中學(xué)物理 機械波

第2節(jié)機械波-2-一、機械波及分類1.機械波的形成和傳播(1)產(chǎn)生條件①有波源

。

②有介質(zhì)

,如空氣、水、繩子等。

(2)傳播特點①傳播振動形式、能量

和信息。

②質(zhì)點不隨波遷移

。

③介質(zhì)中各質(zhì)點振動頻率、振幅、起振方向等都與波源相同。-3-2.機械波的分類

-4-二、描述機械波的物理量1.波長λ:在波動中振動相位總是相同

的兩個相鄰質(zhì)點間的距離。用“λ”表示。

2.頻率f:在波動中,介質(zhì)中各質(zhì)點的振動頻率都是相同的,都等于波源

的振動頻率。

3.波速v、波長λ和頻率f、周期T的關(guān)系:機械波的速度大小由介質(zhì)

決定,與機械波的頻率無關(guān)。

-5-三、機械波的圖象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)點的平衡位置

,用縱坐標(biāo)表示某一時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移

,連接各位移矢量的末端,得出的曲線即為波的圖象,簡諧波的圖象是正弦(或余弦)曲線。

2.物理意義:為某一時刻介質(zhì)中各質(zhì)點相對平衡位置

的位移。

-6-四、波的衍射和干涉

多普勒效應(yīng)1.波的干涉和衍射2.多普勒效應(yīng)(1)條件:聲源和觀察者之間有相對運動

。

(2)現(xiàn)象:觀察者感到頻率

發(fā)生變化。

(3)實質(zhì):聲源頻率不變

,觀察者接收到的頻率變化

。

-7-命題點一命題點二命題點三命題點四波的傳播與圖象1.波動圖象的信息(如圖所示)(1)直接讀取振幅A和波長λ,以及該時刻各質(zhì)點的位移。(2)確定某時刻各質(zhì)點加速度的方向,并能比較其大小。(3)結(jié)合波的傳播方向可確定各質(zhì)點的振動方向或由各質(zhì)點的振動方向確定波的傳播方向。-8-命題點一命題點二命題點三命題點四3.波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向的判斷方法

-9-命題點一命題點二命題點三命題點四例1(多選)(2017·全國卷Ⅲ)如圖,一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,實線為t=0時的波形圖,虛線為t=0.5s時的波形圖。已知該簡諧波的周期大于0.5s。關(guān)于該簡諧波,下列說法正確的是(

)A.波長為2mB.波速為6m/sC.頻率為1.5HzD.t=1s時,x=1m處的質(zhì)點處于波峰E.t=2s時,x=2m處的質(zhì)點經(jīng)過平衡位置答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-10-命題點一命題點二命題點三命題點四思維點撥本題知道兩個時刻的波形,可以運用波形的平移法分析波傳播的最短距離,要理解“該簡諧波的周期大于0.5

s”表達的意義。-11-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練1.(2017·天津卷)手持較長軟繩端點O以周期T在豎直方向上做簡諧運動,帶動繩上的其他質(zhì)點振動形成簡諧波沿繩水平傳播,示意如圖。繩上有另一質(zhì)點P,且O、P的平衡位置間距為l。t=0時,O位于最高點,P的位移恰好為零,速度方向豎直向上,下列判斷正確的是(

)A.該簡諧波是縱波B.該簡諧波的最大波長為2l答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-12-命題點一命題點二命題點三命題點四2.(多選)(2016·天津卷)在均勻介質(zhì)中坐標(biāo)原點O處有一波源做簡諧運動,其表達式為y=5sin,它在介質(zhì)中形成的簡諧橫波沿x軸正方向傳播。某時刻波剛好傳播到x=12m處,波形圖象如圖所示,則(

)A.此后再經(jīng)6s該波傳播到x=24m處B.M點在此后第3s末的振動方向沿y軸正方向C.波源開始振動時的運動方向沿y軸負方向D.此后M點第一次到達y=-3m處所需時間是2s答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-13-命題點一命題點二命題點三命題點四3.(多選)(2016·全國卷Ⅲ)由波源S形成的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中向左、右傳播。波源振動的頻率為20Hz,波速為16m/s。已知介質(zhì)中P、Q兩質(zhì)點位于波源S的兩側(cè),且P、Q和S的平衡位置在一條直線上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8m、14.6m。P、Q開始振動后,下列判斷正確的是(

)A.P、Q兩質(zhì)點運動的方向始終相同B.P、Q兩質(zhì)點運動的方向始終相反C.當(dāng)S恰好通過平衡位置時,P、Q兩點也正好通過平衡位置D.當(dāng)S恰好通過平衡位置向上運動時,P在波峰E.當(dāng)S恰好通過平衡位置向下運動時,Q在波峰答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-14-命題點一命題點二命題點三命題點四波的圖象與振動圖象的關(guān)聯(lián)應(yīng)用振動圖象與波的圖象的比較-15-命題點一命題點二命題點三命題點四-16-命題點一命題點二命題點三命題點四例2(2017·湖北武漢期中)圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖,a、b兩質(zhì)點的橫坐標(biāo)分別為xa=2m和xb=6m,圖乙為質(zhì)點b從該時刻開始計時的振動圖象。下列說法正確的是(

)A.該波沿+x方向傳播,波速為1m/sB.質(zhì)點a經(jīng)4s振動的路程為4mC.此時刻質(zhì)點a的速度沿+y方向D.質(zhì)點a在t=2s時速度為零答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-17-命題點一命題點二命題點三命題點四思維點撥(1)如何分析波的傳播速度、質(zhì)點的振動路程?(2)如何確定波的圖象上各質(zhì)點的振動方向?提示:由波的圖象讀出波長λ,由振動圖象讀出周期T,再由v=計算出波速。質(zhì)點的振動路程由振幅和振動時間來決定。提示:可用帶動法、同側(cè)法、微平移法等判斷。

-18-命題點一命題點二命題點三命題點四“一分、一看、二找”巧解波的圖象與振動圖象綜合類問題-19-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練4.(多選)(2017·河南平頂山模擬)圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形,圖乙為介質(zhì)中x=2m處的質(zhì)點P以此時刻為計時起點的振動圖象。下列說法正確的是(

)A.這列波的傳播方向是沿x軸正方向B.這列波的傳播速度是20m/sC.經(jīng)過0.15s,質(zhì)點P沿x軸的正方向傳播了3mD.經(jīng)過0.1s,質(zhì)點Q的運動方向沿y軸正方向E.經(jīng)過0.35s,質(zhì)點Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點P距平衡位置的距離答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-20-命題點一命題點二命題點三命題點四5.圖甲為t=1s時某橫波的波形,圖乙為該波傳播方向上某一質(zhì)點的振動圖象,距該質(zhì)點Δx=0.5m處質(zhì)點的振動圖象可能是(

)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-21-命題點一命題點二命題點三命題點四波的多解問題-22-命題點一命題點二命題點三命題點四例3(2017·黑龍江牡丹江期中)如圖實線是某時刻的波形,虛線是經(jīng)過0.2s時的波形。求:(1)波傳播的可能距離;(2)可能的周期;(3)若波速是35m/s,波的傳播方向;(4)若0.2s小于一個周期時,傳播的距離、周期、波速。-23-命題點一命題點二命題點三命題點四答案:見解析解析:(1)由題圖知,波長λ=4

m,當(dāng)波沿x軸向左傳播時,傳播的距離為-24-命題點一命題點二命題點三命題點四(3)若波速是35

m/s,則波在0.2

s內(nèi)傳播的距離為

-25-命題點一命題點二命題點三命題點四波的多解問題的一般思路(1)根據(jù)初、末兩時刻的波形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。(4)一般采用從特殊到一般的思維方法,即找出一個周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系Δt或Δx,若此關(guān)系為時間t=nT+Δt(n=0,1,2,3,…)或此關(guān)系為距離x=nλ+Δx(n=0,1,2,3,…),可找到周期或波長的表達式。-26-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練6.(多選)(2016·四川卷)簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播,P、Q是傳播方向上相距10m的兩質(zhì)點,波先傳到P,當(dāng)波傳到Q開始計時,P、Q兩質(zhì)點的振動圖象如圖所示。則(

)A.質(zhì)點Q開始振動的方向沿y軸正方向B.該波從P傳到Q的時間可能為7sC.該波的傳播速度可能為2m/sD.該波的波長可能為6m答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-27-命題點一命題點二命題點三命題點四7.(2017·河北衡水模擬)在一列沿水平直線傳播的簡諧橫波上有相距4m的A、B兩點,如圖甲、乙分別是A、B兩質(zhì)點的振動圖象,已知該波波長大于2m,求這列波可能的波速。答案:見解析解析:由振動圖象得質(zhì)點振動周期T=0.4

s,若波由A向B傳播,B點比A點晚振動的時間-28-命題點一命題點二命題點三命題點四所以A、B間的距離為

-29-命題點一命題點二命題點三命題點四λ>2

m,所以n=0,1當(dāng)n=0時,λ1=16

m,v1=40

m/s,-30-命題點一命題點二命題點三命題點四波的衍射、干涉和多普勒效應(yīng)1.波的干涉中振動加強點和減弱點的判斷:某質(zhì)點的振動是加強還是減弱,取決于該點到兩相干波源的距離之差Δr。2.波的衍射現(xiàn)象是指波能繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不大或者小于波長。-31-命題點一命題點二命題點三命題點四3.多普勒效應(yīng)的成因分析(1)接收頻率:觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)。當(dāng)波以速度v通過觀察者時,時間t內(nèi)通過的完全波的個數(shù)為N=,因而單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波的個數(shù),就是接收頻率。(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時,觀察者接收到的頻率變大;當(dāng)波源與觀察者相互遠離時,觀察者接收到的頻率變小。-32-命題點一命題點二命題點三命題點四例4(多選)(2017·沈陽質(zhì)量監(jiān)測)如圖是水面上兩列頻率相同的波在某時刻的疊加情況,以波源S1、S2為圓心的兩組同心圓弧分別表示同一時刻兩列波的波峰(實線)和波谷(虛線);S1的振幅A1=4cm,S2的振幅A2=3cm,則下列說法正確的是(

)A.質(zhì)點D是振動減弱點B.質(zhì)點A、D在該時刻的高度差為14cmC.再過半個周期,質(zhì)點B、C是振動加強點D.質(zhì)點C的振幅為1cmE.質(zhì)點C此刻以后將向下振動答案解析解析關(guān)閉由圖象可知,D點為兩波谷相遇應(yīng)該是加強點,選項A錯誤;此時A點在加強后的最高點,D點在加強后的最低點,由合成疊加關(guān)系可知A、D質(zhì)點在該時刻的高度差為14cm,選項B正確;由于兩波的頻率相等,疊加后會形成穩(wěn)定的干涉圖象,所以A、D點始終是加強點,B、C點始終是減弱點,選項C錯誤;質(zhì)點C為減弱點,振幅為兩振幅之差,為1cm,選項D正確;由題意可知此時質(zhì)點C將向下振動,選項E正確。答案解析關(guān)閉BDE-33-命題點一命題點二命題點三命題點四即學(xué)即練8.(2017·山西朔州期中)右圖表示兩列相干水波的疊加情況,圖中的實線表示波峰,虛線表示波谷。設(shè)兩列波的振幅均為5cm,且在圖示的范圍內(nèi)振幅不變,波速和波長分別為1m/s和0.5m。C點是BE連線的中點,下列說法不正確的是(

)A.C、E兩點都保持靜止不動B.圖示時刻A、B兩點的豎直高度差為20cmC.圖示時刻C點正處在平衡位置且向水面運動D.從圖示的時刻起經(jīng)0.25s后,B點通過的路程為20