0.04 s，質(zhì)點A沿波傳播方向遷移1 m D在t0.04 s時，質(zhì)點B處在平衡位置，速度沿y軸負方向 4下面哪些應(yīng)用是利用了多普勒效應(yīng)( ) A利用地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠天體相對于地球的運動速度 B交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進行交通管理 C鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況 D有經(jīng)驗的戰(zhàn)士利用炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠去 二、思

3、想方法題組 圖3 5一列橫波某時刻的波形如圖3所示，經(jīng)過0.25 s圖中P點第一次到達波峰的位置，此后再經(jīng)0.75 s，P點的位移和速度可能是( ) A位移是2 cm，速度為零 B位移是零，速度方向沿y的方向 C位移是2 cm，速度為零 D位移是零，速度方向沿y的方向 6如圖4所示，位于介質(zhì)和分界面上的波源S，產(chǎn)生兩列分別沿x軸負方向與正方向傳播的機械波若在兩種介質(zhì)中波的頻率及傳播速度分別為f、f和v、v，則( ) 2121 圖4 Bff v0.5v vAf2f v 22221111Df0.5f v fCfv2v v 22112211 一、波的形成及傳播規(guī)律的應(yīng)用 1波的形成及特點 波源把自己

4、的振動方式通過介質(zhì)的質(zhì)點由近及遠的傳播，就形成了波 (1)質(zhì)點只在自己的平衡位置振動，并不隨波的傳播向前遷移； (2)介質(zhì)中每個質(zhì)點的起振方向都和波源的起振方向相同； (3)每個質(zhì)點的振動周期都等于波的傳播周期，質(zhì)點振動一個周期波傳播一個波長； (4)波傳播的是波源的振動形式和能量，也能傳遞信息 2波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向的判斷方法 內(nèi)容 圖象 上 沿波的傳播方向，上坡時質(zhì)點向下振動，下坡時下 質(zhì)點向上振動坡 法 同 側(cè)波形圖上某點表示傳播方向和振動方向的箭頭在 圖線同側(cè) 法 微 軸上將波形圖沿傳播方向進行微小平移，再由x 平 某一位置的兩波形曲線上的點來判定 移法 3.波長、波速和頻率的

5、關(guān)系 (1)關(guān)系式：vf (2)機械波的波速取決于介質(zhì)，與波的頻率無關(guān)在同一均勻介質(zhì)中，機械波的傳播是勻速的 (3)機械波的頻率取決于波源振動的頻率，當波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波的頻率不變 (4)在波的傳播方向上，介質(zhì)中各質(zhì)點都做受迫振動，其頻率都等于振源的振動頻率 【例1】 (2011·北京·16)介質(zhì)中有一列簡諧機械波傳播，對于其中某個振動質(zhì)點( ) A它的振動速度等于波的傳播速度 B它的振動方向一定垂直于波的傳播方向 C它在一個周期內(nèi)走過的路程等于一個波長 D它的振動頻率等于波源的振動頻率 規(guī)范思維 二、波動圖象的應(yīng)用 振動圖象和波的圖象的比較 兩種圖象 比較內(nèi)

6、容 振動圖象 波的圖象 圖象意義某質(zhì)點位移隨時間變化的規(guī)律 某時刻所有質(zhì)點相對平衡位置的位移 圖象特點 (1)波長、振幅振動周期、振幅 (1)(2)各時刻質(zhì)點的位移和加速(2)圖象信息 任意一質(zhì)點此時刻的位移和加速度方向度方向 隨時間推移，隨時間推移圖象延續(xù)，圖象沿傳播方向但原有 圖象變化 平移 圖象形狀不變一完整曲線對應(yīng)橫坐標 一個周期 一個波長 】【例2 圖5 (2011·重慶·17)介質(zhì)中坐標原點O處的波源在t0時刻開始振動，產(chǎn)生的簡諧波沿x軸正向傳播，t時刻傳到L處，波形如圖5所示下列能描述x處質(zhì)點振動的圖象是( ) 00 規(guī)范思維 三、波的多解性問題分析 波的多解

7、性原因分析： 1波的周期性：機械波在時間和空間上具有周期性一方面，每經(jīng)過一個周期T或nT，介質(zhì)中的質(zhì)點完成一次(或n次)全振動回到原來的狀態(tài)，波形圖線與原來的圖線完全相同，這在傳播時間與周期關(guān)系上形成多解，tnTt；另一方面，波形沿波的傳播方向向前推進或n，在波形圖上，相距、2、3、n的質(zhì)點振動步調(diào)完全一致，后面的質(zhì)點好象是前面質(zhì)點振動情況的“復制”，這在傳播距離與波長關(guān)系上形成多解xnx. 2波的傳播方向的不確定性 當只知波沿x軸傳播時，往往有沿x軸正方向和負方向傳播兩種情況 3介質(zhì)中質(zhì)點間距離與波長的關(guān)系的不確定性 已知兩質(zhì)點平衡位置間的距離及某一時刻它們所在的位置，由于波的空間周期性，則

8、兩質(zhì)點存在著多種可能波形做這類題時，可先根據(jù)題意，在兩質(zhì)點間先畫出最簡波形，然后 再作一般分析，從而寫出兩質(zhì)點間的距離與波長關(guān)系的通式 圖6 【例3】 (2010·鎮(zhèn)江模擬)如圖6所示的實線是某時刻的波形圖象，虛線是經(jīng)過0.2 s時的波形圖象求： (1)波傳播的可能距離； (2)可能的周期(頻率)； (3)可能的波速； (4)若波速是35 m/s，求波的傳播方向； (5)若0.2 s小于一個周期時，求波傳播的距離、周期(頻率)、波速 規(guī)范思維 四、波的疊加和干涉 1產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件：頻率相同；有固定的相位差 2干涉區(qū)域內(nèi)某點是振動加強點還是振動減弱點的充要條件： (1)最強：該

9、點到兩個波源的路程差是波長的整數(shù)倍，即sn. (2)最弱：該點到兩個波源的路程差是半波長的奇數(shù)倍，即s(2n1) 23加強點的位移變化范圍：|AA|AA|. 2121減弱點的位移變化范圍：|AA|AA|. 2211【例4】 (2010·新課標卷·33(2) 圖7 波源S和S振動方向相同，頻率均為4 Hz，分別置于均勻介質(zhì)中x軸上的O、A兩點21處，OA2 m，如圖7所示兩波源產(chǎn)生的簡諧橫波沿x軸相向傳播，波速為4 m/s.已知兩波源振動的初始相位相同求： (1)簡諧橫波的波長； (2)OA間合振動振幅最小的點的位置 【基礎(chǔ)演練】 圖8 1如圖8所示是觀察水面波衍射的實驗裝置

10、，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個小孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個波長，則對于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是( ) A此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象 B擋板前后波紋間距相等 C如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象 D如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯觀察到衍射現(xiàn)象 圖9 2如圖9所示，一個波源在繩的左端發(fā)生波甲，另一個波源在同一根繩的右端發(fā)生波乙，波速都等于1 m/s.在t0時刻，繩上的波形如圖中的(a)所示，則根據(jù)波的疊加原理，下述正確的是( ) A當t2 s時，波形如圖(b)，t4 s時，波形如圖(

11、c) B當t2 s時，波形如圖(b)，t4 s時，波形如圖(d) C當t2 s時，波形如圖(d)，t4 s時，波形如圖(c) D當t2 s時，波形如圖(c)，t4 s時，波形如圖(d) 3(2010·天津理綜·4)一列簡諧橫波沿x軸正向傳播，傳到M點時波形如圖10所示，) (為f和頻率A點開始振動，則該波的振幅N，0.6 s再經(jīng) 圖10 AA1 m，f5 Hz BA0.5 m，f5 Hz CA1 m，f2.5 Hz DA0.5 m，f2.5 Hz 圖11 4(2011·天津·7)位于坐標原點處的波源A沿y軸做簡諧運動A剛好完成一次全振動時，在介質(zhì)中形成簡

12、諧橫波的波形如圖11所示，B是沿波傳播方向上介質(zhì)的一個質(zhì)點，則( ) A波源A開始振動時的運動方向沿y軸負方向 1B此后的周期內(nèi)回復力對波源A一直做負功 4C經(jīng)半個周期時間質(zhì)點B將向右遷移半個波長 所受回復力的沖量為零A在一個周期時間內(nèi)D 12 圖時0)如圖12所示為一列沿x軸負方向傳播的簡諧橫波，實線為t5(2009·四川高考) 0.6 s 時的波形圖，波的周期T>0.6 s，則(t刻的波形圖，虛線為2.4 s A波的周期為 軸正方向運動t0.9 s時，P點沿yB在4 m 點經(jīng)過的路程為C經(jīng)過0.4 s，P 點到達波峰位置t0.5 s時，Q在Dx1.2 m，振幅為A.當坐標為

13、軸傳播，波長為6(2011·大綱全國·21)一列簡諧橫波沿x33A.處質(zhì)元的位移為x00.4 處質(zhì)元的位移為m軸負方向運動時，坐標為A且向y22處質(zhì)元的位移m軸正方向運動時，x0.4 y當坐標為x0.2 m處的質(zhì)元位于平衡位置且向) 和運動方向分別為( 11 軸負方向A、沿 yBAA、沿y軸正方向 2233A、沿yD 軸負方向 C軸正方向A、沿y 227(2009·全國·20)一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖如圖13甲所示，圖中P、Q兩質(zhì)點的橫坐標分別為x1.5 m和x4.5 mP點的振動圖象如圖乙所示 圖13 在下列四幅圖中，Q點的振動圖象可能是( )

14、題1 2 3 4 5 6 7 答案 14 如圖14)·廣東8.(2009· 圖14 為聲波干涉演示儀的原理圖兩個U形管A和B套在一起，A管兩側(cè)各有一小孔聲波從左側(cè)小孔傳入管內(nèi)，被分成兩列頻率_的波當聲波分別通過A、B傳播到右側(cè)小孔時，若兩列波傳播的路程相差半個波長，則此處聲波的振幅_；若傳播的路程相差一個波長，則此處聲波的振幅_ 【能力提升】 圖15 9(2010·山東理綜·37(1)漁船常利用超聲波來探測遠處魚群的方位，已知某超聲波的頻5 Hz，某時刻該超聲波在水中傳播的波動圖象如圖15×10所示 1.0率為3 m處質(zhì)點做簡諧運動的振動圖象(

15、7.5×10至少一個周(1)從該時刻開始計時，畫出x期) (2)現(xiàn)測得超聲波信從漁船到魚群往返一次所用的時間為4 s，求魚群與漁船間的距離(忽略船和魚群的運動) 10一列簡諧橫波沿直線傳播，在波的傳播方向上有P、Q兩個質(zhì)點，它們相距0.8 m當t0時，P、Q兩點的位移恰好是正最大值，且P、Q間只有一個波谷當t0.6 s時，P、Q兩點正好處于平衡位置，且P、Q兩點只有一個波峰和一個波谷，且波峰距Q點的距離第一次為0.2 m求： (1)波由P傳至Q，波的周期； (2)波由Q傳至P，波的速度； (3)波由Q傳至P，從t0時開始觀察，哪些時刻P、Q間(P、Q除外)只有一個質(zhì)點的位移大小等于振

16、幅 學案56 機械波 【課前雙基回扣】 1BC 2.AC 3.AB 4.ABD T5BD 若波向左傳播，P點此時向上運動，且經(jīng)t0.25 s，P第一次到波峰， 143可推知再經(jīng)t0.75 sT，P在平衡位置向上運動 243若波向右傳播，P點此時向下運動經(jīng)t0.25 sT.P第一次到波峰，可知再經(jīng)t 21430.75 s3×T，P在平衡位置向下運動由此可知選項B、D正確 46C 介質(zhì)、中波的振源相同，所以兩列波的頻率相同，ff，由圖象知2，2211又因為vf，所以v2v，選項C正確 21思維提升 1機械波產(chǎn)生的條件：振源和介質(zhì)，有波動一定有振動波的頻率決定于振源 2vf/T.波速決定于

17、介質(zhì)，波長由介質(zhì)和波源共同決定 3簡諧波圖象是正弦或余弦曲線，表示在波的傳播方向上，介質(zhì)中質(zhì)點在某一時刻相對各自平衡位置的位移 4波的干涉和衍射現(xiàn)象都是波特有的現(xiàn)象 5多普勒效應(yīng)：波源的頻率不變，只是觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率變大；如果二者相互遠離，觀察者接收到的頻率變小 【核心考點突破】 例1 D 機械波在傳播過程中，振動質(zhì)點并不隨波遷移，只是在各自的平衡位置附近做簡諧運動，選項A、C錯誤機械波可能是橫波，也可能是縱波，故振動質(zhì)點的振動方向不一定垂直于波的傳播方向，選項B錯誤振動質(zhì)點的振動是由波源的振動引起的，故質(zhì)點的振動頻率等于波源的振動頻率，選項D

18、正確 規(guī)范思維 掌握振動與波動的區(qū)別和聯(lián)系是正確解答本題的關(guān)鍵注意“一同三不同”，即振動的周期或頻率與波動的周期或頻率相同；振動的方向與波動的方向不同；振動的速度與波動的速度不同；振動的路程與波動路程不同 例2 C 由波動圖象可知t時刻x處質(zhì)點正向下振動，下一時刻質(zhì)點縱坐標將減小，00排除B、D選項x 正確C錯誤，選項A處質(zhì)點開始振動時的振動方向向下，故選項0規(guī)范思維 本題考查振動圖象與波動圖象的相互轉(zhuǎn)換問題，應(yīng)從波的圖象和題意中提煉出以下三點信息：波傳到x之前，x處的質(zhì)點不振動所有質(zhì)點的起振方向都向00下t時刻x處的質(zhì)點正向下振動 00例3 見解析 解析 (1)波的傳播方向有兩種可能：向左傳

19、播或向右傳播向左傳播時，傳播的距離為 xn3/4(4n3) m (n0,1,2，) 向右傳播時，傳播的距離為 xn/4(4n1) m (n0,1,2，) (2)向左傳播時，傳播的時間為tnT3T/4 得：T4t/(4n3)0.8/(4n3) (n0,1,2，) 向右傳播時，傳播的時間為tnTT/4 得：T4t/(4n1)0.8/(4n1)(n0,1,2，) (3)計算波速，有兩種方法：vx/t或v/T 向左傳播時，vx/t(4n3)/0.2(20n15) m/s.或v/T4(4n3)/0.8(20n15) m/s.(n0,1,2，) 向右傳播時，vx/t(4n1)/0.2(20n5) m/s.

20、 或v/T4(4n1)/0.8(20n5) m/s.(n0,1,2，) (4)若波速是35 m/s，則波在0.2 s內(nèi)傳播的距離為 3，所以波向左傳播 17 mxvt35×0.2 m 4(5)若0.2 s小于一個周期，說明波在0.2 s內(nèi)傳播的距離小于一個波長則：向左傳播時，傳播的距離x3/43 m；傳播的時間t3T/4得：周期T0.267 s；波速v15 m/s. 向右傳播時，傳播的距離為/41 m；傳播的時間tT/4得：周期T0.8 s；波速v5 m/s. 1規(guī)范思維 解答此類問題，首先要考慮波傳播的“雙向性”，例如：nTT時刻向 43右傳播的波形和nTT時刻向左傳播的波形相同其

21、次要考慮波傳播的“周期性”，時間、 4傳播距離都要寫成周期、波長的整數(shù)倍加“零頭”的形式 例4 見解析 解析 (1)設(shè)波長為，頻率為f，則vf，代入已知數(shù)據(jù)，得1 m. (2)以O(shè)為坐標原點，設(shè)P為OA間的任意一點，其坐標為x，則兩波源到P點的波程差為lx(2x)，0x2.其中x、l以m為單位 1合振動振幅最小的點的位置滿足l(k)，k為整數(shù) 2解得：x0.25 m，0.75 m，1.25 m，1.75 m. 思想方法總結(jié) 1(1)由波的圖象判斷該時刻某質(zhì)點的振動方向：波的圖象表示介質(zhì)中的“各個質(zhì)點”在“某一時刻”的位移沿簡諧橫波的傳播方向，將波分為上坡段和下坡段，則位于上坡段的質(zhì)點向下振，位于下坡段的質(zhì)點向上振，即“上坡下振”，“下坡上振” (2)波長、頻率和波速的關(guān)系：vf.另外，v/Tx/t. 對于已知波動圖象和波的傳播方向上某質(zhì)點的振動圖象的問題，往往是從波動圖象2上能讀出波長，從振動圖象上能讀出周期，從而可以計算出波的傳播速度；再根據(jù)某質(zhì)點的振動圖象上所描述的波動的圖象對應(yīng)的時刻的質(zhì)點的振動方向，就能確定該波的傳播方向 3解決波動圖象中的多解問題的一般思路： (1)分析出造成多解的原因 波動圖象的周期性，如由xnx，tnTt，求v出現(xiàn)多解 波傳播的雙向性 (2)由vT進行計算，若有限定條件，再進行討論