2019版高考物理一輪復習 專題十四 機械振動與機械波 第2講 機械波課件.ppt

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第2講機械波 有波源 有介質 考點1 機械波 機械振動 受迫 垂直 平行 考點2 機械波的描述 相同 波源 f 1 波長 在波動中 振動相位總是 的兩個相鄰質點間的距離 2 頻率f 與 的振動頻率相等 3 波速v 波在介質中的傳播速度 4 波速與波長和頻率的關系 v 考點3 波的圖象 平衡位置 位移 1 坐標軸的意義 橫坐標表示在波的傳播方向上各質點的 縱坐標表示某一時刻各質點偏離平衡位置的 平衡位置 2 圖象的物理意義 某一時刻介質中各質點相對 的位移 考點4 波的特性 1 波的干涉 位移的矢 1 波的疊加 幾列波相遇時能夠保持各自的運動特征繼續(xù)傳播 質點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的 2 波的干涉 增大 減小 定義 頻率相同的兩列波疊加時 某些區(qū)域的振幅 某些區(qū)域的振幅 的現(xiàn)象 產生穩(wěn)定干涉的條件 兩列波的 必須相等 兩個波源的相位差必須保持不變 頻率 量和 2 波的衍射 相差不多 更小 1 定義 波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象 2 產生明顯衍射現(xiàn)象的條件 障礙物的尺寸或孔 縫 的寬度跟波長 或者比波長 3 多普勒效應 相對運動 1 定義 由于波源和觀察者之間有 使觀察者接 收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象 相對運動 2 產生條件 波源和觀察者之間有 3 規(guī)律 當波源與觀察者相互靠近時 觀察者接收到的頻率 當波源與觀察者相互遠離時 觀察者接收到的頻 率 升高 降低 基礎自測 1 多選 2016年新課標 卷 某同學漂浮在海面上 雖然水面波正平穩(wěn)地以1 8m s的速率向著海灘傳播 但他并不向海灘靠近 該同學發(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 則下列說法正確的是 A 水面波是一種機械波B 該水面波的頻率為6HzC 該水面波的波長為3mD 水面波沒有將該同學推向岸邊 是因為波傳播時能量不會傳遞出去E 水面波沒有將該同學推向岸邊 是因為波傳播時振動的質點并不隨波遷移答案 ACE 2 多選 2016年新課標 卷 由波源S形成的簡諧橫波在均勻介質中向左 右傳播 波源振動的頻率為20Hz 波速為16m s 已知介質中P Q兩質點位于波源S的兩側 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兩質點運動的方向始終相同B P Q兩質點運動的方向始終相反C 當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S恰好通過平衡位置向上運動時 P在波峰E 當S恰好通過平衡位置向下運動時 Q在波峰答案 BDE 過周期處于平衡位置 3 多選 2017年廣東廣州高三檢測 如圖14 2 1所示 A B為振幅相同的相干波源 且向外傳播過程中振幅衰減不計 圖中實線表示波峰 虛線表示波谷 則下列敘述正確的是 A Q點始終處于波峰位置B R S兩點始終處于靜止狀態(tài)C P Q連線上各點振動始終最強D P點在圖中所示的時刻處于波谷 再E 如果A B兩波源頻率不同 也能產 圖14 2 1 生類似的穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象答案 BCD 4 2017年江蘇卷 野生大象群也有自己的 語言 研究人員錄下象群 語言 交流時發(fā)出的聲音 發(fā)現(xiàn)以2倍速度快速播放時 能聽到比正常播放時更多的聲音 播放速度變?yōu)樵瓉淼?倍時 播出聲波的 填 周期 或 頻率 也變?yōu)樵瓉淼?倍 聲波的傳播速度 填 變大 變小 或 不變 解析 頻率由波源決定 播放速度變?yōu)樵瓉淼?倍時 播出聲波的頻率變?yōu)樵瓉?倍 傳播速度由介質決定 所以傳播速度不變 答案 頻率 不變 熱點1 機械波的傳播規(guī)律 熱點歸納 1 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 2 介質中每個質點做的都是受迫振動 所以任一質點的振動頻率和周期都和波源相同 因此可以斷定 波從一種介質進入另一種介質 由于介質的情況不同 它的波長和波速可能改變 但頻率和周期都不會改變 一個波長的距離 所以有v f 3 振源經過一個周期T完成一次全振動 波恰好向前傳播 T 4 質點振動nT 波傳播n 時 波形不變 5 相隔波長整數(shù)倍的兩質點 振動狀態(tài)總相同 相隔半波 長奇數(shù)倍的兩質點 振動狀態(tài)總相反 典題1 多選 2017年山東日照高三下學期二模 如圖14 2 2甲所示 沿波的傳播方向上有六個質點a b c d e f 相鄰兩質點之間的距離均為2m 各質點均靜止在各自的平衡位置 t 0時刻振源a開始做簡諧運動 取豎直向上為振動位移的正方向 其振動圖象如圖乙所示 形成的簡諧橫波以 2m s的速度水平向右傳播 則下列說法正確的是 甲 乙 圖14 2 2 A 波傳播到質點c時 質點c開始振動的方向沿y軸正 方向 B 0 4s內質點b運動的路程為12cmC 4 5s內質點d的加速度正在逐漸減小D 6s時質點e第一次回到平衡位置 E 各質點都振動起來后 a與c的振動方向始終相同答案 ABE 遷移拓展 2016年新課標 卷 一列簡諧橫波在介質中沿x軸正向傳播 波長不小于10cm O和A是介質中平衡位置分別位于x 0和x 5cm處的兩個質點 t 0時開始觀測 此時 質點O的位移為y 4cm 質點A處于波峰位置 t 13 s時 質點O第一次回到平衡位置 t 1s時 質點A第一次回到平衡位置 求 1 簡諧波的周期 波速和波長 2 質點O的位移隨時間變化的關系式 解 1 設振動周期為T 由于質點A在0到1s內由最大位 T 4s 由于質點O與A的距離5cm小于半個波長 且波沿x軸 正向傳播 O在t 13 s時回到平衡位置 而A在t 1s時回到 平衡位置 時間相差 23 s 兩質點平衡位置的距離除以傳播時間 可得波的速度 移處第一次回到平衡位置 經歷的是個周期 由此可知 v 7 5cm s 利用波長 波速和周期的關系得 簡諧波的波長 30cm 2 設質點O的位移隨時間變化的關系為 將 式及題給條件代入上式得 熱點2考向1 波的圖象的理解及應用波的圖象的應用 熱點歸納 1 通過圖象能直接得到的信息 1 直接讀取振幅A和波長 以及該時刻各質點的位移 2 確定該時刻各質點加速度的方向 并能比較其大小 2 波的傳播方向與質點振動方向的互判方法 典題2 多選 2017年新課標 卷 如圖14 2 3所示 一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播 實線為t 0時的波形 虛線為t 0 5s時的波形 已知該簡諧波的周期大于0 5s 關于該簡諧 波 下列說法正確的是 A 波長為2mB 波速為6m sC 頻率為1 5Hz 圖14 2 3 D t 1s時 x 1m處的質點處于波峰E t 2s時 x 2m處的質點經過平衡位置 解析 由波形圖可知 波長為4m A錯誤 實線為t 0時的波形圖 虛線為t 0 5s時的波形圖 波沿x軸正方向傳播 又該波的周期大于0 5s 則0 0 5s時間內波傳播的距離 x t 1s時 該質點應該在波谷位置向上振動 D錯誤 由2s 3T t 0時 x 2m處的質點在平衡位置 t 2s時 該質點同樣經過平衡位置 E正確 答案 BCE 方法技巧 1 巧解圖象問題 求解波的圖象與振動圖象綜合類問題可采用 一分 一看 二找 的方法 分清振動圖象與波的圖象 此問題最簡單 只要看清橫坐標即可 橫坐標為x則為波的圖象 橫坐標為t則為振動圖象 看清橫 縱坐標的單位 尤其要注意單位前的數(shù)量級 找準波的圖象對應的時刻 找準振動圖象對應的質點 2 圖象問題的易錯點 不理解振動圖象與波的圖象的區(qū)別 誤將振動圖象看做波的圖象或將波的圖象看做振動圖 象 不知道波傳播過程中任意質點的起振方向就是波源的起 振方向 不會區(qū)分波的傳播位移和質點的振動位移 誤認為質點隨波遷移 考向2 波的多解問題 熱點歸納 1 造成波的問題多解的主要因素 1 周期性 時間周期性 時間間隔 t與周期T的關系不明確 空間周期性 波傳播距離 x與波長 的關系不明確 2 雙向性 傳播方向雙向性 波的傳播方向不確定 振動方向雙向性 質點振動方向不確定 如 a 質點達到最大位移處 則有正向和負向最大位移兩 種可能 b 質點由平衡位置開始振動 則起振方向有向上 向下 或 向左 向右 兩種可能 c 只告訴波速不指明波的傳播方向 應考慮沿兩個方向傳 播的可能 即沿x軸正方向或沿x軸負方向傳播 d 只給出兩時刻的波形 則有多次重復出現(xiàn)的可能 3 波形的隱含性形成多解 在波動問題中 往往只給出完整波形的一部分 或給出幾個特殊點 而其余信息均處于隱含狀態(tài) 這樣 波形就有多種情況 形成波動問題的多解性 2 解決波的多解問題的思路 一般采用從特殊到一般的思維方法 即找出一個周期內滿足條件的關系 t或 x 若此關系為時間 則t nT t n 0 1 2 若此關系為距離 則x n x n 0 1 2 典題3 2015年新課標 卷 甲 乙兩列簡諧橫波在同一介質中分別沿x軸正向和負向傳播 波速均為v 25cm s 兩列波在t 0時的波形曲線如圖14 2 4所示 求 圖14 2 4 1 t 0時 介質中偏離平衡位置位移為16cm的所有質點 的x坐標 2 從t 0開始 介質中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為 16cm的質點的時間 解 1 t 0時 在x 50cm處兩列波的波峰相遇 該處質點偏離平衡位置的位移為16cm 兩列波的波峰相遇處的質點偏離平衡位置的位移均為16cm 從圖線可以看出 甲 乙兩列波的波長分別為 1 50cm 2 60cm 甲 乙兩列波波峰的x坐標分別為 x1 50 k1 1 k1 0 1 2 x2 50 k2 2 k2 0 1 2 由 式得 介質中偏離平衡位置位移為16cm的所有質點的x坐標為 x 50 300n cm n 0 1 2 2 只有兩列波的波谷相遇處的質點的位移為 16cm t 0時 兩波波谷間的x坐標之差為 式中 m1和m2均為整數(shù) 將 式代入 式得 x 10 6m2 5m1 5 由于m1 m2均為整數(shù) 相向傳播的波谷間的距離最小為 x0 5cm 從t 0開始 介質中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為 16cm的質點的時間為 代入數(shù)據(jù)解得t 0 1s 方法技巧 波的多解問題的一般解題步驟 1 根據(jù)初 末兩時刻的波形確定傳播距離與波長的關系通式 2 根據(jù)題設條件判斷是唯一解還是多解 考向3 振動圖象和波的圖象的綜合應用 熱點歸納 續(xù)表 典題4 多選 2017年山東棗莊一模 如圖14 2 5甲所示 同一均勻介質中的一條直線上有相距10m的兩質點A B C為AB的中點 從0時刻起 A B同時開始振動 且都只振動了一個周期 圖乙為A的振動圖象 圖丙為B的振動圖象 若A向右傳播的波與B向左傳播的波在0 5s時相遇 則下列說法正 確的是 甲 丙 乙圖14 2 5 A 兩列波的波長都是5mB 兩列波在A B間的傳播速度均為10m sC 在兩列波相遇過程中 C為振動加強點D 在1s時 質點B經過平衡位置且振動方向向上E 1s內 C經過的路程為0解析 兩波在均勻介質中傳播波速相同 設為v 則有2vt 0 2s 則波長為 vT 2m 故A錯誤 B正確 當A的波峰 或 波谷 傳到C時 恰好B的波谷 或波峰 傳到C點 所以C點的振動始終減弱 故C錯誤 質點A處產生的振動傳遞到B的時間 播到B點 由于A處的振動起振的方向向上 所以質點B從平衡位置且振動方向向上 故D正確 由于C點的振動始終減弱 而且兩側的振動的振幅相等 所以在1s內 C經過的路程為0 故E正確 答案 BDE 熱點3考向1 波的干涉 衍射 多普勒效應波的干涉現(xiàn)象中加強點 減弱點的兩種判斷方法 熱點歸納 1 公式法 某質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 r 1 當兩波源振動步調一致時 若 r n n 0 1 2 則振動加強 2 當兩波源振動步調相反時 若 r n n 0 1 2 則振動減弱 2 現(xiàn)象法 在某時刻波的干涉的波形上 波峰與波峰 或波谷與波谷 的交點 一定是加強點 而波峰與波谷的交點一定是減弱點 各加強點或減弱點各自連接而成以兩波源為中心向外輻射的連線 形成加強線和減弱線 兩種線互相間隔 加強點與減弱點之間各質點的振幅介于加強點與減弱點的振幅之間 典題5 2017年新課標 卷 如圖14 2 6甲所示 在xy平面內有兩個沿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乙和丙所示 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 處質點的振動相互 填 加強 或 減弱 點C 0 0 5 處質點的振動相互 填 加強 或 減弱 甲 乙 丙圖14 2 6 答案 2 減弱 加強 也能發(fā)生振動 下列采用的方法不可行的是 考向2 對波的衍射條件的理解 典題6 多選 如圖14 2 7所示 S為在水面上振動的波源 M N是水面上的兩塊擋塊 其中N板可以上下移動 兩板中間有一狹縫 此時測得A處的水沒有振動 為使A處的水 A 使波源的頻率增大B 使波源的頻率減小C 移動N使狹縫的間距增大D 移動N使狹縫的間距減小E 波沿直線傳播 所以只要A S的連線不被擋塊 圖14 2 7 擋住即可答案 ACE 考向3 對多普勒效應的理解 典題7 多選 如圖14 2 8甲所示 男同學站立不動吹口哨 一位女同學坐在秋千上來回擺動 如圖乙所示 下列關于 女同學的感受的說法正確的是 甲 乙 圖14 2 8A 女同學從A向B運動過程中 她感覺哨聲音調變高B 女同學從E向D運動過程中 她感覺哨聲音調變高C 女同學在點C向右運動時 她感覺哨聲音調不變D 女同學在點C向左運動時 她感覺哨聲音調變低E 女同學從B向D運動過程中 她感覺哨聲音調變高 解析 女同學蕩秋千的過程中 只要她有向右的速度 她都有靠近聲源的趨勢 根據(jù)多普勒效應 她都會感到哨聲音調變高 反之 女同學向左運動時 她感到音調變低 A D E正確 B C錯誤 答案 ADE