【三維設(shè)計】2014屆高三物理一輪 （14年預(yù)測 目標(biāo)定位 規(guī)律總結(jié)） 12.2機械波教學(xué)案 新人教版

1、三維設(shè)計2014屆高三物理一輪教學(xué)案（14年預(yù)測+目標(biāo)定位+規(guī)律總結(jié)）：12.2機械波機械波的形成和傳播特點記一記1機械波的產(chǎn)生條件(1)振源；(2)介質(zhì)。2機械波的分類機械波可分為橫波和縱波兩種。前者質(zhì)點振動方向和波的傳播方向垂直，后者質(zhì)點振動方向和波的傳播方向在同一直線上。3機械波的傳播(1)在同一種均勻介質(zhì)中機械波的傳播是勻速的。波速、波長和頻率(周期)之間滿足公式：vf。(2)介質(zhì)質(zhì)點的運動是在各自的平衡位置附近振動，是變加速運動，介質(zhì)質(zhì)點并不隨波遷移。(3)機械波傳播的是振動形式、能量和信息。(4)機械波的頻率由波源決定，而傳播速度由介質(zhì)決定。試一試1關(guān)于振動和波的關(guān)系，下列說法中正

2、確的是()A振動是波的成因，波是振動的傳播B振動是單個質(zhì)點呈現(xiàn)的運動現(xiàn)象，波是許多質(zhì)點聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運動現(xiàn)象C波的傳播速度就是質(zhì)點振動的速度D波源停止振動時，波立即停止傳播解析：選AB機械波的產(chǎn)生條件是有波源和介質(zhì)。由于介質(zhì)中的質(zhì)點依次帶動由近及遠(yuǎn)傳播而形成波，所以選項A和B正確。波的傳播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均勻介質(zhì)中其速度大小不變；而質(zhì)點振動的速度和方向都隨時間周期性地發(fā)生變化。選項C錯誤。波源一旦將振動傳給了介質(zhì)，振動就會在介質(zhì)中向遠(yuǎn)處傳播；當(dāng)波源停止振動時，介質(zhì)仍然繼續(xù)傳播波源振動的運動形式，不會隨波源停止振動而停止傳播，即波不會停止傳播。選項D錯誤。波的圖象記一記1坐標(biāo)軸

3、x軸：各質(zhì)點平衡位置的連線。y軸：沿質(zhì)點振動方向，表示質(zhì)點的位移。2波的圖象的物理意義表示介質(zhì)中各質(zhì)點在某一時刻相對各自平衡位置的位移。3波的圖象的形狀簡諧波的圖象是正弦(或余弦)曲線，如圖1221所示。圖1221試一試2.如圖1222是一列簡諧波的圖象，那么這列波的波長為_，各質(zhì)點的振幅為_，x1.0 m處的質(zhì)點此時刻的位移是_。圖1222解析：由圖中可直接讀出其波長為6.0 m，各質(zhì)點的振幅都一樣，均為10.0 cm。根據(jù)圖象的幾何特征，可寫出它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為y10sin，當(dāng)x1.0 m時，y10sin10×5 cm。答案：6.0 m10.0 cm5 cm波的特有現(xiàn)象想一想如圖1

4、223所示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)，被分成兩列波。當(dāng)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，則此處聲波的振幅如何變化？若傳播的路程相差一個波長，則此處聲波的振幅如何變化？圖1223提示由同一波源分成的兩列波頻率相同，符合兩列機械波干涉的條件。當(dāng)兩列波的路程差等于半波長的奇數(shù)倍時，振動減弱；當(dāng)路程差等于波長的整數(shù)倍時，振動加強。記一記(1)一切波都能發(fā)生反射、折射、衍射、干涉。其中衍射、干涉是波特有的性質(zhì)。衍射：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物(或小孔)的尺寸比波長

5、小或相差不多。干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強某些區(qū)域的振動減弱，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。產(chǎn)生干涉的必要條件是：兩列波的頻率相同。在穩(wěn)定的干涉區(qū)域內(nèi)，振動加強點始終加強，振動減弱點始終減弱。波峰和波峰疊加得到振動加強點，波谷和波谷疊加也得到振動加強點，波峰和波谷疊加得到振動減弱點。(2)多普勒效應(yīng)：波源相對觀察者運動時，觀察者觀察到的頻率高于或低于波的實際頻率的現(xiàn)象。試一試3關(guān)于兩列波的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象，下列說法正確的是()A任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象B發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波，它們的頻率一定相同C在振動減弱的區(qū)域，各質(zhì)點都處于波谷D在振動加強的區(qū)域，質(zhì)點的位移總是很大解析：選B

6、兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的一個必要條件是兩列波的頻率相同，故A錯，B正確；在振動減弱的區(qū)域里，只是兩列波引起質(zhì)點振動始終是減弱的，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差。如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點振動的振幅就為零，所以選項C是錯誤的；在振動加強的區(qū)域里，兩列波引起質(zhì)點振動始終是加強的，質(zhì)點振動得最劇烈，振動的振幅等于兩列波的振幅之和。但這些點始終是振動著的，因而有時質(zhì)點的位移等于零，所以選項D是錯誤的。機械波的形成與傳播(1)在振動中，振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離叫波長。(2)波傳到任意一點，該點的起振方向都和波源的起振方向相同。(3)介質(zhì)中每個質(zhì)點做的都是受迫振動，所以任一質(zhì)點的振動

7、頻率和周期都和波源相同。因此可以斷定：波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，由于介質(zhì)的情況不同，它的波長和波速可以改變，但頻率和周期都不會改變。(4)振源經(jīng)過一個周期T完成一次全振動，波恰好向前傳播一個波長的距離，所以有vf。(5)質(zhì)點振動nT(波傳播n)時，波形不變。(6)相隔波長整數(shù)倍的兩質(zhì)點，振動狀態(tài)總相同，相隔半波長奇數(shù)倍的兩質(zhì)點，振動狀態(tài)總相反。例1(2012·浙江高考)用手握住較長軟繩的一端連續(xù)上下抖動，形成一列簡諧橫波。某一時刻的波形如圖1224所示。繩上a、b兩質(zhì)點均處于波峰位置。下列說法正確的是()圖1224Aa、b兩點之間的距離為半個波長Ba、b兩點振動開始時刻相差半個周期

8、Cb點完成全振動次數(shù)比a點多一次Db點完成全振動次數(shù)比a點少一次嘗試解題a、b兩點之間的距離為一個波長，選項A錯誤；a、b兩點振動開始時刻相差一個周期，選項B錯誤；波動先傳播到a點，b點完成全振動次數(shù)比a點少一次，選項C錯誤D正確。答案D波的多解性問題造成波動問題多解的主要因素(1)周期性：時間周期性：時間間隔t與周期T的關(guān)系不明確?？臻g周期性：波傳播距離x與波長的關(guān)系不明確。(2)雙向性：傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。振動方向雙向性：質(zhì)點振動方向不確定。如：a.質(zhì)點達(dá)到最大位移處，則有正向和負(fù)向最大位移兩種可能。b質(zhì)點由平衡位置開始振動，則起振方向有向上、向下(或向左、向右)兩種可能。

9、c只告訴波速不指明波的傳播方向，應(yīng)考慮沿兩個方向傳播的可能，即沿x軸正方向或沿x軸負(fù)方向傳播。d只給出兩時刻的波形，則有多次重復(fù)出現(xiàn)的可能。解決此類問題時，往往采用從特殊到一般的思維方法，即找到一個周期內(nèi)滿足條件的特例，在此基礎(chǔ)上，如知時間關(guān)系，則加nT；如知空間關(guān)系，則加n。(3)波形的隱含性形成多解：在波動問題中，往往只給出完整波形的一部分，或給出幾個特殊點，而其余信息均處于隱含狀態(tài)。這樣，波形就有多種情況，形成波動問題的多解性。例2(2013·南昌模擬)如圖1225所示實線是一列簡諧橫波在t10時刻的波形，虛線是這列波在t20.5 s時刻的波形，這列波的周期T符合：3Tt2t1

10、4T，問：圖1225(1)若波速向右，波速多大？(2)若波速向左，波速多大？(3)若波速大小為74 m/s，波速方向如何？嘗試解題(1)波向右傳播時，傳播距離x滿足xk(k0,1,2,3)由t知傳播時間滿足tkTT(k0,1,2,3)由于3Tt2t14T因此k取3故t3TT由波形圖知8 m波速v解得v54 m/s(2)波向左傳播時，傳播距離x滿足xk(k0,1,2,3，)傳播時間滿足tkTT(k0,1,2,3)由3Tt2t14T可知k取3故t3TT波速v解得v58 m/s(3)波速大小為74 m/s時，波在t時間內(nèi)傳播的距離為xvt74×0.5 m37 m(45) m所以波向左傳播答

11、案(1)54 m/s(2)58 m/s(3)波向左傳播求解波的多解問題的一般解題步驟(1)根據(jù)初末兩時刻的波形圖確定傳播距離與波長的關(guān)系通式。(2)根據(jù)題設(shè)條件判斷是唯一解還是多解。(3)根據(jù)波速公式v或vf求波速。振動圖象和波動圖象的綜合應(yīng)用1.兩種圖象的比較圖象類型振動圖象波的圖象研究對象一振動質(zhì)點沿波傳播方向上所有質(zhì)點研究內(nèi)容一質(zhì)點的位移隨時間變化規(guī)律某時刻所有質(zhì)點的空間分布規(guī)律圖象物理意義表示某質(zhì)點各個時刻的位移表示某時刻各質(zhì)點的位移圖象信息(1)質(zhì)點振動周期(2)質(zhì)點振幅(3)各時刻質(zhì)點位移(4)各時刻速度、加速度方向(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點在該時刻的位移(3)任意一質(zhì)點在該

12、時刻加速度方向(4)傳播方向、振動方向的互判形象比喻記錄著一個人一段時間內(nèi)活動的錄像帶記錄著許多人某時刻動作、表情的集體照片圖象變化隨時間推移，圖象延續(xù)，但已有形狀不變隨時間推移，圖象沿傳播方向平移一完整曲線占橫坐標(biāo)距離表示一個周期表示一個波長2波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法已知質(zhì)點振動方向可判斷波的傳播方向，或已知波的傳播方向和某時刻的圖象可判斷介質(zhì)質(zhì)點的振動方向，常用的方法如下：圖象方法(1)微平移法：沿波的傳播方向?qū)⒉ǖ膱D象進行一微小平移，然后由兩條波形曲線來判斷例如：波沿x軸正方向傳播，t時刻波形曲線如圖中實線所示。將其沿v的方向移動一微小距離x，獲得如圖中虛線所示的圖線可以判定

13、：t時刻質(zhì)點A振動方向向下，質(zhì)點B振動方向向上，質(zhì)點C振動方向向下(2)“上、下坡”法：沿著波的傳播方向看，上坡的點向下振動，下坡的點向上振動。即“上坡下、下坡上”例如：圖中A點向上振動，B點向下振動，C點向上振動(3)逆向描跡法：逆著波的傳播方向用鉛筆描波形曲線，筆頭向上動，質(zhì)點的振動方向向上，筆頭向下動，質(zhì)點的振動方向就向下(4)同側(cè)法：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在波的圖象的同一側(cè)。如圖所示當(dāng)已知質(zhì)點振動方向判斷波的傳播方向時，仍應(yīng)用上述方法，只不過是上述方向的逆向思維。例3(2012·福建高考)一列簡諧橫波沿x軸傳播，t0時刻的波形如圖1226甲所示，此時質(zhì)點P正沿y軸負(fù)方向運動，其振動圖象如圖乙所示，則該波的傳播方向和波速分別是()圖12