高中物理機(jī)械波課件

第3節(jié)機(jī)械波1.機(jī)械波(1)機(jī)械波的形成條件①有發(fā)生機(jī)械振動的波源.②有傳播介質(zhì)，如空氣、水等.(2)傳播特點①機(jī)械波傳播的只是振動的形式和能量，質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做簡諧運動，并不隨波遷移.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)點都做受迫振動，因此，任一質(zhì)點的振動頻率和周期都和波源的振動頻率和周期相同．

一、機(jī)械波與波的圖像2.波的圖像(1)坐標(biāo)軸：橫軸表示各質(zhì)點的平衡位置，縱軸表示該時刻各質(zhì)點的位移.(2)意義：表示在波的傳播方向上，某時刻各質(zhì)點離開平衡位置的位移.(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，振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離(2)波速v：波在介質(zhì)中的傳播速度，由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定(3)頻率f：由波源決定，等于波源的振動頻率(4)波長、波速和頻率(周期)的關(guān)系：

4.波的周期性(1)質(zhì)點振動nT(n＝1,2,3，…)時，波形不變.

5.波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判“上下坡”法沿波的傳播方向，“上坡”時質(zhì)點向下振動，“下坡”時質(zhì)點向上振動“同側(cè)”法波形圖上某點表示傳播方向和振動方向的箭頭在圖線同側(cè)“微平移”法將波形沿傳播方向進(jìn)行微小的平移，再由對應(yīng)同一x坐標(biāo)的兩波形曲線上的點來判斷質(zhì)點振動方向例1：某同學(xué)漂浮在海面上，水面波正平穩(wěn)地以1.8m/s的速率向著海灘傳播．該同學(xué)發(fā)現(xiàn)從第1個波峰到第10個波峰通過身下的時間間隔為15s．下列說法正確的是()A．該同學(xué)將會被水波推向岸邊B．該水面波的頻率為6HzC．該水面波的波長為5mD．該水面波的波長為3m例2：如圖2所示為一列簡諧橫波在t＝0時刻的圖像．此時質(zhì)點P的運動方向沿y軸負(fù)方向，則質(zhì)點Q的運動方向為________(選填“y軸負(fù)方向”或“y軸正方向”)．當(dāng)t＝0.5s時質(zhì)點P恰好第2次到達(dá)y軸負(fù)方向最大位移處，則該簡諧橫波的波速v的大小為________m/s.（即時訓(xùn)練）1.如圖3，兩種不同材料的彈性細(xì)繩在O處連接，t＝0時刻開始從平衡位置向上抖動O點，形成以O(shè)點為波源向左和向右傳播的簡諧橫波①和②，5s時O點第二次到達(dá)波峰，此時繩上距離O點5m處的質(zhì)點A第一次到達(dá)波峰，已知波②的傳播速度為1.5m/s，OB間距離為9m，下列說法正確的是()A．B點的振動周期為5sB．波①的傳播速度為1m/sC．波②的波長為9mD．B點起振時，A點處于平衡位置

（即時訓(xùn)練）5．漁船上的聲吶利用超聲波來探測遠(yuǎn)方魚群的方位．某漁船發(fā)出的一列超聲波在t＝0時的波動圖像如圖7甲所示，圖乙為質(zhì)點P的振動圖像，則()A．該波的波速為1.5m/sB．該波沿x軸負(fù)方向傳播C．0～1s時間內(nèi)，質(zhì)點P沿x軸運動了1.5mD．0～1s時間內(nèi)，質(zhì)點P運動的路程為2m三、波傳播的周期性與多解性問題造成波動問題多解的主要因素(1)周期性①時間周期性：時間間隔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振動方向雙向性：質(zhì)點振動方向不確定．例4：如圖所示，實線和虛線分別是沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t＝0和t1＝0.06s時刻的波形圖．已知在t＝0時刻，x＝1.5m處的質(zhì)點向y軸負(fù)方向運動．該波沿________方向傳播；最小波速為________．（即時訓(xùn)練）6．(多解問題)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9甲、乙分別是A、B兩質(zhì)點的振動圖像．已知該波波長大于2m，求這列波可能的波速．四、波的反射和折射和衍射1、波的反射：波遇到障礙物會返回來繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫波的反射。在波的反射中，反射角等于入射角；反射波的波長、頻率和波速都跟入射波的相同。對著高墻或山崖喊話時，我們聽到回聲，夏日里雷鳴不絕，在空房子里說話，會聽到聲音更響等。這都是聲波的反射。水波遇到障礙物時也會發(fā)生反射現(xiàn)象。2、波的折射:波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫波的折射。在波的折射現(xiàn)象中，波的頻率不改變，但波速、波長都發(fā)生了變化。3.波的衍射⑴現(xiàn)象：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.⑵產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長相差不多.例5.一列聲波在空氣的波長為2.5m，傳播速度為340m/s，這列聲波傳入另一個介質(zhì)時，波長變?yōu)?m，則這列波在這種介質(zhì)中的傳播速度為多少？例6．如圖所示，S為波源，M、N是兩塊擋板，其中M板固定，N板可左右移動，兩板中間有一狹縫，此時觀察不到A點振動，以下說法錯誤的是（）A．減小波源的頻率可讓A點振動B．增大波源的頻率可讓A點振動C．將N板向左移可讓A點振動D．A處波的波長與S處波長相等五、波的干涉1.波的疊加原理（1）兩列波相遇能保持各自的狀態(tài)不變，而且互不干擾。（2）在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個質(zhì)點的總位移，都等于兩列波分別引起的位移的矢量和。2.波的干涉（1）條件：兩列波的頻率相同，振動方向相同，步調(diào)一致?！喔刹ㄔ矗?）現(xiàn)象：兩列波在空間疊加時，將出現(xiàn)某些區(qū)域的振動加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動減弱，且兩種區(qū)域相互間隔的穩(wěn)定現(xiàn)象。（3）注意：①振動加強(qiáng)的點和振動減弱的點都在振動，加強(qiáng)點的振幅是兩列波分別引起振動的振幅之和，減弱點的振動是兩列波分別引起振動的振幅之差。②介質(zhì)中某點的振動是加強(qiáng)還是減弱，取決于該點到兩個波源的路程差。

在某時刻波的干涉的波形圖上，波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點，一定是加強(qiáng)點，而波峰與波谷的交點一定是減弱點，各加強(qiáng)點或減弱點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)點與減弱點之間各質(zhì)點的振幅介于加強(qiáng)點與減弱點的振幅之間．3．波的干涉現(xiàn)象中加強(qiáng)點、減弱點的判斷方法(1)公式法：某質(zhì)點的振動是加強(qiáng)還是減弱，取決于該點到兩相干波源的距離之差Δx.①當(dāng)兩波源振動步調(diào)一致時．若Δx＝nλ(n＝0,1,2，…)，則振動加強(qiáng)；

②當(dāng)兩波源振動步調(diào)相反時．

若Δx＝nλ(n＝0,1,2，…)，則振動減弱．(2)圖像法：例8．兩列橫波在同種介質(zhì)中相遇時某一時刻的情況如圖所示，發(fā)生干涉現(xiàn)象，實線表示波峰，虛線表示波谷，則（）A.N點一定總是處于靜止?fàn)顟B(tài)B.M點的位移一定比N點位移大C.四分之一個周期后M點的瞬時速度為0D.兩列橫波的波長一定相等例9：(2017·全國卷Ⅰ·34(1))如圖10(a)，在xy平面內(nèi)有兩個沿z方向做簡諧振動的點波源S1(0,4)和S2(0，－2)．兩波源的振動圖線分別如圖(b)和圖(c)所示．兩列波的波速均為1.00m/s.兩列波從波源傳播到點A(8，－2)的路程差為________m，兩列波引起的點B(4,1)處質(zhì)點的振動相互________(填“加強(qiáng)”或“減弱”)，點C(0,0.5)處質(zhì)點的振動相互________(填“加強(qiáng)”或“減弱”)．例10.如圖所示，均勻介質(zhì)中兩波源S1、S2分別位于x軸上x1=0、x2=14m處。兩波源同時同向起振，波源S1的振動方程為y=2sin5πtcm，波源S2的振動方程為y=5sin5πtcm。質(zhì)點P位于x軸上xP=4m處，已知質(zhì)點P在t1=0．4s時開始振動。求：(1)這兩列波在均勻介質(zhì)中的波長；(2)t=0至t=1.5s內(nèi)質(zhì)點Р通過的路程。六、多普勒效應(yīng)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)．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(yuǎn)離時，觀察者接收到的頻率變?。?．(多普勒效應(yīng))關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法正確的是()A．若聲源向觀察者靠近，則觀察者接收到的頻率小于聲源發(fā)出聲波的頻率B．發(fā)生多普勒效應(yīng)的原因是波源的頻率發(fā)生了改變C．多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間有相對運動(距離發(fā)生變化)而產(chǎn)生的D．只有聲波才有多普勒效應(yīng)5．一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，在t＝0時刻波剛好傳播到x＝6m處的質(zhì)點A，如圖5所示．已知波的傳播速度為48m/s，下列說法中正確的是()A．波源的起振方向是向上B．從t＝0時刻起再經(jīng)過0.5s時間質(zhì)點B第一次出現(xiàn)波峰C．在t＝0時刻起到質(zhì)點B第一次出現(xiàn)波峰的時間內(nèi)，質(zhì)點A經(jīng)過的路程是12cmD．從t＝0時刻起再經(jīng)過0.35s時間質(zhì)點B開始起振8．當(dāng)人聽到聲音頻率越來越低時，以下說法不正確的是（）A．聲源和人都是靜止的，但是聲源振動頻率越來越低B．人靜止，聲源遠(yuǎn)離人做勻速直線運動，且聲源的頻率不變C．人靜止，聲源遠(yuǎn)離人做勻加速直線運動，且聲源的頻率不變D．聲源靜止，人遠(yuǎn)離聲源做勻加速直線運動，且聲源的頻率不變

10.水袖是中國古典舞中用于情感表達(dá)和抒發(fā)的常用技巧，舞者的手有規(guī)律的振動傳導(dǎo)至袖子上，給人營造出一種“行云流水”的美感，這一過程其實就是機(jī)械波的傳播．現(xiàn)有一列簡諧波某時刻的波形如圖8中實線所示．經(jīng)過0.5s后的波形如圖中的虛線所示．已知波的周期為T，且0.25s<T<0.5s，則()A．當(dāng)波向－x方向傳播時，波速等于10m/sB．不論波向x軸哪一方向傳播，在這0.5s內(nèi)x＝1m處的質(zhì)點M通過的路程都相等C．當(dāng)波沿＋x方向傳播時，x＝1m處的質(zhì)點M和x＝2.5m處的質(zhì)點N在這0.5s內(nèi)通過的路程不相等D．當(dāng)波沿－x方向傳播，經(jīng)過0.1s時，質(zhì)點M離開平衡位置的位移一定為零14．(2018·江蘇卷·12B(3))一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播，在x＝0和x＝0.6m處的兩個質(zhì)點A、B的振動圖像如圖9所示．已知該波的波長大于0.6m，求其波速和波長．15．(2020·江蘇南京、鹽城市二模)沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t1＝0時刻的波形圖如圖10所示，此時，波傳播到x2＝2m處的質(zhì)點B，而平衡位置為x＝0.5m處的質(zhì)點A正好位于波谷位置，再經(jīng)0.2s，質(zhì)點A恰好第一次到達(dá)波峰．求：(1)該波的波速；(2)在t2＝0.9s時刻，平衡位置為x＝5m處的質(zhì)點C的位移．4.如圖所示為兩列相干波某時刻的波峰和波谷位置，實線表示波峰，虛線表示波谷，相鄰實線與虛線間的距離為0.2m，波速為1m/s，在圖示范圍內(nèi)可以認(rèn)為這兩列波的振幅均為1cm，C點是B、D兩點連線的中點，則()A．圖示時刻A、B兩點的高度差為2cmB．圖示時刻C點正處在平衡位置且向下運動C．F點到兩波源的路程差為零D．經(jīng)0.1s，A點的位移為零（即時訓(xùn)練）9．(波的干涉)(2019·全國卷Ⅲ·34(1)改編)水槽中，與水面接觸的兩根相同細(xì)桿固定在同一個振動片上．振動片做簡諧振動時，兩根細(xì)桿周期性觸動水面形成兩個波源．兩波源發(fā)出的波在水面上相遇，在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣．關(guān)于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動的質(zhì)點，下列說法正確的是()A．不同質(zhì)點的振幅都相同 B．不同質(zhì)點振動的頻率都相同C．不同質(zhì)點振動的相位都相同 D．同一質(zhì)點的位移保持不變8．一列簡諧橫波沿x軸傳播，圖7甲是t＝1s時的波形圖，圖乙是x＝3m處質(zhì)點的振動圖像，a、b質(zhì)點在x軸上平衡位置分別為xa＝0.5m，xb＝2.5m，下列說法正確的是()A．波沿x軸正方向傳播B．波的傳播速度為0.5m/sC．t＝1.5s時，a、b兩點的速度和加速度均等大反向D．從t＝1s到t＝1.5s，質(zhì)點a經(jīng)過的路程為10cm11．一個波源在繩的左端發(fā)出半個波a，頻率為f1，振幅為A1；另一個波源在繩的右端發(fā)出半個波b，頻率為f2,振幅為A2，如圖所示，兩列波在繩上同時形成半個波形后，分別向兩邊傳播，P為兩波前鋒間的中點，則下列說法中錯誤的是（）A．兩列波相遇時，P點的振幅可達(dá)A1+A