第八章　第3課時(shí)　機(jī)械波-2025年高中物理大一輪復(fù)習(xí)

第3課時(shí)機(jī)械波目標(biāo)要求1.知道機(jī)械波的形成條件及特點(diǎn)。2.掌握波速、波長和頻率的關(guān)系，會(huì)分析波的圖像。3.知道波的干涉、衍射現(xiàn)象和多普勒效應(yīng)，掌握發(fā)生干涉和明顯衍射的條件?？键c(diǎn)一機(jī)械波的形成波的圖像1．機(jī)械波(1)機(jī)械波的形成條件①有發(fā)生機(jī)械振動(dòng)的________。②有傳播________，如空氣、水等。(2)傳播特點(diǎn)①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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，并不隨波________。②波傳到任意一點(diǎn)，該點(diǎn)的起振方向都和波源的起振方向________。③介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做________振動(dòng)，因此，任一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率和周期都和波源的振動(dòng)頻率和周期________。④波源經(jīng)過一個(gè)周期T完成一次全振動(dòng)，波恰好向前傳播一個(gè)波長的距離。2．波的圖像(1)坐標(biāo)軸：橫軸表示各質(zhì)點(diǎn)的____________，縱軸表示該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的________。(2)意義：表示在波的傳播方向上，某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開____________的位移。(3)圖像(如圖)3．波長、波速、頻率及其關(guān)系(1)波長λ：在波的傳播方向上，振動(dòng)相位總是________的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。(2)頻率f：等于波源的____________，由波源決定。(3)波速v：波在介質(zhì)中的傳播速度，由______本身的性質(zhì)決定，與波長和頻率________。(4)波長、波速和頻率(周期)的關(guān)系：v＝eq\f(λ,T)＝________。1．在機(jī)械波傳播過程中，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)沿著波的傳播方向移動(dòng)。()2．機(jī)械波在傳播過程中，各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期、起振方向都相同。()3．機(jī)械波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離是振幅的4倍。()4．波速表示介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的快慢。()5．波長長的波傳播速度較快。()例1(多選)(2024·安徽合肥市第一中學(xué)月考)位置坐標(biāo)x＝0的波源S在t＝0時(shí)刻從平衡位置開始向下運(yùn)動(dòng)，形成沿x軸正、負(fù)兩個(gè)方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，沿波傳播方向上有間距均為1m的9個(gè)質(zhì)點(diǎn)，位置坐標(biāo)如圖所示。t＝0時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)均處于平衡位置，經(jīng)0.3s，x＝1m處的質(zhì)點(diǎn)第一次具有正向(即豎直向上)最大速度，同時(shí)x＝3m的質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)，則下列說法正確的是()A．波速為10m/sB．x＝－3m和x＝3m的兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)完全一致C．t＝0.6s時(shí)，x＝4m的質(zhì)點(diǎn)具有負(fù)向最大速度D．t＝0.5s時(shí)，x＝－2.5m的質(zhì)點(diǎn)加速度正在減小例2(2023·廣東汕頭市模擬)在學(xué)習(xí)機(jī)械波相關(guān)知識(shí)后，兩名同學(xué)分別乘坐靜止在湖面的甲、乙兩艘小船，兩船間水平距離為20m。某時(shí)刻，一列水波從甲船向乙船傳播，每艘船在1min時(shí)間內(nèi)上下浮動(dòng)30次，已知甲船在波峰時(shí)，乙船在波谷，兩船間恰好還有2個(gè)波峰，以下說法正確的是()A．水波的周期為1sB．水波的波長為8mC．水波的波速為8m/sD．水波經(jīng)過一段時(shí)間，甲、乙兩船將靠近例3(2023·北京市第八中學(xué)三模)一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)的波形圖如圖所示。介質(zhì)中x＝1m處的質(zhì)點(diǎn)P沿y軸方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y＝10sin(5πt)cm。則下列說法正確的是()A．該波的波長為4m，振幅為20cmB．t＝0時(shí)，x＝2m處的質(zhì)點(diǎn)具有負(fù)向最大加速度C．該波沿x軸負(fù)方向傳播D．這列波的波速為10m/s波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的互判“同側(cè)”法波形圖上某點(diǎn)表示傳播方向和振動(dòng)方向的箭頭在圖線同側(cè)“上下坡”法沿波的傳播方向，“上坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng)，“下坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)“微平移”法將波形沿傳播方向進(jìn)行微小的平移，再由對(duì)應(yīng)同一x坐標(biāo)的兩波形曲線上的點(diǎn)來判斷質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向考點(diǎn)二波傳播的周期性和多解性問題1．波的周期性(1)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)nT(n＝1,2,3，…)時(shí)，波形不變。(2)在波的傳播方向上，當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為nλ(n＝1,2,3，…)時(shí)，它們的振動(dòng)步調(diào)總相同；當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)時(shí)，它們的振動(dòng)步調(diào)總相反。2．造成波傳播問題多解的主要因素(1)周期性①時(shí)間周期性：時(shí)間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確。②空間周期性：波傳播距離Δx與波長λ的關(guān)系不明確。(2)雙向性①傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。②振動(dòng)方向雙向性：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。例4(2024·湖北省聯(lián)考)一簡(jiǎn)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16m的兩質(zhì)點(diǎn)，波先傳到質(zhì)點(diǎn)P。當(dāng)波傳到Q開始計(jì)時(shí)，P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖所示，則()A．質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向開始振動(dòng)B．該波的波長可能為6mC．該波的傳播速度可能為5m/sD．該波從P傳到Q的時(shí)間可能為7s解決波的多解問題的思路1．機(jī)械波在一個(gè)周期內(nèi)不同時(shí)刻圖像的形狀是不同的，但在相隔時(shí)間為周期整數(shù)倍的不同時(shí)刻圖像的形狀則是相同的。機(jī)械波的這種周期性必然導(dǎo)致波的傳播距離、時(shí)間和速度等物理量有多個(gè)值與之對(duì)應(yīng)，即這三個(gè)物理量可分別表示為x＝nλ＋Δx，t＝kT＋Δt，v＝eq\f(x,t)＝eq\f(nλ＋Δx,kT＋Δt)(其中n＝0,1,2，…且k＝0,1,2，…)。2．在解決波的多解問題時(shí)，一般先判斷波的傳播方向是否確定，若不確定，可采用假設(shè)法依次分析不同傳播方向中的周期性問題?？键c(diǎn)三波的圖像和振動(dòng)圖像的綜合應(yīng)用振動(dòng)圖像和波的圖像的比較比較項(xiàng)目振動(dòng)圖像波的圖像研究對(duì)象一個(gè)質(zhì)點(diǎn)波傳播方向上的所有質(zhì)點(diǎn)研究內(nèi)容某質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間的變化規(guī)律某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)在空間分布的規(guī)律圖像橫坐標(biāo)表示時(shí)間表示各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置物理意義某質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移振動(dòng)方向的判斷(看下一時(shí)刻的位移)(同側(cè)法)Δt后的圖形隨時(shí)間推移，圖像延伸，但已有形狀不變隨時(shí)間推移，圖像沿波的傳播方向平移，原有波形做周期性變化聯(lián)系(1)縱坐標(biāo)均表示質(zhì)點(diǎn)的位移(2)縱坐標(biāo)的最大值均表示振幅(3)波在傳播過程中，各質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近振動(dòng)例5(2024·四川綿陽市零診)如圖(a)為一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝0.5s時(shí)刻的波形圖，介質(zhì)中的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)P、Q此刻離開平衡位置的位移分別為0.5A、－0.5A；圖(b)是質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像。正確的是()A．波沿＋x方向傳播，0.5s時(shí)刻P質(zhì)點(diǎn)正在向＋y方向振動(dòng)B．波沿＋x方向傳播，0.5s時(shí)刻Q質(zhì)點(diǎn)正在向＋y方向振動(dòng)C．波速為4cm/s,0.5s時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P在減速、質(zhì)點(diǎn)Q在加速D．波速為4cm/s，質(zhì)點(diǎn)P、Q振動(dòng)方向有時(shí)相同有時(shí)相反例6(2023·山東濰坊市二模)如圖甲所示，波源S發(fā)出一列水平向右傳播的簡(jiǎn)諧橫波先后經(jīng)過P、Q兩點(diǎn)，圖乙為波源S的振動(dòng)圖像。已知S到P、Q兩點(diǎn)的距離分別為SP＝4.2m、SQ＝5.4m。已知波在該介質(zhì)中傳播的速度為8m/s，則在t＝1.0s時(shí)，P、Q兩點(diǎn)間的波形圖正確的是()分析波的圖像與振動(dòng)圖像的綜合問題，主要有以下兩個(gè)方面：(1)由振動(dòng)圖像確定波的周期(質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期)，由波的圖像確定波長，進(jìn)而計(jì)算波速。(2)先在振動(dòng)圖像中確定與波的圖像對(duì)應(yīng)時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，然后根據(jù)波的圖像確定波的傳播方向。注意：分清波的圖像與哪一時(shí)刻對(duì)應(yīng)，振動(dòng)圖像與哪一質(zhì)點(diǎn)對(duì)應(yīng)?？键c(diǎn)四波的干涉、衍射多普勒效應(yīng)1．波的疊加原理：在波的疊加中，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。2．波的干涉條件：________相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同。3．發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸比波長________，或者跟波長相差不多。說明：(1)障礙物或孔的尺寸大小并不是決定衍射是否發(fā)生的條件，僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件，一般情況下，波長越長越容易發(fā)生明顯衍射。(2)當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時(shí)，盡管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，也很難觀察到波的衍射現(xiàn)象。4．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(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)。(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí)，觀察者接收到的頻率________，當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率________。說明：在多普勒效應(yīng)中，波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間的距離發(fā)生變化，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化。例7(2023·廣東卷·4)漁船常用回聲探測(cè)器發(fā)射的聲波探測(cè)水下魚群與障礙物。聲波在水中傳播速度為1500m/s，若探測(cè)器發(fā)出頻率為1.5×106Hz的聲波，下列說法正確的是()A．兩列聲波相遇時(shí)一定會(huì)發(fā)生干涉B．聲波由水中傳播到空氣中，波長會(huì)改變C．該聲波遇到尺寸約為1m的被探測(cè)物時(shí)會(huì)發(fā)生明顯衍射D．探測(cè)器接收到的回聲頻率與被探測(cè)物相對(duì)探測(cè)器運(yùn)動(dòng)的速度無關(guān)例8甲、乙兩列簡(jiǎn)諧橫波在同一均勻介質(zhì)中傳播，甲波沿x軸正方向傳播，乙波沿x軸負(fù)方向傳播，t＝0時(shí)刻兩列波恰好在坐標(biāo)原點(diǎn)相遇，波形圖如圖所示，已知甲波的頻率為4Hz，則()A．兩列波的傳播速度均為4m/sB．兩列波疊加后，x＝0處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)減弱C．兩列波疊加后，x＝0.5m處的質(zhì)點(diǎn)振幅為30cmD．兩列波疊加后，介質(zhì)中振動(dòng)加強(qiáng)和減弱區(qū)域的位置不變波的干涉現(xiàn)象中加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)的判斷方法1．圖像法在某時(shí)刻波的干涉的波形圖上，波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點(diǎn)，一定是加強(qiáng)點(diǎn)，而波峰與波谷的交點(diǎn)一定是減弱點(diǎn)，各加強(qiáng)點(diǎn)或減弱點(diǎn)各自連接形成以兩波源為中心向外輻射的連線，形成加強(qiáng)線和減弱線，兩種線互相間隔，加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)之間各質(zhì)點(diǎn)的振幅介于加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)