第2課時(shí)機(jī)械波

1、第2課時(shí)機(jī)械波導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.理解機(jī)械波的概念，會(huì)分析橫波的圖象.2.掌握波速、波長和頻率(周期)的關(guān)系.3.理解波的干涉和衍射現(xiàn)象，掌握產(chǎn)生干涉和衍射的條件理解多普勒效應(yīng)的概念一、機(jī)械波基礎(chǔ)導(dǎo)引圖1是某繩波形成過程的示意圖質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡諧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2,3,4，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng)，把振動(dòng)從繩的左端傳到右端已知t0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1開始向上運(yùn)動(dòng)；t時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1到達(dá)最上方，質(zhì)點(diǎn)5開始向上運(yùn)動(dòng)問：圖1(1)t時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、12、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(是否運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向)如何？(2)t時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、12、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？(3)tT時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8、12、16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？知識(shí)梳理1波的形成：機(jī)械振動(dòng)在介

2、質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波(1)產(chǎn)生條件：_；_.(2)特點(diǎn)機(jī)械波傳播的只是振動(dòng)的_和_，質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做簡諧運(yùn)動(dòng)，并不隨波_介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同，振動(dòng)周期和頻率都與_振動(dòng)周期和頻率相同各質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)(即起振)的方向均_一個(gè)周期內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)，通過的路程為_，位移為_2機(jī)械波的分類(1)橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互_的波，有_(凸部)和_(凹部)(2)縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在_上的波，有_和_3波長、波速、頻率及其關(guān)系(1)波長在波動(dòng)中，振動(dòng)相位總是_的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離，用表示(2)波速波在介質(zhì)中的傳播速度由_本身的性質(zhì)決定(3)頻率由_決定，等于_的

3、振動(dòng)頻率(4)波長、波速和頻率的關(guān)系：vf.特別提醒(1)機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，頻率不變，波速、波長都改變(2)機(jī)械波的波速僅由介質(zhì)來決定，在固體、液體中波速比在空氣中大波速的計(jì)算方法：v或v.二、波的圖象基礎(chǔ)導(dǎo)引一列橫波某時(shí)刻的波形如圖2甲所示，圖乙表示介質(zhì)中某質(zhì)點(diǎn)此后一段時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)圖象圖2(1)若波沿x軸的正方向傳播，圖乙為K、L、M、N四點(diǎn)中哪點(diǎn)的振動(dòng)圖象？(2)若波沿x軸的負(fù)方向傳播，圖乙為K、L、M、N四點(diǎn)中哪點(diǎn)的振動(dòng)圖象？知識(shí)梳理1圖象在平面直角坐標(biāo)系中，用橫坐標(biāo)表示介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的_；用縱坐標(biāo)表示某一時(shí)刻，各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的_，簡諧波的圖象是_(或余弦)曲線2物理意義

4、：某一時(shí)刻介質(zhì)中_相對(duì)平衡位置的位移三、波特有的現(xiàn)象基礎(chǔ)導(dǎo)引1在圖3所描述的時(shí)刻，M是波峰與波峰相遇的點(diǎn)，是凸起最高的位置之一圖3(1)隨著時(shí)間的推移，這個(gè)凸起最高的位置在向哪個(gè)方向移動(dòng)？ 是不是M質(zhì)點(diǎn)在向那個(gè)方向遷移？M質(zhì)點(diǎn)在哪個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)？(2)指出圖中哪個(gè)位置是凹下最低的位置(只需指出一個(gè))隨著時(shí)間的推移，這個(gè)凹下最低的位置在向哪個(gè)方向移動(dòng)？(3)由圖中時(shí)刻經(jīng)過時(shí)，M質(zhì)點(diǎn)的位移為多少？2火車上有一個(gè)聲源發(fā)出頻率一定的樂音當(dāng)火車靜止、觀察者也靜止時(shí)，觀察者聽到并記住了這個(gè)樂音的音調(diào)以下情況中，觀察者聽到這個(gè)樂音的音調(diào)比原來降低的是()A觀察者靜止，火車向他駛來B觀察者靜止，火車遠(yuǎn)離他駛?cè)

5、火車靜止，觀察者乘汽車向著火車運(yùn)動(dòng)D火車靜止，觀察者乘汽車遠(yuǎn)離火車運(yùn)動(dòng)知識(shí)梳理1波的干涉(1)產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：頻率相同的兩列同性質(zhì)的波相遇(2)現(xiàn)象：兩列波相遇時(shí)，某些區(qū)域的振動(dòng)總是_，某些區(qū)域的振動(dòng)總是_，且加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)互相間隔(3)對(duì)兩個(gè)完全相同的波源產(chǎn)生的干涉來說，凡到兩波源的路程差為一個(gè)波長的_時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)；凡到兩波源的路程差為半個(gè)波長的_時(shí)，振動(dòng)減弱2波的衍射(1)產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物的尺寸或孔(縫)的寬度跟波長_，或者比波長_(2)現(xiàn)象：波繞過障礙物繼續(xù)傳播3多普勒效應(yīng)(1)由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象叫多普勒效應(yīng)(2)波源

6、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，觀察者接收到的波的頻率變大；如果二者相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到的波的頻率變小考點(diǎn)一對(duì)波動(dòng)圖象的理解考點(diǎn)解讀1振動(dòng)圖象與波動(dòng)圖象的比較振動(dòng)圖象波動(dòng)圖象研究對(duì)象一振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)沿波傳播方向的所有質(zhì)點(diǎn)研究內(nèi)容一質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律圖象物理意義表示同一質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移圖象信息(1)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期(2)質(zhì)點(diǎn)振幅(3)各時(shí)刻某一質(zhì)點(diǎn)的位移(4)各時(shí)刻速度、加速度的方向(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移(3)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的加速度方向(4)傳播方向、振動(dòng)方向的互判形象比喻記錄著一個(gè)人

7、一段時(shí)間內(nèi)活動(dòng)的錄像帶記錄著許多人某時(shí)刻動(dòng)作表情的集體照片圖象變化隨時(shí)間推移，圖象延續(xù)，但已有形狀不變隨時(shí)間推移，波形沿傳播方向平移一完整曲線占橫坐標(biāo)的距離表示一個(gè)周期表示一個(gè)波長2質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的互判圖象方法(1)微平移法：沿波的傳播方向?qū)⒉ǖ膱D象進(jìn)行一微小平移，然后由兩條波形曲線來判斷例如：波沿x軸正向傳播，t時(shí)刻波形曲線如圖中實(shí)線所示將其沿v的方向移動(dòng)一微小距離x，獲得如圖中虛線所示的圖線可以判定：t時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)A振動(dòng)方向向下，質(zhì)點(diǎn)B振動(dòng)方向向上，質(zhì)點(diǎn)C振動(dòng)方向向下.(2)“上、下坡”法：沿著波的傳播方向看，上坡的點(diǎn)向下振動(dòng)，下坡的點(diǎn)向上振動(dòng)即“上坡下、下坡上”例如：圖中A點(diǎn)向

8、上振動(dòng)，B點(diǎn)向下振動(dòng)，C點(diǎn)向上振動(dòng)(3)同側(cè)法質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在波的圖象的同一側(cè)如圖所示.典例剖析例1(2010·天津理綜·4)一列簡諧橫波沿x軸正向傳播，傳到M點(diǎn)時(shí)波形如圖4所示，再經(jīng)0.6 s，N點(diǎn)開始振動(dòng)，則該波的振幅A和頻率f為 ()圖4AA1 mf5 Hz BA0.5 mf5 HzCA1 mf2.5 Hz DA0.5 mf2.5 Hz跟蹤訓(xùn)練1在O點(diǎn)有一波源，t0時(shí)刻開始向y方向振動(dòng)，形成沿x軸正方向傳播的一列簡諧橫波距離O點(diǎn)為x13 m的質(zhì)點(diǎn)A的振動(dòng)圖象如圖5甲所示；距離O點(diǎn)為x24 m的質(zhì)點(diǎn)B的振動(dòng)圖象如圖乙所示；距離O點(diǎn)為x35 m的質(zhì)點(diǎn)C的振動(dòng)

9、圖象如圖丙所示由此可知 ()圖5A該波的波長為6 mB該波的周期為12 sC該波的波速為1 m/sD10 s末A點(diǎn)的振動(dòng)速度大于B點(diǎn)的振動(dòng)速度例2有一列向右傳播的簡諧橫波，某時(shí)刻的波形如圖6所示，波速為0.6 m/s，P點(diǎn)的橫坐標(biāo)x0.96 m，從圖示時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，圖6此時(shí)波剛好傳到C點(diǎn)(1)此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)A的運(yùn)動(dòng)方向和質(zhì)點(diǎn)B的加速度方向是怎樣的？(2)經(jīng)過多少時(shí)間P點(diǎn)第二次到達(dá)波峰？(3)畫出P質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)后的振動(dòng)圖象探究所得1.根據(jù)振動(dòng)圖象可以確定某一質(zhì)點(diǎn)的初始位置和振動(dòng)方向.2.根據(jù)波動(dòng)圖象和波的傳播方向可確定出介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的位置和振動(dòng)方向跟蹤訓(xùn)練2在均勻介質(zhì)中選取平衡位置在同一直線

10、上的9個(gè)質(zhì)點(diǎn)，相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離均為0.1 m，如圖7(a)所示一列橫波沿該直線向右傳播，t0時(shí)刻到達(dá)質(zhì)點(diǎn)1，質(zhì)點(diǎn)1開始向下運(yùn)動(dòng)，振幅為0.2 m，經(jīng)過時(shí)間0.3 s第一次出現(xiàn)如圖(b)所示的波形(a)(b)圖7(1)求該列橫波傳播的速度；(2)在圖8中畫出質(zhì)點(diǎn)5從t0到t0.3 s的振動(dòng)圖象圖8考點(diǎn)二波的干涉與波的衍射的比較考點(diǎn)解讀 內(nèi)容衍射和干涉定義現(xiàn)象可觀察到明顯現(xiàn)象的條件相同點(diǎn)波的衍射波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象波能偏離直線而傳到直線傳播以外的空間縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不大或者小于波長干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象波的干涉頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)、某些區(qū)域的

11、振動(dòng)減弱，而且加強(qiáng)和減弱的區(qū)域相間分布的現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)強(qiáng)弱相間的區(qū)域某些區(qū)域總是加強(qiáng)，某些區(qū)域總是減弱兩列波的頻率相同典例剖析例3如圖9表示兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇圖中實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，c和f分別為ae和bd的中點(diǎn)，則：圖9(1)在a、b、c、d、e、f六點(diǎn)中，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是_振動(dòng)減弱的點(diǎn)是_(2)若兩振源S1和S2振幅相同，此時(shí)刻位移為零的點(diǎn)是_(3)畫出此時(shí)刻ace連線上，以a為起點(diǎn)的一列完整波形，標(biāo)出e點(diǎn)方法歸納1在穩(wěn)定的干涉圖樣中，加強(qiáng)區(qū)的點(diǎn)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)的點(diǎn)始終減弱，但加強(qiáng)點(diǎn)的位移時(shí)刻在改變，某時(shí)刻可能為零，相同的兩列波的干涉，減弱區(qū)域的點(diǎn)一直

12、靜止不動(dòng)從干涉圖樣中區(qū)分波峰和波谷，畫圖象2波的特有現(xiàn)象指的是波的干涉、衍射、多普勒效應(yīng)，掌握好它們發(fā)生的條件及特性是關(guān)鍵跟蹤訓(xùn)練3(1)如圖10所示，向左勻速運(yùn)動(dòng)的小車發(fā)出頻率為f的聲波，車左側(cè)A處的人感受到的聲波的頻率為f1，車右側(cè)B處的人感受到的聲波的頻率為f2，則f1、f2與f的關(guān)系為_圖10(2)圖11如圖11所示，橫波1沿BP方向傳播，B點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖12甲所示；橫波2沿CP方向傳播，C點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖乙所示P與B相距40 cm，P與C相距50 cm，波速都為20 cm/s.兩橫波在P處相遇，兩橫波振動(dòng)方向相同，P點(diǎn)振幅為_ cm.圖1217.忽視波的周期性和雙向性造成漏解例4一

13、列簡諧橫波沿直線傳播，已知介質(zhì)中a、b兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為2 m，a、b兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況如圖13所示，則下列說法中錯(cuò)誤的是 ()圖13A波長可能為 mB波長一定小于 mC波速可能為 m/sD波速可能大于 m/s誤區(qū)警示錯(cuò)解1：由題圖可知，質(zhì)點(diǎn)b比a落后T，因此波長滿足2(n)，即 m(n0,1,2)，A、B錯(cuò)；波速v m/s(n0,1,2，)，C對(duì)，D錯(cuò)故選A、B、D三項(xiàng)錯(cuò)誤的原因是誤認(rèn)為波一定是從a向b傳播，忽視了波的傳播的雙向性錯(cuò)解2：誤認(rèn)為圖象中實(shí)線為先，虛線為后，因此認(rèn)為波由b向a傳播，同理解得A、D 正確，選B、C兩項(xiàng)正確解析波的傳播具有雙向性，若波從a向b傳播，由題圖可知，質(zhì)點(diǎn)

14、b比a落后T，因此波長滿足2(n)，即 m(n0,1,2，)；波速v m/s(n0,1,2，)若波由b向a傳播，則波長滿足2(n)，即 m(n0,1,2，)；波速v m/s(n0,1,2，)；綜上所述可知錯(cuò)誤的只有B.答案B正本清源1.造成波動(dòng)問題多解的主要因素有：,(1)周期性,時(shí)間周期性：時(shí)間間隔t與周期T的關(guān)系不明確.,空間周期性：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(dòng)方向雙向性：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定.,2.解答此類問題，首先要考慮波傳播的“雙向性”，例如，nTf(1,4)T時(shí)刻向右傳播的波形和nTf(3,4)T時(shí)刻向左傳播的波形相同.其

15、次要考慮波傳播的“周期性”，時(shí)間、傳播距離都要寫成周期、波長的整數(shù)倍加“零頭”的形式.跟蹤訓(xùn)練4如圖14實(shí)線是某時(shí)刻的波形圖象，虛線是經(jīng)過0.2 s時(shí)的波形圖象求：(1)波傳播的可能距離；圖14(2)可能的周期；(3)可能的波速；(4)若波速是35 m/s，求波的傳播方向；(5)當(dāng)0.2 s小于一個(gè)周期時(shí)，傳播的距離、周期、波速A組波的圖象的理解及應(yīng)用圖151. 在同一地點(diǎn)有兩個(gè)靜止的聲源，發(fā)出聲波1和2在同一空間的空氣中沿同一方向傳播，圖15為某時(shí)刻這兩列波的圖象，則下列說法中正確的是 ()A波1速度比波2速度大B相對(duì)于同一障礙物，波1比波2更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象C這兩列波傳播的方向上，不會(huì)產(chǎn)生

16、穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象D這兩列波傳播的方向上，運(yùn)動(dòng)的觀察者聽到的這兩列波的頻率可以相同圖162如圖16所示是一列簡諧波在t0時(shí)的波形圖，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)P沿y軸方向做簡諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y10sin 5t cm.關(guān)于這列簡諧波，下列說法中正確的是 ()A這列簡諧波的振幅為20 cmB這列簡諧波的周期為5.0 sC這列簡諧波在該介質(zhì)中的傳播速度為25 cm/sD這列簡諧波沿x軸正向傳播B組波的圖象與振動(dòng)圖象的綜合應(yīng)用3一列簡諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖如圖17甲所示，圖中P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別為x11.5 m和x24.5 mP點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖乙所示圖17在下列四幅圖中，Q點(diǎn)的振動(dòng)圖象可能是 ()4(2010&#

17、183;北京理綜·17)一列橫波沿x軸正向傳播，a、b、c、d為介質(zhì)中沿波傳播方向上四個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置某時(shí)刻的波形如圖18甲所示，此后，若經(jīng)過周期開始計(jì)時(shí)，則圖乙描述的是 ()甲乙圖18Aa處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象 Bb處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象Cc處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象 Dd處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象C組波特有現(xiàn)象的應(yīng)用5一條彈性繩子呈水平狀態(tài)，M為繩子中點(diǎn)，兩端P、Q同時(shí)開始上下振動(dòng)，一小段時(shí)間后產(chǎn)生的波形如圖19所示，機(jī)械波的傳播速度由介質(zhì)決定，對(duì)于繩上各點(diǎn)的振動(dòng)情況，以下判斷正確的是 ()圖19A波源P的起振方向是向上的B波源Q產(chǎn)生的波將先到達(dá)中點(diǎn)MC中點(diǎn)M的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的DM點(diǎn)的位移大小在某時(shí)刻可能為零圖

18、206如圖20所示，一小型漁港的防波堤兩端MN相距約60 m，在防波堤后A、B兩處有兩個(gè)小船進(jìn)港躲避風(fēng)浪某次海嘯引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤傳播，下列說法中正確的有 ()A假設(shè)波浪的波長約為10 m，則A、B兩處小船基本上不受波浪影響B(tài)假設(shè)波浪的波長約為10 m，則A、B兩處小船明顯受到波浪影響C假設(shè)波浪的波長約為50 m，則A、B兩處小船基本上不受波浪影響D假設(shè)波浪的波長約為50 m，則A、B兩處小船明顯受到波浪影響課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練(限時(shí)：30分鐘)一、選擇題1醫(yī)院通過彩超對(duì)人體進(jìn)行體檢時(shí)，彩超機(jī)向人體內(nèi)發(fā)射頻率已精確掌握的超聲波，超聲波經(jīng)血液反射后被專用儀器接收，然后通過反射波頻率變

19、化就可知血液的流速，這一技術(shù)主要體現(xiàn)了哪一種物理現(xiàn)象 ()A共振 B波的衍射C多普勒效應(yīng) D波的干涉2關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系，下列說法中正確的是 ()A振動(dòng)是波的成因，波是振動(dòng)的傳播B振動(dòng)是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，波是許多質(zhì)點(diǎn)聯(lián)系起來呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象C波的傳播速度就是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度D波源停止振動(dòng)時(shí)，波立即停止傳播3關(guān)于波的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是 ()A當(dāng)孔的尺寸比波長大時(shí)，一定不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象B只有孔的尺寸與波長相差不多時(shí)，或者比波長還小時(shí)才會(huì)觀察到明顯的衍射現(xiàn)象C只有波才有衍射現(xiàn)象D以上說法均不正確4. 有一列簡諧橫波在彈性介質(zhì)中沿x軸正方向以速率v5.0 m/s傳播，t0時(shí)刻的波形如圖1所示，下列說法中正確的是 ()圖1A該列波的波長為0.5 m，頻率為5 HzBt0.1 s時(shí)，波形沿x軸正方向移動(dòng)0.5 mCt0.1 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)A的位置坐標(biāo)為(1.25 m,0)Dt0.1 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)A的速度為零圖25如圖2所示，S1、S2為兩個(gè)振動(dòng)情況完全一樣的波