【物理】2019届二轮复习机械波学案（全国通用） 17页

教师姓名 ‎ ‎ 学生姓名 ‎ ‎ 年 级 高三 上课时间 ‎2018/10/6‎ 学 科 物理 课题名称 ‎ 机械波 一． 机械波的形成条件：‎ ‎1、波源；2、介质．‎ 二． 机械波的特点 ‎1、机械波传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移．‎ ‎2、介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同．‎ ‎3、各质点开始振动(即起振)的方向均相同．‎ ‎4、一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A，位移为零．‎ 三． 波长、波速、频率及其关系 ‎1、波长 在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，用λ表示．‎ ‎2、波速 波在介质中的传播速度．由介质本身的性质决定．‎ ‎3、频率 由波源决定，等于波源的振动频率．‎ ‎4、波长、波速和频率的关系：v＝fλ.‎ 特别提醒　1.机械波从一种介质进入另一种介质，频率不变，波速、波长都改变．‎ ‎2． 机械波的波速仅由介质来决定，波速在固体、液体中比在空气中大．波速的计算方法：或.‎ 四． 波的图象的物理意义 反映了某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移．‎ 五． 波的干涉 ‎1、产生稳定干涉的条件：频率相同的两列同性质的波相遇．‎ ‎2、现象：两列波相遇时，某些区域振动总是加强，某些区域振动总是减弱，且加强区和减弱区互相间隔．‎ ‎3、对两个完全相同的波源产生的干涉来说，凡到两波源的路程差为一个波长整数倍时，振动加强；凡到两波源的路程差为半个波长的奇数倍时，振动减弱．‎ 六． 产生明显衍射现象的条件：‎ 障碍物或孔(缝)的尺寸跟波长差不多，或者比波长更小．‎ 考点一　对机械波及图象的理解和应用 ‎1．机械波的特点及各物理量之间的关系 ‎(1)介质依存性：机械波离不开介质．‎ ‎(2)能量信息性：机械波传播的是振动的形式、能量和信息．‎ ‎(3)传播不移性：在传播方向上，各质点只在各自平衡位置附近振动，并不随波迁移．‎ ‎(4)时空重复性：机械波传播时，介质中的质点不断地重复着振源的振动形式．‎ ‎(5)周期、频率同源性：介质中各质点的振动周期均等于振源的振动周期且在传播中保持不变．‎ ‎(6)起振同向性：各质点开始振动的方向与振源开始振动方向相同．‎ ‎(7)波长、波速和频率的关系：v＝λf，f由波源决定，v由介质决定．‎ ‎2．对波的图象的理解 波的图象反映的是波在传播过程中某一时刻各个质点相对于各自的平衡位置的位移情况，从图象中可以看出：‎ ‎(1)波长λ；‎ ‎(2)振幅A；‎ ‎(3)该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况；‎ ‎(4)如果波的传播方向已知，可判断各质点该时刻的振动方向以及下一时刻的波形；‎ ‎(5)如果波的传播速度大小已知，可利用图象所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率：，。‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1、波的传播方向与质点振动方向的互判方法 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 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧 ‎“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 ‎2、波的多解问题的处理方法 ‎（1）造成波动问题多解的主要因素有[来源:学|科|网]‎ ‎①周期性：‎ 时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确；‎ 空间周期性：波传播距离Δx与波长λ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．‎ ‎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Δt或Δx，若此关系为时间，则t＝nT＋Δt(n＝0,1,2…)；若此关系为距离，则x＝nλ＋Δx(n＝0,1,2…)．‎ ‎【例1】一根张紧的水平弹性长绳上的a、b两点，相距14m，b点在a点的右方，如图所示，当一列简谐横波沿此长绳向右传播时，若a点的位移达到正向最大时，b点的位移恰好为零，且向下运动，经过1s后，a点的位移为零，且向上运动，求这简谐横波的波速。‎ ‎【答案】‎ ‎【变式练习1】如图所示是一列沿x 轴正方向传播的简谐横波在t＝0 时刻的波形图，已知波的传播速度v＝2m/s，试回答下列问题：‎ ‎（1） 写出x＝1.0m 处质点的振动函数表达式；‎ ‎（2） 求出x＝2.5m 处质点在0～4.5s 内通过的路程及t＝4.5s 时的位移．[来源:学#科#网][来源:Z#xx#k.Com]‎ ‎【答案】①y=5sin2πt（cm）．②90cm， -5cm ‎【变式练习2】如图所示，一根柔软的弹性绳子右端固定，左端自由，A、B、C、D…为绳上等间隔的点，相邻两点间间隔为50cm，现用手拉着绳子的端点A使其上下振动，若A点开始向上运动，经0.1 s 第一次达到最大位移，其数值为10cm,此时C点恰好开始振动，求：‎ ‎（1） 绳子形成的向右传播的横波速度为多大？‎ ‎（2） 从A开始振动，经多长时间Kh点第一次达到波峰？‎ ‎（3） 在图示坐标系中画出当K点第一次达到波峰时的波形图。‎ ‎【答案】（1） （2） （3）见解析 考点二　波的图象与振动图象的综合应用 ‎1．巧解图象问题 求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法 ‎(1)分清振动图象与波动图象．此问题最简单，只要看清横坐标即可，横坐标为x 则为波动图象，横坐标为t则为振动图象．‎ ‎(2)看清横、纵坐标的单位．尤其要注意单位前的数量级．[来源:学§科§网]‎ ‎(3)找准波动图象对应的时刻．‎ ‎(4)找准振动图象对应的质点．‎ ‎2．图象问题的易错点：‎ ‎(1)不理解振动图象与波的图象的区别．‎ ‎(2)误将振动图象看做波的图象或将波的图象看做振动图象．‎ ‎(3)不知道波传播过程中任意质点的起振方向与波源的起振方向相同．‎ ‎(4)不会区分波的传播位移和质点的振动位移．‎ ‎(5)误认为质点随波迁移．‎ ‎★重点归纳★‎ 振动图象与波动图象 振动图象 波动图象 研究对象 一振动质点 沿波传播方向的所有质点 研究内容 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 图象信息 ‎(1)质点振动周期 ‎(2)质点振幅 ‎(3)‎ ‎(1)波长、振幅 ‎(2)任意一质点在该时刻的位移 ‎(3)‎ 某一质点在各时刻的位移 ‎(4)各时刻速度、加速度的方向 任意一质点在该时刻的加速度方向 ‎(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，波形沿传播方向平移 一完整曲 线占横坐 标的距离 表示一个周期 表示一个波长 ‎【例2】如图为某波源的振动图像，右图是该波源产生的横波在某时刻的波形图，波动图的O点表示波源，问：‎ ‎（1）这列波的波速多大？‎ ‎（2）若波向右传播，当波动图中质点Q第一次到达平衡位置且向上运动时，质点P已经经过了多少路程？‎ ‎【变式练习3】（多选）图甲为一列简谐横波在t=0.10 s时刻的波形图，P是平衡位置为x=1 m处的质点，Q是平衡位置为x=4 m处的质点，图乙为质点Q的振动图像，则： （ ）‎ A.该波沿x轴负方向传播 B.该波的波速为40 m/s C.t=0.10 s时刻质点P正向平衡位置运动 D.t=0.075 s时刻质点P运动至平衡位置 ‎【答案】ABD ‎【变式练习4】（多选）图1是一列沿x轴传播的简谐横波在t=0.4s时刻的波形图。若d位置的质点比a位置的质点晚0.6s起振，图2表示位置在a、d之间的某质点P的振动图象，且图1、图2的计时起点相同。则： （ ）‎ A．该波沿x轴负方向传播 B．该波的周期为0.8s C．质点P位于b、c之间 D．质点P位于a、b之间[来源:学,科,网]‎ ‎【答案】BC 考点三　波的干涉、衍射、多普勒效应 ‎1． 波的干涉中振动加强点和减弱点的判断 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Δr.‎ ‎(1)当两波源振动步调一致时 若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动加强；‎ 若Δr＝(2n＋1) (n＝0,1,2，…)，则振动减弱．‎ ‎(2)当两波源振动步调相反时 若Δr＝(2n＋1) (n＝0,1,2，…)，则振动加强；‎ 若Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)，则振动减弱．‎ ‎2． 波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长．[来源:学.科.网Z.X.X.K]‎ ‎3． 多普勒效应的成因分析 ‎(1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数．当波以速度v通过观察者时，时间t内通过的完全波的个数为，因而单位时间内通过观察者的完全波的个数，即接收频率．‎ ‎(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小．‎ ‎【例3】如图所示，沿x轴正方向传播的一列简谐波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200 m/s，则： （ ）‎ A．再经过0.01 s，图中质点a的速度方向与加速度方向相同 B．图中质点b此时动能正在减少，其加速度正在减小 C．若发生稳定干涉现象，该波所遇到的波的频率为50 Hz D．若发生明显衍射现象，该波所遇到的障碍物的尺寸一定不大于2 m ‎【答案】C ‎【变式练习5】如图为声波干涉演示仪的原理图，两个U形管A和B套在一起，A管两侧各有一小孔．声波从左侧小孔传入管内，被分成两列频率____的波．当声波分别通过A、B传播到右侧小孔时，若两列波传播的路程相差半个波长，则此处声波的振幅____；若传播的路程相差一个波长，则此处声波的振幅________．‎ ‎【答案】相同；减小；增大 ‎【变式练习6】（多选）关于振动和波动，下列说法正确的是： （ ）‎ A．部队过桥不能齐步走而要便步走，是为了避免桥梁发生共振现象 B．在波的干涉中，振动加强的点位移不一定始终最大 C．各种波均会发生偏振现象 D．我们在地球上接收到来自遥远星球的光波的波长变长，可以判断该星球正在离我们远去 ‎【答案】ABD ‎1．有关纵波与横波，下列说法正确的是： （ ）‎ A．振源上下振动形成的波是横波 B．振源水平振动形成的波是纵波 C．波沿水平方向传播质点上下振动，这类波是横波 D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波一定是纵波 ‎【答案】C ‎2．如图甲所示，两列横波在同一水平面上传播，两列横波的波源沿竖直方向振动。横波1的波源B点的振动图象如图乙所示；横波2的波源C点的振动图象如图丙所示。两列波的波速都为20 cm/s。两列波在P点相遇，P与B、C 两点的距离均为40 cm，则P点振幅为： （ ）‎ A． 70cm B． -10cm C． 0 D． 10cm ‎【答案】D ‎3．如图所示，在直线PQ的中垂线OM上有A、B两个声源，分别距O点6m和1m，两个声源同时不断向外发出波长都为2m的完全相同的声波。在直线PQ上从－∞到＋∞的范围内声波干涉减弱的区域共有： （ ）‎ A．无穷多个 B．7个 C．5个 D．3个 ‎【答案】C ‎4．（多选）如图所示，两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x=－1.0 m和x=5.0 m处，两列波的速率均为v=2 m/s，两波源的振幅均为A=2 cm。图示为t＝0时刻两列波的图象（传播方向如图所示），此刻平衡位置处于x=1.0 m和x=3.0 m的M、N两质点刚开始振动。质点P、Q的平衡位置分别处于x＝2.0m和x＝2.5m处，关于各质点运动情况判断正确的是： （ ）‎ A．质点Q的起振方向沿y轴正方向 B．t＝1.25 s时刻，质点M的位移为-4cm C．两列波能发生干涉，发生干涉后质点P为振动减弱点 D．两列波能发生干涉，发生干涉后质点Q为振动加强点 ‎【答案】ACD ‎5．如图所示，a、b、c、D．.....为传播简谐横波的介质中一系列等间隔的质点，相邻两质点间的距离均为0.1m，若某时刻向右传播的波到达a质点，a开始时先向上运动，经过0.2s d质点第一次达到最大位移，此时a正好在平衡位置（已知质点振幅为2cm，ad沿传播方向上的距离小于一个波长）。则该简谐横波在介质中的速速可能值为 _m/s,此时质点j的位移为 cm。‎ ‎【答案】3或2 0‎ ‎1．如下图所示．甲为沿x 轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波动图象，乙图为参与波动质点P的振动图象，则下列判断正确的是： （ ）‎ A．该波的传播速率为4 cm/s B．该波的传播方向沿x轴正方向[来源:学科网ZXXK]‎ C．经过0.5 s时间，质点P沿波的传播方向向前传播2 m D．平衡位置x=1.5 m处的质点在t=0s到t=2.25s时间内的路程为 ‎【答案】D ‎2．一频率为600Hz 的声源以20rad／s 的角速度沿一半径为0.80m 的圆周作匀速圆周运动，一观察者站在离圆心很远的P 点且相对于圆心静止，如图所示，下列判断正确的是： （ ）‎ ‎①观察者接收到汽笛在A 点发出声音的频率大于600Hz ‎②观察者接收到汽笛在B 点发出声音的频率等于600Hz ‎③观察者接收到汽笛在C 点发出声音的频率等于600Hz ‎④观察者接收到汽笛在D 点发出声音的频率小于600Hz[来源:学科网]‎ A．①② B．②④ C．①③ D．③④‎ ‎【答案】A ‎3．在xOy平面内有一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速为2m/s，振幅为A。M、N是平衡位置相距2m的两个质点，如图所示。在t=0时，M通过其平衡位置沿y轴正方向运动，N位于其平衡位置上方最大位移处。已知该波的周期大于1s。则： （ ）‎ A．该波的周期为s B．在t=s时，N的速度一定为2m/s C．从t=0到t=1s，M向右移动了2m D．从t=s到t=s，M的动能逐渐增大 ‎【答案】D ‎4．（多选）如图甲所示为一列简谐横波在t＝0.2s时的波形图，Ph为平衡位置在x＝2m处的质点，图乙所示为质点P的振动图象，则下列关于该波的说法中正确的是： （ ）[来源:Zxxk.Com]‎ A．该波的周期是0.4s[来源:学,科,网]‎ B．该波沿x轴正方向传播 C．该波的传播速度为10m/s D．从t＝0.2s到t＝0.5s，质点P通过的路程为40cm ‎【答案】AC ‎5．在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距的A、B两点，如图（甲）、（乙）分别是A、B两质点的振动图像，已知该波波长大于，求这列波可能的波速。‎ ‎【答案】、、、‎ ‎1．【2017·天津卷】手持较长软绳端点O以周期T在竖直方向上做简谐运动，带动绳上的其他质点振动形成简谐波沿绳水平传播，示意如图。绳上有另一质点P，且O、P的平衡位置间距为L。t=0时，O位于最高点，P的位移恰好为零，速度方向竖直向上，下列判断正确的是： （ ）‎ A．该简谐波是纵波 B．该简谐波的最大波长为2L C．时，P在平衡位置上方 D．时，P的速度方向竖直向上 ‎【答案】C ‎2．【2017·新课标Ⅲ卷】（三选）如图，一列简谐横波沿x轴正方向传播，实线为t ‎=0时的波形图，虚线为t=0.5 s时的波形图。已知该简谐波的周期大于0.5 s。关于该简谐波，下列说法正确的是_______（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）。‎ A．波长为2 m B．波速为6 m/s C．频率为1.5 Hz D．t=1 s时，x=1 m处的质点处于波峰 E．t=2 s时，x=2 m处的质点经过平衡位置 ‎【答案】BCE ‎3．【2016·四川卷】（多选）简谐横波在均匀介质中沿直线传播，P、Q是传播方向上相距10 m的两质点，波先传到P，当波传到Q开始计时，P、Q两质点的振动图像如图所示。则： （ ）‎ A．质点Q开始振动的方向沿y轴正方向 B．该波从P传到Q的时间可能为7 s C．该波的传播速度可能为2 m/s D．该波的波长可能为6 m ‎【答案】AD ‎4．【2016·上海卷】（多选）甲、乙两列横波在同一介质中分别从波源M、N两点沿x轴相向传播，波速为2 m/s，振幅相同；某时刻的图像如图所示。则： （ ）‎ A．甲乙两波的起振方向相反 B．甲乙两波的频率之比为3:2‎ C．再经过3 s，平衡位置在x=7 m处的质点振动方向向下 D．再经过3 s，两波源间（不含波源）有5个质点位移为零 ‎【答案】ABD ‎5．【2015·北京·15】周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播，该波在某时刻的图像如图所示，此时质点P沿y轴负方向运动，则该波： （ ）‎ A．沿x轴正方向传播，波速v=20m/s B．沿x轴正方向传播，波速v=10m/s C．沿x轴负方向传播，波速v=20m/s D．沿x轴负方向传播，波速v=10m/s ‎【答案】B