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 【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 Ⅱ1.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)?、? 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- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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