高考物理一轮复习课件：专题十四 第2讲 机械波

第2讲机械波定义_在介质中的传播形成机械波产生条件(1)_；(2)_形成原因介质中的质点受波源或邻近质点的驱动做_振动分类横波振动方向与传播方向_的波，如绳波纵波振动方向与传播方向_的波，如声波考点 1 机械波机械振动有波源有介质受迫垂直平行考点 2 机械波的描述1.波长：在波动中，振动相位总是_的两个相邻质点间的距离.相同波源f2.频率 f：与_的振动频率相等.3.波速 v：波在介质中的传播速度.4.波速与波长和频率的关系：v_.考点 3 波的图象1.坐标轴的意义：横坐标表示在波的传播方向上各质点的_，纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的_.2.图象的物理意义：某一时刻介质中各质点相对_的位移.平衡位置位移平衡位置考点 4波的特性1.波的干涉(1)波的叠加：几列波相遇时能够保持各自的运动特征继续传播，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的_.位移的矢增大减小频率(2)波的干涉定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅_，某些区域的振幅_的现象.产生稳定干涉的条件：两列波的_必须相等，两个波源的相位差必须保持不变.量和2.波的衍射相差不多更小(1)定义：波绕过障碍物继续传播的现象.(2)产生明显衍射现象的条件：障碍物的尺寸或孔(缝)的宽度跟波长_，或者比波长_.3.多普勒效应相对运动相对运动(1)定义：由于波源和观察者之间有_，使观察者接收到的波的频率发生变化的现象.(2)产生条件：波源和观察者之间有_.(3)规律：当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率_；当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率_.升高降低【基础自测】1.(多选)一列沿 x 轴正方向传播的简谐机械横波，波速为)4 m/s.某时刻波形如图 14-2-1 所示，下列说法正确的是(A.这列波的振幅为 2 cmB.这列波的周期为 2 sC.此时 x4 m 处质点沿 y 轴负方向运动图 14-2-1D.此时 x4 m 处质点的加速度为 0E.此时 x6 m 处的质点的速度最大解析：读懂波形图，明确波动与振动的关系.由题图可得，这列波的振幅为 2 cm，A 正确；由题图得，波长8 m，由处质点沿 y 轴正方向运动，且此质点正处在平衡位置，故加速度 a0，C 错误，D 正确.x6 m 处的质点速度为 0，E 错误.故 A、B、D 正确.答案：ABD2.(多选)对机械波，关于公式 vf 的下列说法正确的是()A.vf 适用于一切波B.由 vf 知，f 增大，则波速 v 也增大C.v、f 三个量中，对同一列波来说，在不同介质中传播时保持不变的只有 fD.由 vf 知，波长是 4 m 的声波为波长是 2 m 的声波传播速度的 2 倍E.机械波的传播速度与频率无关解析：公式 vf 适用于一切波，无论是机械波还是电磁波，A 正确；机械波的波速仅由介质决定，与频率 f 无关，所以 B、D 错误，E 正确；对同一列波，其频率由振源决定，与介质无关，C 正确.故 A、C、E 正确.答案：ACE3.(多选)下列关于多普勒效应的说法中，正确的是()A.只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应B.如果声源静止，就观察不到多普勒效应C.当声源朝靠近观察者运动时，声源的频率不变D.当声波远离观察者运动时，观察者接收到的频率变低E.当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的频率可能变高，也可能变低解析：波源运动时，波源与观察者距离不一定变化，不一定发生多普勒效应，A 错误；声源静止时，若观察者向声源运动，能发生多普勒效应，B 错误；声源朝着观察者运动时，声源频率不变，观察者接收到的频率增大，C、D 正确；声源相对观察者运动时，二者距离可能增大，也可能减小，故观察者接收到的频率可能变低，也可能变高，E 正确.故 C、D、E 正确.答案：CDE再过 周期处于平衡位置4.(多选，2017 年广东广州检测)如图14-2-2 所示，A、B 为振幅相同的相干波源，且向外传播过程中振幅衰减不计，图中)实线表示波峰，虚线表示波谷，则下列叙述正确的是(A.Q 点始终处于波峰位置B.R、S 两点始终处于静止状态C.P、Q 连线上各点振动始终最强D.P 点在图中所示的时刻处于波谷，图 14-2-2E.如果 A、B 两波源频率不同，也能产生类似的稳定的干涉现象答案：BCD热点 1 机械波的传播规律热点归纳1.波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同.2.介质中每个质点做的都是受迫振动，所以任一质点的振动频率和周期都和波源相同.3.波从一种介质进入另一种介质，由于介质的情况不同，它的波长和波速可能改变，但频率和周期都不会改变.4.波源经过一个周期 T 完成一次全振动，波恰好向前传播5.质点振动 nT(波传播 n)时，波形不变.6.相隔波长整数倍的两质点，振动状态总相同，相隔半波长奇数倍的两质点，振动状态总相反.【典题 1】(2018 年新课标卷)一列简谐横波沿x轴正方向传播，在 t0 和 t0.20 s 时的波形分别如图 14-2-3 中实线和虚)线所示.已知该波的周期 T0.20 s.下列说法正确的是(A.波速为 0.40 m/sB.波长为 0.08 mC.x0.08 m 的质点在 t0.70 s 时位于波谷图 14-2-3D.x0.08 m 的质点在 t0.12 s 时位于波谷E.若此波传入另一介质中其波速变为 0.80 m/s，则它在该介质中的波长为 0.32 m解析：根据波形图可知，波长16 cm0.16 m，B 错误；根据 t0 时刻和 t0.20 s 时刻的波形图和该波的周期 T0.20 s确；简谐波沿 x 轴正方向传播，x0.08 m 的质点在 t0 时刻沿 y 轴正方向运动，在 t0.70 s 时位于波谷，在 t0.12 s 时位于 y0 的某位置(不是位于波谷)，C 正确、D 错误；若此波传入另一介质中，周期 T 不变，其波速变为 v0.80 m/s，由vT可得它在该介质中的波长为0.800.4 m0.32 m，E 正确.故 A、C、E 正确.答案：ACE【迁移拓展】(2018 年新课标卷)声波在空气中的传播速度为 340 m/s，在钢铁中的传播速度为 4900 m/s.一平直桥由钢铁制成，某同学用锤子敲击一铁桥的一端而发出声音，分别经空气和桥传到另一端的时间之差为 1.00 s.桥的长度为_m，若该波在空气中的波长为，则它在钢铁中波长为的_倍.解析：可以假设桥的长度，分别算出运动时间，结合题中的 1 s 求桥长，在不同介质中传播时波的频率不会变化.(1)设桥的长度为 s解得：s365 m.(2)声音在不同介质中的频率是不会改变的，由公式可知答案：365热点 2考向 1波的图象的理解及应用波的图象的应用热点归纳1.通过图象能直接得到的信息：(1)直接读取振幅 A 和波长，以及该时刻各质点的位移.(2)确定该时刻各质点加速度的方向，并能比较其大小.项目内容图象“上下坡”法沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动“同侧”法波形上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法：项目内容图象“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一 x 坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向(续表)【典题 2】(多选，2018 届山东潍坊一模)如图14-2-4所示为一简谐横波在 t0 时刻的图象.此时质点 P 的运动方向沿 y轴负方向，且当 t1.8 s 时质点 P 恰好第三次到达 y 轴负方向)最大位置处.下列说法正确的是(A.波沿 x 轴负方向传播B.波的传播速度为 1 m/sC.至 t1.6 s，质点 P 的运动路程为 0.4 m图 14-2-4D.经 0.1 s，质点 Q 第一次到达 y 轴正方向最大位移处答案：ACE方法技巧：(1)巧解图象问题：求解波的图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法.分清振动图象与波的图象.此问题最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为 x 则为波的图象，横坐标为 t 则为振动图象.看清横、纵坐标的单位.尤其要注意单位前的数量级.找准波的图象对应的时刻.找准振动图象对应的质点.(2)图象问题的易错点：不理解振动图象与波的图象的区别.误将振动图象看做波的图象或将波的图象看做振动图象.不知道波传播过程中任意质点的起振方向就是波源的起振方向.不会区分波的传播位移和质点的振动位移.误认为质点随波迁移.考向 2 波的多解问题热点归纳1.造成波的问题多解的主要因素：(1)周期性时间周期性：时间间隔t 与周期 T 的关系不明确.空间周期性：波传播距离x 与波长的关系不明确.(2)双向性传播方向双向性：波的传播方向不确定.振动方向双向性：质点振动方向不确定.如：a.质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能.b.质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下(或向左、向右)两种可能.c.只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能，即沿 x 轴正方向或沿 x 轴负方向传播.d.只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能.(3)波形的隐含性形成多解：在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态.这样，波形就有多种情况，形成波动问题的多解性.2.解决波的多解问题的思路：一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系t 或x，若此关系为时间，则 t nT t(n 0,1,2，)；若此关系为距离，则 xnx(n0,1,2，).【典题 3】(2018 届陕西质检)如图14-2-5所示是在竖直方向上振动并沿水平方向传播的简谐横波，实线是 t0 时刻的波形图，虚线是 t0.2 s 时刻的波形图.(1)若波沿 x 轴负方向传播，求它传播的速度.(2)若波沿 x 轴正方向传播，求它的最大周期.(3)若波速是 25 m/s，求 t0 时刻 P 点的运动方向.图 14-2-5(3)波在 0.2 s 内传播的距离xvt5 m题图知波沿 x 轴正方向传播.所以 P 点在 t0 s 时刻沿 y 轴负方向运动.方法技巧：波的多解问题的一般解题步骤：(1)根据初、末两时刻的波形确定传播距离与波长的关系通式.(2)根据题设条件判断是唯一解还是多解.项目振动图象波的图象研究对象一个振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容某一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移考向 3 振动图象和波的图象的综合应用热点归纳项目振动图象波的图象图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻加速度的方向(4)传播方向、振动方向的互判图象变化随时间推移图象延续，但已有形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移一个完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长(续表)的波形图如图 14-2-6 甲所示，P、Q 是介质中的两个质点，图乙是质点 Q 的振动图象.求：(1)波速及波的传播方向；(2)质点 Q 的平衡位置的 x 坐标.甲乙图 14-2-6s，其由图乙知，在 t0 时 Q 点处于平衡位置，经t振动状态向 x 轴负方向传播至 P 点处，由此及式有xQxPvt6 cm由式得，质点 Q 的平衡位置的 x 坐标为xQ9 cm热点 3考向 1波的干涉、衍射、多普勒效应波的干涉现象中加强点、减弱点的两种判断方法热点归纳1.公式法：某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差r.(1)当两波源振动步调一致时：若rn(n0,1,2，)，则振动加强.(2)当两波源振动步调相反时：若rn(n0,1,2，)，则振动减弱.2.现象法：在某时刻波的干涉的波形上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间.【典题 5】(2017 年新课标卷)如图 14-2-7 甲所示，在 xy平面内有两个沿 z 方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，2).两波源的振动图线分别如图乙和丙所示，两列波的波速均为1.00 m/s.两列波从波源传播到点 A(8，2)的路程差为_m，两列波引起的点 B(4,1)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”)，点 C(0,0.5)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”).丙乙图 14-2-7答案：2减弱 加强甲也能发生振动，下列采用的方法不可行的是()考向 2 对波的衍射条件的理解【典题 6】(多选)如图 14-2-8 所示，S 为在水面上振动的波源，M、N 是水面上的两块挡块，其中 N 板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得 A 处的水没有振动，为使 A 处的水A.使波源的频率增大B.使波源的频率减小C.移动 N 使狭缝的间距增大D.移动 N 使狭缝的间距减小图 14-2-8E.波沿直线传播，所以只要 A、S 的连线不被挡块挡住即可答案：ACE.考向 3 对多普勒效应的理解【典题 7】(多选)如图 14-2-9 甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，如图乙所示，下列关于)女同学的感受的说法正确的是(甲乙图 14-2-9A.女同学从 A 向 B 运动过程中，她感觉哨声音调变高B.女同学从 E 向 D 运动过程中，她感觉哨声音调变高C.女同学在点 C 向右运动时，她感觉哨声音调不变D.女同学在点 C 向左运动时，她感觉哨声音调变低E.女同学从 B 向 D 运动过程中，她感觉哨声音调变高解析：女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她都有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都会感到哨声音调变高；反之，女同学向左运动时，她感到音调变低，A、D、E正确，B、C 错误.答案：ADE