機械振動(有答案)

機械波1、機械波(1)機械波：機械振動在介質(zhì)中的傳播，形成機械波。(2)機械波的產(chǎn)生條件：①波源：引起介質(zhì)振動的質(zhì)點或物體②介質(zhì)：傳播機械振動的物質(zhì)(3)機械波形成的原因：是介質(zhì)內(nèi)部各質(zhì)點間存在著相互作用的彈力，各質(zhì)點依次被帶動。(4)機械波的特點和實質(zhì)①機械波的傳播特點a．前面的質(zhì)點領(lǐng)先，后面的質(zhì)點緊跟；b．介質(zhì)中各質(zhì)點只在各自平衡位置附近做機械振動，并不沿波的方向發(fā)生遷移；c．波中各質(zhì)點振動的頻率都相同；d．振動是波動的形成原因，波動是振動的傳播；e．在均勻介質(zhì)中波是勻速傳播的。②機械波的實質(zhì)a．傳播振動的一種形式；b．傳遞能量的一種方式。(5)機械波的根本類型：橫波和縱波①橫波：質(zhì)點的振動方向跟波的傳播方向垂直的波，叫做橫波。表現(xiàn)形式：其中凸起局部的最高點叫波峰，凹下局部的最低點叫波谷。橫波表現(xiàn)為凹凸相間的波形。實例：沿繩傳播的波、迎風(fēng)飄揚的紅旗等為橫波。②縱波：質(zhì)點的振動方向跟波的傳播方向在同一直線上的波，叫做縱波。表現(xiàn)形式其中質(zhì)點分布較稀的局部叫疏部，質(zhì)點分布較密的局部叫密部?？v波表現(xiàn)為疏密相間的波形。實例：沿彈簧傳播的波、聲波等為縱波。2、波的圖象(1)波的圖象的建立①橫坐標軸和縱坐標軸的含意義橫坐標x表示在波的傳播方向上各個質(zhì)點的平衡位置；縱坐標y表示某一時刻各個質(zhì)點偏離平衡位置的位移。從形式上區(qū)分振動圖象和波動圖象，就看橫坐標。②圖象的建立：在xOy坐標平面上，畫出各個質(zhì)點的平衡位置x與各個質(zhì)點偏離平衡位置的位移y的各個點(x，y)，并把這些點連成曲線，就得到某一時刻的波的圖象。(2)波的圖象的特點①橫波的圖象特點橫波的圖象的形狀和波在傳播過程中介質(zhì)中各質(zhì)點某時刻的分布形狀相似。波形中的波峰也就是圖象中的位移正向最大值，波谷即為圖象中位移負向最大值。波形中通過平衡位置的質(zhì)點在圖象中也恰處于平衡位置。在橫波的情況下，振動質(zhì)點在某一時刻所在的位置連成的一條曲線，就是波的圖象，能直觀地表示出波形。波的圖象有時也稱波形圖或波形曲線。②縱波的圖象特點在縱波中，如果規(guī)定位移的方向與波的傳播方向一致時取正值，位移的方向與波的傳播方向相反時取負值，同樣可以作出縱波的圖象?？v波的圖象與縱波的“形狀”并無相同之處。(3)波的圖象的物理意義波的圖象表示在波的傳播過程中各個質(zhì)點在同一時刻偏離各自平衡位置的位移，或表示某一時刻各個質(zhì)點偏離平衡位置的情況。(4)振動圖象與波動圖象的比擬振動圖象波的圖象研究對象單個振動質(zhì)點連續(xù)介質(zhì)坐標含義用橫坐標表示時間t，縱坐標表示振動物體相對平衡位置的位移。用橫坐標表示各質(zhì)點的平衡位置，縱坐標表示某一時刻各質(zhì)點偏離各自平衡位置的位移。研究內(nèi)容質(zhì)點在振動過程中，位移隨時間的變化某一時刻介質(zhì)中各質(zhì)點的空間分布物理意義xtxtOTyxOλv表示大量質(zhì)點在同一時刻偏離平衡位置的位移，能直觀地表示一列波在時刻t的波形。圖線運動特點質(zhì)點做簡諧運動波形勻速傳播，各質(zhì)點做簡諧運動反映信息直接得出質(zhì)點在任意時刻的位移能得到振動的振幅能得到振動的周期能直接得出各質(zhì)點在時刻t的位移能得到波的振幅能得到波的波長圖線變化已畫出的局部不隨時間而變，隨時間變化圖線按原規(guī)律延伸。所選時刻不同，圖線不同(5)簡諧波①簡諧波波源做簡諧運動時，介質(zhì)中的各個質(zhì)點隨著做簡諧運動，所形成的波就是簡諧波。②簡諧波的特點簡諧波的圖象──波形曲線是正弦(或余弦曲線)。簡諧波是一種最簡單、最根本的波。3、質(zhì)點的振動方向、波的傳播方向與波形之間的關(guān)系yxOvabyxOvab如右圖所示，a、b兩點相比擬，a點是前面的質(zhì)點，b點是后面的質(zhì)點。圖示時刻a點的正向位移比b點的正向位移大，可知b點向上振動。找出a點前面的質(zhì)點，同理可知a點也向上振動?？偨Y(jié)：①波峰、波谷點瞬時靜止，波峰點下一時刻向下振動，波谷點下一時刻向上振動；②在波峰與波谷間質(zhì)點的振動方向一致，在波峰(或波谷)的兩側(cè)質(zhì)點的振動方向相反。③某一時刻的波形、波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向稱之為波的三要素，三者之間相互制約。yxOvtMNQABC④簡捷判斷法那么：“逆向上下坡”、“同側(cè)法那么yxOvtMNQABC三角形法那么簡介：如下圖，假設(shè)波沿x軸正方向傳播，根據(jù)波的特點可知：MN曲線上各質(zhì)點振動方向向上〔M、N除外〕，用帶箭頭的CA表示，NQ曲線上各質(zhì)點振動方向向下，用帶箭頭的BC表示，A→B表示波的傳播方向。易見，有向線段AB、BC、CA剛好構(gòu)成一個帶箭頭，且首尾相連的封閉三角形。yxyxOvtt＋T/4(1)振動描點作圖法依據(jù)在波的傳播過程中質(zhì)點上下振動而不隨波遷移的特點，在正弦(或余弦)波中找出波峰(或波谷)及鄰近的平衡位置，根據(jù)質(zhì)點的振動方向，讓它們同時振動到所求時刻，然后根據(jù)波的連續(xù)性和周期性，即可畫出所求的波形圖線。(2)波形平移法將某一時刻的波的圖象沿波的傳播方向移動一段距離Δx＝v·Δt，就得到t＋Δt時刻的波形圖象。yyxOvtt＋T/4ΔxyxOvtt－T/4ΔxyxOvtt－T/4Δx假設(shè)Δt＞T，根據(jù)波的周期性，只需平移Δx＝v(Δt－nT)即可。波形平移后，根據(jù)波的連續(xù)性和周期性，將缺少的局部補上或?qū)⒍嘤嗟木植咳サ簟?、波長、波速、頻率(1)波長：在波動中，對平衡位置的位移總是相等的兩個相鄰質(zhì)點間的距離，叫做波長。波長的物理實質(zhì)是相距一個〔或整數(shù)個〕波長的兩個質(zhì)點的振動位移在任何時刻都相等，而且振動速度的大小和方向也相同，它們的振動步調(diào)一致。波長反映了波的空間周期性。⑵頻率：在波動中，各個質(zhì)點的振動周期(或頻率)是相同的，它們都等于波源的振動周期(或頻率)，這個周期(或頻率)也叫做波的周期(或頻率)。波的頻率僅由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)。波的周期和頻率反映了波的時間周期性。⑷波速①波速：振動在介質(zhì)中傳播的速度，叫做波速。②公式v＝EQ\F(Δx,Δt)＝EQ\F(λ,T)v＝λf③決定波速的因素①波速由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定，同一列波在不同的介質(zhì)中傳播時波速可以不同，波長可以不同，但波從一種介質(zhì)進入另種介質(zhì)時頻率不變。②波速還與波的類型有關(guān)⑷關(guān)于波長、頻率和波速之間關(guān)系的應(yīng)用總結(jié)：在解決波的圖象問題時，一定要抓住“雙向性”和“周期性”。總結(jié)：在解決波的圖象問題時，一定要抓住“雙向性”和“周期性”。此題假設(shè)未明確波沿直線ab向右傳播，也需討論波向左傳播的情況，在考慮兩點之間波的形狀時，一定要注意傳播方向與質(zhì)點振動方向之間的關(guān)系。6波的衍射⑴波的衍射波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射。⑵發(fā)生明顯衍射的條件①產(chǎn)生明顯衍射的條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。②說明a、衍射現(xiàn)象總是存在的，只有明顯與不明顯的差異。障礙物或孔的尺寸大小，并不是決定衍射能否發(fā)生的條件，僅是使衍射現(xiàn)象明顯表現(xiàn)的條件。波長較大的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象；b、波傳到小孔(或障礙物時)，小孔或障礙物仿佛是一個新的波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波(稱為子波)在孔或障礙物后傳播，于是就出現(xiàn)了偏離直線傳播方向的衍射現(xiàn)象；c、當孔的尺寸遠小于波長時盡管衍射十分突出，但由于能量的減弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到。⑶衍射是波特有的現(xiàn)象一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象。7、波的干預(yù)⑴波的疊加原理①波的疊加原理幾列波相遇時能夠保持各自的運動狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。②說明a、兩列波相遇后，保持各自原來的狀態(tài)，互不干擾。b、在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個質(zhì)點同時參與兩個振動，其振動位移等于這兩列波分別引起的位移的矢量和。c、兩列振動方向相同的波疊加，振動加強；兩列振動方向相反的波疊加，振動減弱。⑵波的干預(yù)的特點兩列波在同一介質(zhì)中傳播，形成穩(wěn)定的疊加區(qū)域。在振動加強區(qū)里，振幅Amax＝A1＋A2。在振動減弱區(qū)里，振幅Amin＝|A1－A2|。其余各質(zhì)點振動的振幅介于Amax與Amin之間。振動加強區(qū)域和振動減弱區(qū)域相互間隔開來，且加強、減弱區(qū)域是穩(wěn)定的，即加強的區(qū)域始終是加強的，減弱的區(qū)域始終是減弱的，不隨時間而變。⑶產(chǎn)生干預(yù)的條件①相干波源的獲取a、相干波源：頻率相同，相差恒定(特例為振動情況相同)的波源。b、相干波源的獲取同出一源，一分為二。②產(chǎn)生干預(yù)的必要條件：必須兩列波的頻率相同，相差恒定，振幅盡量接近，在同一平面內(nèi)振動。⑷波的干預(yù)①波的干預(yù)：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，而且振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域相互隔開，這種現(xiàn)象叫做波的干預(yù)。②干預(yù)圖樣：在波的干預(yù)中所形成的穩(wěn)定的疊加圖樣，叫做干預(yù)圖樣。③干預(yù)也是波特有的現(xiàn)象一切波都能發(fā)生干預(yù)，干預(yù)也是波特有的現(xiàn)象。8、多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，叫做多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)的規(guī)律：觀察者朝著波源運動時，接收到的頻率增大了。觀察者遠離波源運動時，接收到的頻率減小。機械波、光波、電磁波都會發(fā)生多普勒效應(yīng)，多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征1.關(guān)于機械波以下說法不正確的選項是〔d〕A．各質(zhì)點都在各自的平衡位置附近振動B．相鄰質(zhì)點間必有相互作用力C．前一質(zhì)點的振動帶動相鄰的后一質(zhì)點振動，后一質(zhì)點的振動必定落后于前一質(zhì)點D．各質(zhì)點也隨波的傳播而遷移2.區(qū)分橫波和縱波是根據(jù)〔c〕A．沿水平方向傳播的叫做橫波B．質(zhì)點振動的方向和波傳播的遠近C．質(zhì)點振動的方向和波傳播的方向D．質(zhì)點振動的快慢3.以下說法不不正確的有〔ad〕A．聲波在空氣中傳播時是縱波，在水中傳播時是橫波B．波不但傳送能量，還能傳遞信息C．發(fā)生地震時，由振源傳出的既有橫波又有縱波D．一切波的傳播均需要介質(zhì)4.(多項選擇)關(guān)于機械波的概念，以下說法中正確的選項是：(bd)A．質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向B．簡諧波沿長繩傳播，繩上相距半個波長的兩質(zhì)點振動位移的大小相等C．任一振動質(zhì)點每經(jīng)過一個周期沿波的傳播方向移動一個波長D．相隔一個周期的兩時刻，波形相同5.沿繩傳播的一列機械波，當波源突然停止振動時，有〔c〕A．繩上各質(zhì)點同時停止振動，橫波立即消失B．繩上各質(zhì)點同時停止振動，縱波立即消失C．離波源較近的各質(zhì)點先停止振動，較遠的各質(zhì)點稍后停止振動D．離波源較遠的各質(zhì)點先停止振動，較近的各質(zhì)點稍后停止振動6.(多項選擇)一列波沿水平方向傳播，某時刻的波形如下圖，那么圖中a、b、c、d四點在此時刻具有相同運動方向的是(bc)abcdA．a(chǎn)bcdB．b和cC．a(chǎn)和dD．b和d 7.一列波由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)中繼續(xù)傳播，那么(b)A．傳播方向一定改變 B．其頻率不變C．如波速增大，頻率也會增大 D．如波長變小，頻率也會變小解析：正確答案是B。因為頻率是由波源決定的，與介質(zhì)及波速無關(guān)，因v＝λf，f不變，λ會隨v成正比例變化，波由一種介質(zhì)垂直于界面進入另一種介質(zhì)，波速的大小會變，但方向卻不變。(多項選擇)如下圖，一列機械波沿直線ab向右傳播ab＝2m，a、b兩點的振動情況如圖，以下說法正確的選項是(ab)A．波速可能是EQ\F(2,43)m/s B．波長可能是EQ\F(8,3)mabxt/sOab24C．波速可能大于EQ\F(2,3)m/s D．波長可能大于EQ\F(8,3abxt/sOab24解析：考慮t＝0時刻、質(zhì)點a在波谷，質(zhì)點b在平衡位置且向y軸正方向運動，又波由a傳向b，那么可描繪出a、b之間最簡的波形圖為：ababλ滿足：EQ\F(3,4)λ＋nλ＝2(n＝0,1,2……)由此可得λ＝EQ\F(8,4n＋3)m由此可知波長不可能大于EQ\F(8,3)m，(由振動圖象知T＝4s，對應(yīng)的波速也不可能大于EQ\F(2,3)m/s)，當n＝0時，λ＝EQ\F(8,3)m；當n＝10時，λ＝EQ\F(8,43)m。由v＝EQ\F(λ,T)得，對應(yīng)的波速v＝EQ\F(2,43)m/s。答案：A、B9.(多項選擇)如下圖，S1、S2是兩個相干波源，它們振動同步且振幅相同。實線和虛線分別表示在某一時刻它們所發(fā)出的波的波峰和波谷。關(guān)于圖中所標的a、b、c、d四點，以下說法中正確的有〔B、C〕A.該時刻a質(zhì)點振動最弱，b、c質(zhì)點振動最強，d質(zhì)點振動既不是最強也不是最弱B.該時刻a質(zhì)點振動最弱，b、c、d質(zhì)點振動都最強C.a質(zhì)點的振動始終是最弱的，b、c、d質(zhì)點的振動始終是最強的D.再過T/4后的時刻a、b、c三個質(zhì)點都將處于各自的平衡位置，因此振動最弱解析：該時刻a質(zhì)點振動最弱，b、c質(zhì)點振動最強，這不難理解。但是d既不是波峰和波峰疊加，又不是波谷和波谷疊加，如何判定其振動強弱？這就要用到充要條件：“到兩波源的路程之差是波長的整數(shù)倍”時振動最強，從圖中可以看出，d是S1、S2連線的中垂線上的一點，到S1、S2的距離相等，所以必然為振動最強點。描述振動強弱的物理量是振幅，而振幅不是位移。每個質(zhì)點在振動過程中的位移是在不斷改變的，但振幅是保持不變的，所以振動最強的點無論處于波峰還是波谷，振動始終是最強的。此題答案應(yīng)選B、C10.如下圖是一列簡諧橫波在t=0時刻的波形圖，這列波沿x軸正方向傳播，波速為20m/s。P是離原點為2m的一個介質(zhì)質(zhì)點，那么在t=0.17s時刻，質(zhì)點P的：①速度和加速度都沿-y方向；②速度沿+y方向，加速度沿-y方向；③速度和加速度都正在增大；④速度正在增大，加速度正在減小。以上四種判斷中正確的選項是(c)A.只有①B.只有④C.只有①④D.只有②③解析：由，該波的波長λ=4m，波速v=20m/s，因此周期為T=λ/v=0.2s；因為波向右傳播，所以t=0時刻P質(zhì)點振動方向向下；0.75T<0.17s<T，所以P質(zhì)點在其平衡位置上方，正在向平衡位置運動，位移為正，正在減?。凰俣葹樨?，正在增大；加速度為負，正在減小。①④正確，選C11.〔多項選擇〕一列橫波沿繩子向右傳播，某時刻形成如下圖的凸凹形狀，對此時繩上A、B、C、D、E、F六個質(zhì)點．以下說法正確的選項是〔ad〕A．它們的振幅相同B．其中D、F速度方向相同C．其中A、C速度方向相同D．從此時算起，B比C先回到平衡位置12.如圖是某一時刻的一列簡諧橫波的圖線，振動由質(zhì)點a傳到b需時間0.005s，求波速．參考答案：1．1200m/s13.以速度u＝200m/s奔馳的火車，鳴笛聲頻率為275Hz，常溫下空氣的聲速v＝340m/s。求(1)當火車駛來時，站在鐵道旁的觀察者的笛聲頻率是多少？(2)當火車駛?cè)r，站在鐵道旁的觀察者的笛聲頻率是多少？解析：(1)觀察者相對介質(zhì)靜止，波源以速度u向觀察者運動，以介質(zhì)為參考系，波長將縮短為λ′＝(v－u)T，那么觀察者聽到到的頻率為f′＝EQ\F(v,λ′)＝EQ\F(v,v－u)＝292Hz。(2)同上分析，觀察者聽到的頻率為f′＝EQ\F(v,λ′)＝EQ\F(v,v＋u)＝260Hz。14..一列橫波在某時刻的波形圖如下圖．〔1〕假設(shè)此時刻質(zhì)點a的振動方向向下，那么波向什么方向傳播？〔2〕假設(shè)波向右傳播，此時刻d點向什么方向振動？解析：〔1〕取和a點相鄰的兩個點b．c．假設(shè)a點此時刻向下振動，那么b點應(yīng)是帶動a點振動的，c點應(yīng)是在a點帶動下振動的．所以b點先振動，其次是a．c兩點．因此，波是向左傳播的．〔2〕取和d點相鄰的一個點e．由于波向右傳播，所以d點應(yīng)該比e點先振動起來，e點是在d點帶動下振動起來的．所以d點此時刻應(yīng)該向下振動．15.某一簡諧橫波在t＝0時刻的波形圖如圖的實線所示．假設(shè)波向右傳播，畫出T/4