高考物理人教版一轮复习课件-12机械波的形成和传播特点 58页

机械波的形成和传播特点 [记一记] 1．机械波的产生条件 (1)振源； (2) 。介质 2．机械波的分类 机械波可分为 和纵波两种。前者质点振动方 向和波的传播方向 ，后者质点振动方向和波的传 播方向在同一直线上。 3．机械波的传播 横波 垂直 λf (2)介质质点的运动是在各自的平衡位置附近 ， 是变加速运动，介质质点并不随波 。 (3)机械波传播的是 、能量和信息。 (4)机械波的频率由 决定，而传播速度由 决定。 振动 迁移 振动形式 波源 介质 [试一试] 1．关于振动和波的关系，下列说法中正确的是(　　) A．振动是波的成因，波是振动的传播 B．振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点 联合起来呈现的运动现象 C．波的传播速度就是质点振动的速度 D．波源停止振动时，波立即停止传播 解析：机械波的产生条件是有波源和介质。由于介 质中的质点依次带动由近及远传播而形成波，所以 选项A和B正确。 波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介 质中其速度大小不变；而质点振动的速度和方向都随时 间周期性地发生变化。选项C错误。 波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处 传播；当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动 的运动形式，不会随波源停止振动而停止传播，即波不 会停止传播。选项D错误。 答案：AB 波的图象 [记一记] 1．坐标轴 x轴：各质点 的连线。 y轴：沿质点振动方向，表示质点的 。 2．波的图象的物理意义 表示介质中各质点在某一时刻相对各自 的位 移。 平衡位置 位移 平衡位置 3．波的图象的形状 简谐波的图象是 (或余弦)曲线，如图12－2－1 所示。 正弦 图12－2－1 [试一试] 2.如图12－2－2是一列简谐波的图象， 那么这列波的波长为________，各 质点的振幅为________，x＝1.0 m处的质点此时刻 的位移是________。 图12－2－2 波的特有现象 [想一想] 如图12－2－3所示为声波干涉演示仪 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 波的振幅如何变化？若传播的路程相差一个波长，则此处声 波的振幅如何变化？ [提示]　由同一波源分成的两列波频率相同，符合两列 机械波干涉的条件。当两列波的路程差等于半波长的奇数倍 时，振动减弱；当路程差等于波长的整数倍时，振动加强。 图12－2－3 [记一记] (1)一切波都能发生反射、折射、衍射、干涉。其中衍 射、干涉是波特有的性质。 ①衍射：波绕过障碍物继续传播的现象。 能够发生明显的衍射现象的条件是：障碍物(或小孔) 的尺寸比波长 或相差不多。 ②干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动 某些区域的振动 ，这种现象叫做波的干涉。 产生干涉的必要条件是：两列波的频率 。在稳 定的干涉区域内，振动加强点始终 ，振动减弱点 始终 。 小 加强 减弱 相同 加强 减弱 波峰和波峰叠加得到振动 点，波谷和波谷叠 加也得到振动 点，波峰和波谷叠加得到振动 点。 (2)多普勒效应： 波源 运动时，观察者观察到的频率 高于或低于波的实际频率的现象。 加强 加强 减弱 相对观察者 [试一试] 3．关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正确的是(　 　) A．任意两列波都能产生稳定干涉现象 B．发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同 C．在振动减弱的区域，各质点都处于波谷 D．在振动加强的区域，质点的位移总是很大 解析：两列波叠加产生稳定干涉现象的一个必要条件是 两列波的频率相同，故A错，B正确；在振动减弱的区 域里，只是两列波引起质点振动始终是减弱的，质点振 动的振幅等于两列波的振幅之差。如果两列波的振幅相 同，质点振动的振幅就为零，所以选项C是错误的；在 振动加强的区域里，两列波引起质点振动始终是加强的， 质点振动得最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和。 但这些点始终是振动着的，因而有时质点的位移等于零， 所以选项D是错误的。 答案：B　 机械波的形成与传播 (1)在振动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间 的距离叫波长。 (2)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。 (3)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。因此可以断定：波 从一种介质进入另一种介质，由于介质的情况不同，它 的波长和波速可以改变，但频率和周期都不会改变。 (5)质点振动nT(波传播nλ)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。 [例1]　(2012·浙江高考)用手握住较长软绳的一端连 续上下抖动，形成一列简谐横波。某一时刻的波形如图 12－2－4所示。绳上a、b两质点均处于波峰位置。下列 说法正确的是 (　　) 图12－2－4 A．a、b两点之间的距离为半个波长 B．a、b两点振动开始时刻相差半个周期 C．b点完成全振动次数比a点多一次 D．b点完成全振动次数比a点少一次 [尝试解题] a、b两点之间的距离为一个波长，选项A错误；a、 b两点振动开始时刻相差一个周期，选项B错误；波动先 传播到a点，b点完成全振动次数比a点少一次，选项C错 误D正确。 [答案]　D 波的多解性问题 造成波动问题多解的主要因素 (1)周期性： ①时间周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确。 ②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： ①传播方向双向性：波的传播方向不确定。 ②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。 解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法， 即找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，如知时 间关系，则加nT；如知空间关系，则加nλ。 (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。 [例2]　(2013·南昌模拟)如图12－2－5所示实线是一 列简谐横波在t1＝0时刻的波形，虚线是这列波在t2＝0.5 s时刻的波形，这列波的周期T符合：3T＜t2－t1＜4T， 问： 图12－2－5 (1)若波速向右，波速多大？ (2)若波速向左，波速多大？ (3)若波速大小为74 m/s，波速方向如何？ [答案]　(1)54 m/s　(2)58 m/s　(3)波向左传播 求解波的多解问题的一般解题步骤 (1)根据初末两时刻的波形图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。 振动图象和波动图象的综合应用 1.两种图象的比较 图象 某时刻所有质点的空间 分布规律 一质点的位移随时间 变化规律 研究内容 沿波传播方向上所有质 点 一振动质点研究对象 波的图象振动图象图象类型 (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 刻加速度方向 (4)传播方向、振动方 向的互判 (1)质点振动周期 (2)质点振幅 (3)各时刻质点位移 (4)各时刻速度、加 速度方向 图象信息 表示某时刻各质点的 位移 表示某质点各个时刻 的位移物理意义 波的图象振动图象图象类型 表示一个波长表示一个周期 一完整曲线 占横坐标距 离 随时间推移，图象 沿传播方向平移 随时间推移，图象延 续，但已有形状不变 图象变化 记录着许多人某时 刻动作、表情的集 体照片 记录着一个人一段时 间内活动的录像带 形象比喻 波的图象振动图象图象类型 2．波的传播方向与质点振动方向的互判方法 已知质点振动方向可判断波的传播方向，或已知波的传 播方向和某时刻的图象可判断介质质点的振动方向，常用的 方法如下： (1)微平移法：沿波的传播方向将波的图象进 行一微小平移，然后由两条波形曲线来判断 例如：波沿x轴正方向传播，t时刻波形曲线 如图中实线所示。将其沿v的方向移动一微 小距离Δx，获得如图中虚线所示的图线 可以判定：t时刻质点A振动方向向下，质点 B振动方向向上，质点C振动方向向下 图象 方法 (3)逆向描迹法：逆着波的传播方向用铅笔描波形 曲线，笔头向上动，质点的振动方向向上，笔头 向下动，质点的振动方向就向下 (2)“上、下坡”法：沿着波的传播方向看，上坡 的点向下振动，下坡的点向上振动。即“上坡下、 下坡上” 例如：图中A点向上振动，B点向下振动，C点向 上振动 方法图象 (4)同侧法：质点的振动方向与波 的传播方向在波的图象的同一侧。 如图所示 方法图象 当已知质点振动方向判断波的传播方向时，仍应用 上述方法，只不过是上述方向的逆向思维。 [例3]　(2012·福建高考)一列简谐横波沿x轴传播，t ＝0时刻的波形如图12－2－6甲所示，此时质点P正沿y轴 负方向运动，其振动图象如图乙所示，则该波的传播方 向和波速分别是 (　　) 图12－2－6 A．沿x轴负方向，60 m/s B．沿x轴正方向，60 m/s C．沿x轴负方向，30 m/s D．沿x轴正方向，30 m/s [审题指导] 由波动图象可读出波长；由振动图象可读出周期；由 P点的振动方向可确定波的传播方向。 [答案]　A [随堂巩固落实] 1．在同一介质中两列频率相同，振动步调一致的横波互 相叠加，则 (　　) 答案：ACD　 2．(2012·丹东联考)一列简谐波沿x轴正方向传播，某时 刻波形图如图12－2－7甲所示，a、b、c、d是波传播方 向上的四个振动质点的平衡位置。如再过3/2个周期开始 计时，其中某质点继续振动的图象如图乙所示，则该质 点是 (　　) 图12－2－7 A．a处质点　　　　　　　　　 B．b处质点 C．c处质点 D．d处质点 解析：画出再过3/2个周期后的波形图，a处质点处于 波谷，c处质点处于波峰，b处质点处于平衡位置且向 下运动，d处质点处于平衡位置且向上运动，所以图乙 是d处质点的振动图象，选项D正确。 答案：D　 3．(2013·山西四校联考)振源S在O点做竖直方向的简 谐运动，频率为10 Hz，t＝0时刻向右传播的简谐横波 如图12－2－8所示(向左传播的简谐横波图中未画出)。 则以下说法正确的是 (　　) 图12－2－8 A．t＝0时，x＝1 m处的质点振动方向向上 B．t＝0时，x＝－2 m处的质点振动方向向上 C．t＝0.175 s时，x＝－1 m处的质点处在波谷位置 D．t＝0.175 s时，x＝1 m处的质点处在波峰位置 解析：t＝0时，x＝1 m处的质点振动方向向上，选项A正确； 根据波动传播的双向性和对称性，画出向左传播波的波形图， t＝0时，x＝－2 m处的质点振动方向向下，选项B错误；波长 为λ＝2 m，周期T＝1/f＝0.1 s，波速v＝λf＝20 m/s。t＝0.175 s时，x＝－1 m处的质点处在波谷位置，选项C正确D错误。 答案：AC　 4．(2012·淄博一模)如图12－2－9所示，沿x轴正方向传 播的一列简谐横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其 波速为200 m/s，下列说法中正确的是(　　) 图12－2－9 A．图示时刻质点b的加速度正在减小 B．从图示时刻开始，经过0.01 s，质点a通过的路 程为20 cm C．若此波遇到另一列波并发生稳定的干涉现象，则另一列波 的频率为50 Hz D．若该波传播中遇到宽约4 m的障碍物，能发生明显的衍射 现象 解析：图示时刻质点b向下运动，质点的加速度正在增大，选 项A错误；此波周期为T＝λ/v＝0.02 s，频率为50 Hz。从图示 时刻开始，经过0.01 s，质点a振动了半个周期，故其通过的 路程是40 cm，选项B错误；若此波遇到另一列波并发生稳定 的干涉现象，则另一列波的频率为50 Hz，选项C正确；根据 发生明显衍射现象的条件，若该波传播中遇到宽约4 m的障碍 物，能发生明显的衍射现象，选项D正确。 答案：CD　 5.(2012·威海一模)P、Q是一列简谐横波中的 两点，相距9 m，它们各自的振动图线如 图12－2－10所示，如果Q比P离波源近， 那么这列波的波长为多少？波速的最大值是多少？ 解析：由振动图象可知，T＝4 s。由题意可知，9＝kλ＋ λ/4， 解得λ＝36/(4k＋1)，(k＝0,1,2,3…) 由公式v＝λ/T， 当k＝0时，波速最大，最大波速v＝9 m/s。 答案：36/(4k＋1)(k＝0,1,2,3…)　9 m/s 图12－2－10 （给有能力的学生加餐） 1．(2012·湖南部分学校联考)一列简谐横波，A为振源， 在B点刚开始振动时的图象如图1所示。图中数据单位 都是m，已知波的传播速度为10 m/s，下列说法正确的 是 (　　) 图1 A．振源A开始振动时的速度方向向下 B．从振源A开始振动到形成如图所示波形，经过时间 为 1.6 s C．此后再经过0.2 s，振源A到达波峰 D．从M点开始运动到如图所示时刻，M通过的路程为 1.0 m 答案：B 2．(2012·重庆期末)如图2甲所示为某振源的振动图象， 图乙为该振源振动在t时刻在介质中形成的沿x轴传播的 简谐横波。以下说法正确的是 (　　) 图2 A．质点P的振幅为0 B．如果Q点是振源，则P点至少振动了5T/4 C．如果Q点是振源，则Q点至少振动了9T/4 D．如果t时刻P点沿y轴正向振动，则波沿－x方向传播 解析：质点P的振幅为A，选项A错误；如果Q点是振源， 波动沿－x方向传播，P点t时刻振动方向向下，则P点至 少振动了T，Q点至少振动了9T/4，选项B错误C正确； 如果t时刻P点沿y轴正向振动，则波沿＋x方向传播，选 项D错误。 答案：C　 3．(2012·大纲全国卷)一列简谐横波沿x轴正方向传播， 图3(a)是t＝0时刻的波形图，图(b)和图(c)分别是x轴上某 两处质点的振动图象。由此可知，这两质点平衡位置之 间的距离可能是 (　　) 图3 答案：BD　 4．(2011·四川高考)如图6所示为一沿 x轴负方向传播的简谐横波在t＝0 时的波形图，当Q点在t＝0时的振 动状态传到P点时，则 (　　) 图6 A．1 cm