《高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 振動與波 光學(xué) 相對論 第2講 機(jī)械波課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 振動與波 光學(xué) 相對論 第2講 機(jī)械波課件（38頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、課標(biāo)版課標(biāo)版 物理物理第2講機(jī)械波一、機(jī)械波的形成和傳播特點一、機(jī)械波的形成和傳播特點1.機(jī)械波的產(chǎn)生條件: 、 。2.機(jī)械波的分類(1)橫波:質(zhì)點振動方向與波的傳播方向 。(2)縱波:質(zhì)點振動方向與波的傳播方向在同一直線上。3.機(jī)械波的傳播(1)在同一種均勻介質(zhì)中機(jī)械波的傳播是勻速的。波速、波長和頻率(周期)之間滿足公式:v=f=。(2)介質(zhì)質(zhì)點的運(yùn)動是在各自的平衡位置附近振動,是變加速運(yùn)動,介質(zhì)質(zhì)點并不隨波 。(3)機(jī)械波傳播的是 、能量和信息。(4)機(jī)械波的頻率由 決定,而傳播速度由 決定。T教材研讀教材研讀振源振源介質(zhì)介質(zhì)垂直垂直遷移遷移振動形式振動形式波源波源 介質(zhì)介質(zhì)自測自測1 (

2、多選)關(guān)于振動和波的關(guān)系,下列說法中正確的是 ( )A.振動是波的成因,波是振動的傳播B.振動是單個質(zhì)點呈現(xiàn)的運(yùn)動現(xiàn)象,波是許多質(zhì)點聯(lián)合起來呈現(xiàn)的運(yùn)動現(xiàn)象C.波的傳播速度就是質(zhì)點振動的速度D.波源停止振動時,波立即停止傳播答案 AB波的傳播速度是波形由波源向外伸展的速度,在均勻介質(zhì)中其速度大小不變,而質(zhì)點只在其平衡位置附近振動,其速度隨時間周期性地發(fā)生變化,C錯誤;波源一旦將振動形式傳給了介質(zhì),振動形式就會在介質(zhì)中向遠(yuǎn)處傳播,當(dāng)波源停止振動時,介質(zhì)仍然繼續(xù)傳播波源振動的運(yùn)動形式,不會隨波源停止振動而停止傳播,D錯誤。二、橫波的圖像二、橫波的圖像1.坐標(biāo)軸:橫軸表示各質(zhì)點的 ,縱軸表示該時刻各質(zhì)

3、點的 。2.意義:表示在波的傳播方向上,某時刻各質(zhì)點離開 的位移。平衡位置平衡位置位移位移平衡位置平衡位置三、波長、波速、頻率及其關(guān)系三、波長、波速、頻率及其關(guān)系1.波長:在波動中,振動相位總是 的兩個相鄰質(zhì)點間的距離。2.波速v:波在介質(zhì)中的傳播速度,由 本身的性質(zhì)決定。3.頻率f:由波源決定,等于波源的 。4.波長、波速和頻率的關(guān)系:a.v= ;b.v=。自測自測2如圖所示是一列簡諧波在t=0時刻的波形圖,介質(zhì)中的質(zhì)點P沿y軸方向做簡諧運(yùn)動的表達(dá)式為y=10 sin 5t(cm)。關(guān)于這列簡諧波,下列說法中正確的是( )T相同相同介質(zhì)介質(zhì)振動頻率振動頻率f A.這列簡諧波的振幅為20 cm

4、B.這列簡諧波的周期為5.0 sC.這列簡諧波在該介質(zhì)中的傳播速度為25 cm/sD.這列簡諧波沿x軸正向傳播答案 D由題圖可知,質(zhì)點偏離平衡位置的最大距離即振幅為10 cm,A錯誤;由質(zhì)點P做簡諧運(yùn)動的表達(dá)式可知其運(yùn)動周期為T= s=0.4 s,B錯誤;由題圖知波長為=4 m,波速v= m/s=10 m/s,C錯誤;由質(zhì)點P做簡諧運(yùn)動的表達(dá)式可知,t=0時刻質(zhì)點P正在向上運(yùn)動,由此可判斷波沿x軸正向傳播,D正確。225T40.4四、波的干涉和衍射現(xiàn)象多普勒效應(yīng)四、波的干涉和衍射現(xiàn)象多普勒效應(yīng)1.波的干涉和衍射 波的干涉波的衍射條件兩列波的頻率必須 明顯條件:障礙物或孔的 比波長小或相差不多現(xiàn)

5、象形成加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)相互隔開的穩(wěn)定的 波能夠 或孔繼續(xù)向前傳播相同相同尺寸尺寸干涉圖樣干涉圖樣繞過障礙物繞過障礙物2.多普勒效應(yīng)(1)條件:聲源和觀察者之間有 。(2)現(xiàn)象:觀察者感到 發(fā)生變化。(3)實質(zhì):聲源頻率 ,觀察者接收到的頻率 。自測自測3 (辨析題)(1)兩列波在介質(zhì)中疊加,一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。( )(2)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。( )(3)多普勒效應(yīng)說明波源的頻率發(fā)生變化。( )答案 (1) (2) (3)相對運(yùn)動相對運(yùn)動頻率頻率不變不變變化變化考點一波的形成與傳播考點一波的形成與傳播1.在波動中,振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離叫波長。2.波傳到任意一點,該點的起振方向都

6、和波源的起振方向相同。3.介質(zhì)中每個質(zhì)點做的都是受迫振動,所以任一質(zhì)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(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),由于介質(zhì)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。4.振源經(jīng)過一個周期T完成一次全振動,波恰好向前傳播一個波長的距離,所以有v=f。5.質(zhì)點振動nT(波傳播n)(n=1,2,3,)時,波形不變。6.相隔波長整數(shù)倍的兩質(zhì)點,振動狀態(tài)總相同,相隔半波長奇數(shù)倍的兩質(zhì)點,振動狀態(tài)總相反。T考點突破考點突破典例典例1 2015課標(biāo),34(2)平衡位置位于原點O的波源發(fā)出的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿水平x軸傳播,P、Q為x軸上的兩個點(均位于x軸正向)

7、,P與O的距離為35 cm,此距離介于一倍波長與二倍波長之間。已知波源自t=0時由平衡位置開始向上振動,周期T=1 s,振幅A=5 cm。當(dāng)波傳到P點時,波源恰好處于波峰位置;此后再經(jīng)過5 s,平衡位置在Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置。求:()P、Q間的距離;()從t=0開始到平衡位置在Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置時,波源在振動過程中通過的路程。答案 ()133 cm ()125 cm解析 ()由題意,O、P兩點間的距離與波長之間滿足OP=波速v與波長的關(guān)系為v=在5 s的時間內(nèi),波傳播的路程為vt。由題意有vt=PQ+式中,PQ為P、Q間的距離。由式和題給數(shù)據(jù),得54T4PQ=133 cm()

8、Q處的質(zhì)點第一次處于波峰位置時,波源振動的時間為t1=t+T波源從平衡位置開始運(yùn)動,每經(jīng)過,波源運(yùn)動的路程為A。由題給條件得t1=25故t1時間內(nèi),波源運(yùn)動的路程為s=25A=125 cm544T4T1-1 (2015四川理綜,2,6分)平靜湖面?zhèn)鞑ブ涣兴娌?橫波),在波的傳播方向上有相距3 m的甲、乙兩小木塊隨波上下運(yùn)動,測得兩小木塊每分鐘都上下30次,甲在波谷時,乙在波峰,且兩木塊之間有一個波峰。這列水面波( )A.頻率是30 HzB.波長是3 mC.波速是1 m/sD.周期是0.1 s答案 C波的周期T= s=2 s,f=0.5 Hz,1.5=3 m,=2 m,則波速v= m/s=1

9、 m/s,A、B、D錯誤,C正確。60301TT221-2 (2014天津理綜,5,6分)平衡位置處于坐標(biāo)原點的波源S在y軸上振動,產(chǎn)生頻率為50 Hz的簡諧橫波向x軸正、負(fù)兩個方向傳播,波速均為100 m/s。平衡位置在x軸上的P、Q兩個質(zhì)點隨波源振動著,P、Q的x軸坐標(biāo)分別為xP=3.5 m、 xQ=-3 m。當(dāng)S位移為負(fù)且向-y方向運(yùn)動時,P、Q兩質(zhì)點的( )A.位移方向相同、速度方向相反B.位移方向相同、速度方向相同C.位移方向相反、速度方向相反D.位移方向相反、速度方向相同答案 D該波的波長= m=2 m,SP=3.5 m=+,SQ=3 m=+,此時P、Q兩質(zhì)點的位移方向相反,但振動

10、方向相同,選項D正確。vf100503412考點二波動圖像的理解和應(yīng)用考點二波動圖像的理解和應(yīng)用1.通過圖像能直接得到的信息(1)直接讀取振幅A和波長,以及該時刻各質(zhì)點的位移;(2)確定該時刻各質(zhì)點加速度的方向,并能比較其大小。2.波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法 內(nèi)容圖像“上下坡”法沿波的傳播方向,“上坡”時質(zhì)點向下振動,“下坡”時質(zhì)點向上振動“同側(cè)”法波形圖上某點表示傳播方向和振動方向的箭頭在圖線同側(cè)“微平移”法將波形沿傳播方向進(jìn)行微小的平移,再由對應(yīng)同一x坐標(biāo)的兩波形曲線上的點來判斷振動方向典例典例2如圖為一列沿x軸負(fù)方向傳播的簡諧橫波在t=0時的波形圖,當(dāng)Q點在t=0時的振動狀態(tài)傳

11、到P點時,則( )A.1 cmx3 cm范圍內(nèi)的質(zhì)點正在向y軸的負(fù)方向運(yùn)動B.Q處的質(zhì)點此時的加速度沿y軸的正方向C.Q處的質(zhì)點此時正在波峰位置D.Q處的質(zhì)點此時運(yùn)動到P處答案 B畫出將Q點的振動狀態(tài)傳到P點,即t=T時的波形圖(如圖),由波的傳播方向知,1 cmx2 cm范圍內(nèi)的質(zhì)點沿y軸正方向運(yùn)動,A錯誤;此時Q處的質(zhì)點在波谷,具有沿y軸正方向的加速度,所以B正確,C、D錯誤。342-1 (2015北京理綜,15,6分)周期為2.0 s的簡諧橫波沿x軸傳播,該波在某時刻的圖像如圖所示,此時質(zhì)點P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動。則該波( )A.沿x軸正方向傳播,波速v=20 m/sB.沿x軸正方向傳播,波

12、速v=10 m/sC.沿x軸負(fù)方向傳播,波速v=20 m/sD.沿x軸負(fù)方向傳播,波速v=10 m/s答案 B由質(zhì)點P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動,可知波沿x軸正方向傳播,波速v=10 m/s,B項正確。T20m2.0s考點三振動圖像和波動圖像的綜合應(yīng)用考點三振動圖像和波動圖像的綜合應(yīng)用 振動圖像波動圖像研究對象一個振動質(zhì)點沿波傳播方向的所有質(zhì)點研究內(nèi)容質(zhì)點的位移隨時間的變化規(guī)律某時刻所有質(zhì)點的空間分布規(guī)律圖像物理意義表示同一質(zhì)點在各時刻的位移表示某時刻各質(zhì)點的位移圖像信息(1)質(zhì)點振動周期(2)質(zhì)點振幅(3)某一質(zhì)點在各時刻的位移(4)各時刻速度、加速度的方向(1)波長、振幅(2)任意一質(zhì)點在該時刻的位

13、移(3)任意一質(zhì)點在該時刻加速度的方向(4)傳播方向、振動方向的互判圖像變化隨時間推移,圖像延續(xù),但已有形狀不變隨時間推移,圖像沿傳播方向平移一個完整曲線占橫坐標(biāo)的距離表示一個周期表示一個波長典例典例3 2014課標(biāo),34(1),6分(多選)圖(a)為一列簡諧橫波在t=2 s時的波形圖,圖(b)為媒質(zhì)中平衡位置在x=1.5 m處的質(zhì)點的振動圖像,P是平衡位置為x=2 m的質(zhì)點。下列說法正確的是 。A.波速為0.5 m/sB.波的傳播方向向右C.02 s時間內(nèi),P運(yùn)動的路程為8 cmD.02 s時間內(nèi),P向y軸正方向運(yùn)動E.當(dāng)t=7 s時,P恰好回到平衡位置答案 ACE由圖(a)可知,波長=2

14、m,由圖(b)可知周期T=4 s,則波速v=0.5 m/s,A正確。t=2 s時,x=1.5 m處的質(zhì)點振動方向向下,則波向左傳播,B錯。02 s時間內(nèi),P質(zhì)點運(yùn)動的路程xP=4A=8 cm,C項正確。02 s時間內(nèi),P質(zhì)點向y軸負(fù)方向運(yùn)動,D項錯。t=0時P質(zhì)點位于正向最大位移處,故P質(zhì)點到達(dá)平衡位置的時刻為t=(2n+1),當(dāng)n=3時,t=7 s,P恰好回到平衡位置,E項正確。TtT4T“一分、一看、二找”巧解波動圖像與振動圖像綜合類問題(1)分清振動圖像與波動圖像。只要看清橫坐標(biāo)即可,橫坐標(biāo)為x則為波動圖像,橫坐標(biāo)為t則為振動圖像。(2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位,注意單位前的數(shù)量級。(3)找

15、準(zhǔn)波動圖像對應(yīng)的時刻。(4)找準(zhǔn)振動圖像對應(yīng)的質(zhì)點。3-1 (2015天津理綜,3,6分)圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖,a、b兩質(zhì)點的橫坐標(biāo)分別為xa=2 m和xb=6 m,圖乙為質(zhì)點b從該時刻開始計時的振動圖像。下列說法正確的是( )A.該波沿+x方向傳播,波速為1 m/sB.質(zhì)點a經(jīng)4 s振動的路程為4 mC.此時刻質(zhì)點a的速度沿+y方向D.質(zhì)點a在t=2 s時速度為零答案 D t=0時,b質(zhì)點向+y方向運(yùn)動,根據(jù)“下坡上”可判定波沿-x方向傳播,A錯誤;a總是與b的振動方向相反,t=0時,a向-y方向運(yùn)動,C錯誤;經(jīng)過4 s,a回到平衡位置,路程為1 m,B錯誤;t=2 s時,a

16、處于波谷,速度為零,D正確?？键c四波的多解問題考點四波的多解問題1.造成波動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(guān)系不明確?？臻g周期性:波傳播距離x與波長的關(guān)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(zhì)點振動方向不確定。(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一般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(nèi)滿足條件的關(guān)系t或x,若此關(guān)系為時間,則t=nT+t(n=0,1,2,);若此關(guān)

17、系為距離,則x=n+x(n=0,1,2,)。典例典例4 2015課標(biāo),34(2),10分甲、乙兩列簡諧橫波在同一介質(zhì)中分別沿x軸正向和負(fù)向傳播,波速均為v=25 cm/s。兩列波在t=0時的波形曲線如圖所示。求()t=0時,介質(zhì)中偏離平衡位置位移為16 cm的所有質(zhì)點的x坐標(biāo);()從t=0開始,介質(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為-16 cm的質(zhì)點的時間。答案 ()(50+300n)cm,n=0,1,2, ()0.1 s解析 ()t=0時,在x=50 cm處兩列波的波峰相遇,該處質(zhì)點偏離平衡位置的位移為16 cm。兩列波的波峰相遇處的質(zhì)點偏離平衡位置的位移均為16 cm。從圖線可以看出,甲、乙兩列

18、波的波長分別為1=50 cm,2=60 cm甲、乙兩列波波峰的x坐標(biāo)分別為x1=50+k11,k1=0,1,2,x2=50+k22,k2=0,1,2,由式得,介質(zhì)中偏離平衡位置位移為16 cm的所有質(zhì)點的x坐標(biāo)為x=(50+300n)cm,n=0,1,2,()只有兩列波的波谷相遇處的質(zhì)點的位移為-16 cm。t=0時,兩波波谷間的x坐標(biāo)之差為x=50+(2m2+1)-50+(2m1+1)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=5 cm從t=0開始,介質(zhì)中最早出現(xiàn)偏離平衡位置位移為-16 cm的質(zhì)點的時間為22

19、12t=代入數(shù)據(jù)得t=0.1 s02xv求解波的多解問題的一般解題步驟(1)根據(jù)初末兩時刻的波形圖確定傳播距離與波長的關(guān)系通式。(2)根據(jù)題設(shè)條件判斷是唯一解還是多解。(3)根據(jù)波速公式v=或v=f求波速。xtT4-1 (2015吉林長春三模)(多選)一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,t時刻波形如圖中的實線所示,此時波剛好傳到P點,t+0.6 s時刻的波形如圖中的虛線所示,a、b、c、P、Q是介質(zhì)中的質(zhì)點,則下列說法正確的是 ( )A.這列波的波速可能為50 m/sB.質(zhì)點a在這段時間內(nèi)通過的路程一定小于30 cmC.質(zhì)點c在這段時間內(nèi)通過的路程可能為60 cmD.若周期T=0.8 s,則在t+0

20、.5 s時刻,質(zhì)點b、P的位移相同E.若周期T=0.8 s,從t+0.4 s時刻開始計時,則質(zhì)點c的振動方程為x=0.1 sin (t)m答案 ACD由波形圖可知波長=40 m,且0.6 s=nT+T(n=0,1,2,),解得周期T= s(n=0,1,2,)。當(dāng)n=0時,T=0.8 s,波速v=50 m/s,選項A正確;由波的傳播方向沿x軸正方向可知質(zhì)點a在t時刻向上運(yùn)動,當(dāng)n=0時,T=0.8 s,則質(zhì)點a在這段時間內(nèi)通過的路程小于30 cm,當(dāng)n=1時,T= s,質(zhì)點a在這段時間內(nèi)通過的路程大于30 cm,選項B錯誤;若n=1,則T= s,波傳播到c點所用時間為T,0.6 s=,質(zhì)點c振動

21、的時間為T-T=T,故在這段時間342.443nT123512351474T741464內(nèi)質(zhì)點c通過的路程則為6A=60 cm,選項C正確;若T=0.8 s,t+0.5 s時刻,質(zhì)點b、P的位移均為負(fù)值,大小相等,選項D正確;若T=0.8 s,從t+0.4 s時刻開始計時,則質(zhì)點c的振動方程為y=0.1 cos (t) m,選項E錯誤。52考點五波的干涉、衍射、多普勒效應(yīng)考點五波的干涉、衍射、多普勒效應(yīng)1.波的干涉中振動加強(qiáng)點和減弱點的判斷某質(zhì)點的振動是加強(qiáng)還是減弱,取決于該點到兩相干波源的距離之差r。(1)當(dāng)兩波源振動步調(diào)一致時若r=n(n=0,1,2,),則振動加強(qiáng);若r=(2n+1)(n

22、=0,1,2,),則振動減弱。2(2)當(dāng)兩波源振動步調(diào)相反時若r=(2n+1)(n=0,1,2,),則振動加強(qiáng);若r=n(n=0,1,2,),則振動減弱。2.波的衍射現(xiàn)象是指波能繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不大或者小于波長。3.多普勒效應(yīng)的成因分析(1)接收頻率:觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)。當(dāng)波以速度v通過觀察者時,時間t內(nèi)通過的完全波的個數(shù)為N=,因而單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波的個數(shù),即接收頻率。(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時,觀察者接收到的頻率變大,當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時,觀察者接收到的頻率變小

23、。2vt典例典例5 (多選)如圖所示表示兩列相干水波的疊加情況,圖中的實線表示波峰,虛線表示波谷。設(shè)兩列波的振幅均為5 cm,且在圖示的范圍內(nèi)振幅不變,波速為1 m/s,波長為0.5 m。C點是BE連線的中點,下列說法中正確的是( )A.A、E兩點始終位于波峰位置B.圖示時刻A、B兩點的豎直高度差為20 cmC.圖示時刻C點正處于平衡位置且向下運(yùn)動D.從圖示時刻起經(jīng)1 s,B點通過的路程為80 cmE.D點振動頻率為2 Hz答案 BDE從題圖可看出,A、E兩點是波峰與波峰的交點,為振動加強(qiáng)點,則A、E兩點以10 cm為振幅做簡諧運(yùn)動,A錯;圖示時刻,A在波峰處,位移為10 cm,B在波谷處,位

24、移為-10 cm,兩點豎直高度差為20 cm,B對;A、B、C、E均在振動加強(qiáng)區(qū),且在同一條直線上,由題圖可知波是由E處向A處傳播,在圖示時刻這些質(zhì)點的位置如圖所示。由圖知C點正處于平衡位置且向上運(yùn)動,C錯;由波速及波長可計算出周期為0.5 s,B點是振動加強(qiáng)點,從圖示時刻起經(jīng)1 s,B點通過的路程為8倍振幅,即80 cm,D對;由周期知D點振動的頻率為2 Hz,E對。5-1如圖所示,當(dāng)波源和障礙物都靜止不動時,波源發(fā)出的波在障礙物處不能發(fā)生明顯衍射。下列措施可能使波發(fā)生較為明顯衍射的是( )A.增大波源的振動頻率B.減小波源的振動頻率C.波源靠近障礙物運(yùn)動D.以上說法均不可行答案 B由圖可知不能發(fā)生明顯衍射的原因是障礙物的長度大于波長,只要增大波長可滿足題目要求。由=知,v不變,減小f,增大,故A錯B對;波源靠近障礙物將產(chǎn)生多普勒效應(yīng),等效于減小波長,故C、D錯。vf