2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十五章 機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械波 第2講 機(jī)械波學(xué)案.doc

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第2講　機(jī)械波 板塊一　主干梳理夯實(shí)基礎(chǔ) 【知識(shí)點(diǎn)1】　機(jī)械波　橫波和縱波　Ⅰ 1．機(jī)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(diǎn) ①傳播振動(dòng)形式、能量和信息； ②介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移； ③介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率、振幅、起振方向都與波源相同。 2．機(jī)械波的分類(lèi) 【知識(shí)點(diǎn)2】　橫波的圖象　波速、波長(zhǎng)、頻率(周期)及其關(guān)系?、?.橫波的圖象 (1)坐標(biāo)軸：橫軸表示各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱軸表示該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離各自平衡位置的位移。 (2)意義：表示在某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)各自平衡位置的位移。 (3)圖象 (4)應(yīng)用 ①可直接讀取振幅A、波長(zhǎng)λ，以及該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離各自平衡位置的位移。 ②可確定該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)加速度的方向，并能比較該時(shí)刻不同質(zhì)點(diǎn)速度或加速度的大小。 ③可結(jié)合波的傳播方向確定各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，或結(jié)合某個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向確定波的傳播方向。 2．波長(zhǎng)、波速、頻率(周期)及其關(guān)系 (1)波長(zhǎng)λ：在波動(dòng)中，偏離平衡位置位移(或者說(shuō)振動(dòng)相位)總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)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(dòng)頻率；與周期的關(guān)系為f＝。 (4)波長(zhǎng)、波速、頻率和周期的關(guān)系：v＝λf＝。 【知識(shí)點(diǎn)3】　波的干涉和衍射　多普勒效應(yīng)　Ⅰ 1．波的獨(dú)立傳播原理 兩列波相遇后彼此穿過(guò)，仍然保持各自的運(yùn)動(dòng)特征，即各自的波長(zhǎng)、頻率等保持不變，繼續(xù)傳播，就像沒(méi)有跟另一列波相遇一樣。 2．波的疊加 幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)特征，即各自的波長(zhǎng)、頻率等保持不變，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移(速度、加速度)等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移(速度、加速度)的矢量和。 3．波的干涉和衍射的比較 4．多普勒效應(yīng) (1)定義：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)規(guī)律：波源的頻率不變，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，觀察者接收到的頻率變大；如果二者相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率變小。 (3)應(yīng)用：利用聲波的多普勒效應(yīng)可以測(cè)定車(chē)輛行駛的速度；利用光波的多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)地球的運(yùn)行速度。 板塊二　考點(diǎn)細(xì)研悟法培優(yōu) 考點(diǎn)1機(jī)械波的形成與傳播[深化理解] 1．波速與振速的區(qū)別 波源振動(dòng)幾個(gè)周期，波形就向外平移性延伸幾個(gè)波長(zhǎng)，這個(gè)比值就表示了波形向外平移性延伸(或振動(dòng)能量向外傳播)的速度，即波速。波速的大小與介質(zhì)有關(guān)，波在同一均勻介質(zhì)中的傳播是勻速的，與波源的振動(dòng)頻率無(wú)關(guān)。 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度，即為振速，波動(dòng)中各質(zhì)點(diǎn)都在平衡位置附近做周期性振動(dòng)，即做變速運(yùn)動(dòng)，振速周期性變化，振速的大小、方向與質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移的大小、方向有關(guān)。 2．機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波的區(qū)別和聯(lián)系 例1　(多選)一列簡(jiǎn)諧橫波向右傳播，在其傳播路徑上每隔L＝0.1 m選取一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，如圖甲所示，t＝0時(shí)刻波恰傳到質(zhì)點(diǎn)1，并立即開(kāi)始向上振動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t＝0.3 s，所選取的1～9號(hào)質(zhì)點(diǎn)間第一次出現(xiàn)如圖乙所示的波形，則下列判斷正確的是(　　) A．t＝0.3 s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)1向上振動(dòng) B．t＝0.3 s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)8向下振動(dòng) C．t＝0至t＝0.3 s內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)5振動(dòng)的時(shí)間只有0.2 s D．該波的周期為0.2 s，波速為4 m/s E．該波的周期為0.3 s，波速為2.67 m/s (1)如何確定波的周期、波長(zhǎng)和波速？ 提示：由振動(dòng)的時(shí)間確定周期T，由形成的波形確定波長(zhǎng)λ，再由v＝確定波速。 (2)如何由波的傳播方向確定質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向？ 提示：微平移法。 嘗試解答　選BCD。 由乙圖可知波長(zhǎng)λ＝0.8 m，由題知，t＝0時(shí)刻，該波恰傳到質(zhì)點(diǎn)1，并向上振動(dòng)，當(dāng)t＝0.3 s時(shí)，由乙圖確定此時(shí)質(zhì)點(diǎn)1向下振動(dòng)，又已知1～9號(hào)質(zhì)點(diǎn)間第一次出現(xiàn)如圖乙所示波形，故質(zhì)點(diǎn)1振動(dòng)了一個(gè)半周期，所以T＝0.2 s，由v＝得v＝4 m/s，所以D正確，A、E錯(cuò)誤。由波向右傳播及乙圖可知，在t＝0.3 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)8向下振動(dòng)，B正確。從t＝0時(shí)刻起，經(jīng)半個(gè)周期即0.1 s波才傳到質(zhì)點(diǎn)5，因此質(zhì)點(diǎn)5在t＝0至t＝0.3 s內(nèi)振動(dòng)了一個(gè)周期0.2 s，C正確。 總結(jié)升華 機(jī)械波的特點(diǎn)及各物理量之間的關(guān)系 (1)介質(zhì)依存性：機(jī)械波離不開(kāi)介質(zhì)。 (2)能量信息性：機(jī)械波傳播的是振動(dòng)的形式、能量和信息。 (3)傳播不移性：在傳播方向上，各質(zhì)點(diǎn)只在各自平衡位置附近振動(dòng)，并不隨波遷移。 (4)時(shí)空重復(fù)性：機(jī)械波傳播時(shí)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)不斷地重復(fù)著振源的振動(dòng)形式。 (5)周期、頻率同源性：介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期均等于振源的振動(dòng)周期且在傳播中保持不變。 (6)起振同向性：介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)，方向與振源開(kāi)始振動(dòng)的方向相同。 (7)波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系：v＝λf，f由波源決定，v由介質(zhì)決定。 　[2017廣東肇慶二模](多選)如圖所示為一列簡(jiǎn)諧橫波在t0時(shí)刻的波形，已知波速為0.2 m/s，以下說(shuō)法正確的是(　　) A．波源的振動(dòng)周期為0.6 s B．經(jīng)過(guò)0.1 s，質(zhì)點(diǎn)a通過(guò)的路程為10 cm C．在t0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)a的加速度比質(zhì)點(diǎn)b的加速度小 D．若質(zhì)點(diǎn)a比質(zhì)點(diǎn)b先回到平衡位置，則波沿x軸負(fù)方向傳播 E．若該波沿x軸正方向傳播，在t0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)c的運(yùn)動(dòng)方向垂直x軸向上 答案　CDE 解析　由題圖可知，該波波長(zhǎng)為8 cm，又已知波速v＝0.2 m/s，故波源的周期T＝＝＝0.4 s，A錯(cuò)誤；經(jīng)過(guò)0.1 s，即T，質(zhì)點(diǎn)a若向上運(yùn)動(dòng)，則通過(guò)的路程將大于10 cm，若向下運(yùn)動(dòng)，則通過(guò)的路程將小于10 cm，B錯(cuò)誤；在t0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)a距平衡位置的距離比質(zhì)點(diǎn)b的小，故質(zhì)點(diǎn)a受到的回復(fù)力較小，加速度小于質(zhì)點(diǎn)b的加速度，C正確；若質(zhì)點(diǎn)a比質(zhì)點(diǎn)b先回到平衡位置，說(shuō)明質(zhì)點(diǎn)a向上振動(dòng)，利用微平移法可知，波沿x軸負(fù)方向傳播，D正確；若該波沿x軸正方向傳播，利用微平移法可知，在t0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)c的運(yùn)動(dòng)方向垂直x軸向上，E正確。 考點(diǎn)2對(duì)波的圖象和振動(dòng)圖象的理解[對(duì)比分析] 1．波的圖象和振動(dòng)圖象的比較 2．波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向的判斷方法 例2　[全國(guó)卷Ⅰ](多選)如下圖(a)為一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝2 s時(shí)的波形圖，圖(b)為媒質(zhì)中平衡位置在x＝1.5 m處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象，P是平衡位置為x＝2 m的質(zhì)點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．波速為0.5 m/s B．波的傳播方向向右 C．0～2 s時(shí)間內(nèi)，P運(yùn)動(dòng)的路程為8 cm D．0～2 s時(shí)間內(nèi)，P向y軸正方向運(yùn)動(dòng) E．當(dāng)t＝7 s時(shí)，P恰好回到平衡位置 (1)如何分析波的傳播距離，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)路程？ 提示：由波的圖象讀出波長(zhǎng)λ，由介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象讀出周期T，再由v＝計(jì)算出波速，然后由x＝vt求出波在時(shí)間t內(nèi)傳播的距離。質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)路程由振幅及振動(dòng)的時(shí)間共同決定。 (2)如何確定波動(dòng)圖象上各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向？ 提示：利用同側(cè)法、上下坡法或微平移法。 嘗試解答　選ACE。 由題圖(a)讀出波長(zhǎng)λ＝2.0 m，由題圖(b)讀出周期T＝4 s，則v＝＝0.5 m/s，A正確；題圖(a)是t＝2 s時(shí)的波形圖，題圖(b)是x＝1.5 m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象，該質(zhì)點(diǎn)在t＝2 s時(shí)向下振動(dòng)，所以波向左傳播，B錯(cuò)誤；在 0～2 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P由波峰向波谷振動(dòng)，通過(guò)的路程s＝2A＝8 cm，C正確，D錯(cuò)誤；t＝7 s時(shí)，Δt＝5 s＝1T，P恰好回到平衡位置，E正確。 總結(jié)升華 “一分、一看、二找”巧解波的圖象與振動(dòng)圖象綜合類(lèi)問(wèn)題 (1)分清振動(dòng)圖象與波的圖象。只要看橫坐標(biāo)即可，橫坐標(biāo)為x則為波的圖象，橫坐標(biāo)為t則為振動(dòng)圖象。 (2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位，包括單位前的數(shù)量級(jí)。 (3)找準(zhǔn)波的圖象對(duì)應(yīng)的時(shí)刻在振動(dòng)圖象中對(duì)應(yīng)的位置。 (4)找準(zhǔn)振動(dòng)圖象對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)在波的圖象中對(duì)應(yīng)的位置。 　(多選)如圖甲所示是一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t＝0時(shí)刻的波形圖，P是離原點(diǎn)x1＝2 m的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，Q是離原點(diǎn)x2＝4 m的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，此時(shí)離原點(diǎn)x3＝6 m 的質(zhì)點(diǎn)剛剛要開(kāi)始振動(dòng)。圖乙是該簡(jiǎn)諧波傳播方向上某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象(計(jì)時(shí)起點(diǎn)相同)。由此可知(　　) A．這列波的波長(zhǎng)λ＝4 m B．這列波的周期T＝3 s C．這列波的傳播速度v＝2 m/s D．這列波的波源起振方向向上 E．圖乙可能是圖甲中質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖象 答案　ACE 解析　由題圖甲可知波長(zhǎng)λ＝4 m，由題圖乙可知周期T＝2 s，這列波的傳播速度v＝＝2 m/s，A、C正確，B錯(cuò)誤；由離原點(diǎn)x3＝6 m的質(zhì)點(diǎn)剛剛要開(kāi)始振動(dòng)可知，波源起振方向向下，D錯(cuò)誤；已知波沿x軸正方向傳播，結(jié)合波的圖象，在t＝0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)方向向上，故題圖乙對(duì)應(yīng)的可能是題圖甲中質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖象，E正確。 考點(diǎn)3波的多解問(wèn)題[解題技巧] 一、造成波的多解問(wèn)題的主要因素 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(zhǎng)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。 如：①只知道質(zhì)點(diǎn)達(dá)到最大位移處，則有正向和負(fù)向最大位移兩種可能。 ②只知道質(zhì)點(diǎn)由平衡位置開(kāi)始振動(dòng)，則起振方向有向上、向下(或向左、向右)兩種可能。 ③只告訴波速而未說(shuō)明波的傳播方向，則波傳播的方向有兩種情形，即沿x軸正方向或沿x軸負(fù)方向傳播。 二、解決波的多解問(wèn)題的思路 一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個(gè)周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系Δt或Δx，若此關(guān)系為時(shí)間，則t＝nT＋Δt(n＝0,1,2…)；若此關(guān)系為距離，則x＝nλ＋Δx(n＝0,1,2…)。對(duì)于雙向性問(wèn)題，則兩個(gè)方向?qū)?yīng)的情形都要分別考慮。 例3　[2018南昌模擬]如圖所示實(shí)線是一列簡(jiǎn)諧橫波在t1＝0時(shí)刻的波形，虛線是這列波在t2＝0.5 s時(shí)刻的波形，這列波的周期T符合：3T|A1－A2|，A、D正確。 總結(jié)升華 波的干涉問(wèn)題的分析 (1)在穩(wěn)定的干涉區(qū)域內(nèi)，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)始終加強(qiáng)；振動(dòng)減弱點(diǎn)始終減弱。兩列相干波的波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇處是振動(dòng)最強(qiáng)的地方，若用一條平滑的線將以上加強(qiáng)點(diǎn)連接起來(lái)，則這條平滑的線上的點(diǎn)都是加強(qiáng)的；而波峰與波谷(或波谷與波峰)相遇處是振動(dòng)最弱的地方，把以上減弱點(diǎn)用一條平滑的線連接起來(lái)，則這條平滑的線上的點(diǎn)都是減弱點(diǎn)。 (2)不論是振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)還是振動(dòng)減弱的質(zhì)點(diǎn)，都仍在其平衡位置附近振動(dòng)，某點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，是指這個(gè)質(zhì)點(diǎn)以較大的振幅振動(dòng)；而某點(diǎn)的振動(dòng)減弱，是指這個(gè)質(zhì)點(diǎn)以較小的振幅振動(dòng)，因此，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的位移不是始終等于振幅，它的位移的大小和方向隨時(shí)間在發(fā)生周期性的變化。 　(多選)如圖為甲、乙兩列簡(jiǎn)諧橫波在同一繩上傳播時(shí)某時(shí)刻的波形圖，甲波向右傳播，乙波向左傳播。質(zhì)點(diǎn)M位于x＝0.2 m處，則(　　) A．這兩列波不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象 B．質(zhì)點(diǎn)M的振動(dòng)總是加強(qiáng) C．質(zhì)點(diǎn)M將做振幅為30 cm的簡(jiǎn)諧振動(dòng) D．由圖示時(shí)刻開(kāi)始，再經(jīng)過(guò)四分之一的甲波周期，質(zhì)點(diǎn)M將位于波峰 答案　BC 解析　兩列簡(jiǎn)諧橫波在同一均勻介質(zhì)內(nèi)傳播，波速相等，由題圖可知兩列波的波長(zhǎng)相等，由v＝λf可知，頻率相等，所以兩列波能產(chǎn)生干涉，故A錯(cuò)誤；M處質(zhì)點(diǎn)是兩列波的波峰與波峰相遇處，振動(dòng)總是加強(qiáng)，振幅等于兩列波振幅之和，即A＝A甲＋A乙＝10 cm＋20 cm＝30 cm，質(zhì)點(diǎn)M將做振幅為30 cm的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，故B、C正確；從圖示時(shí)刻開(kāi)始，兩列波都使質(zhì)點(diǎn)M向下運(yùn)動(dòng)，T甲＝T乙，再經(jīng)過(guò)，兩列波都使M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到各自的波谷，故質(zhì)點(diǎn)M會(huì)到達(dá)波谷，D錯(cuò)誤。