（浙江選考）2020版高考物理一輪復習 第25講 機械波課件.ppt

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1、第25講機械波,機械波,教材研讀,突破一 波的圖像與波速公式,突破二 振動圖像與波的圖像的綜合應用,突破三 波的傳播的多解問題,重難突破,突破四 干涉、衍射、多普勒效應惠更斯原理,機械波,教材研讀,1.形成與傳播 (1)形成條件:a.有波源;b.有介質。 (2)傳播特點:a.傳播振動形式、能量和信息;b.質點不隨波遷移;c.介質中各質點振動頻率、振幅、起振方向等都與波源相同。,2.分類 (1)橫波 (2)縱波,3.圖像 (1)坐標:橫坐標表示沿波傳播方向上各個質點的平衡位置,縱坐標表示該時刻各個質點離開平衡位置的位移。 (2)意義:表示在波的傳播方向上,某時刻各質點離開平衡位置的位移。,4.關

2、系式:v=f 5.特有現(xiàn)象 (1)干涉; (2)衍射; (3)多普勒效應。,1.判斷下列說法的正誤: (1)在機械波中各質點不隨波的傳播而遷移。() (2)通過波的圖像可以找出任一質點在任意時刻的位移。() (3)機械波在傳播過程中,各質點振動的周期、起振方向都相同。 () (4)機械波在一個周期內傳播的距離就是振幅的4倍。(),(5)兩列波在介質中疊加,一定產生干涉現(xiàn)象。() (6)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。() (7)多普勒效應說明波源的頻率發(fā)生變化。() (8)發(fā)生多普勒效應時,波源發(fā)出的頻率不變。(),2.關于振動和波,下列說法正確的是(A) A.沒有機械振動,就一定沒有機械波 B.一個

3、物體在做機械振動,就一定會產生機械波 C.振源的振動速度跟波速一定相同 D.由某振源產生的波,它的頻率跟振源的頻率不一定相同,3.如圖所示為一列簡諧波在某一時刻的波形圖,此時刻質點F的振動方向如圖所示,則(C) A.該波向上傳播B.該波向下傳播 C.該波向左傳播D.該波向右傳播,4.如圖所示是一列沿x軸方向傳播的簡諧橫波在某時刻的波形圖,波速為20 m/s。則(D) A.波長為2 m,周期為0.1 sB.波長為4 m,周期為5 s C.波長為2 m,周期為10 sD.波長為4 m,周期為0.2 s,5.下列現(xiàn)象中屬于波的衍射的是(D) A.敲響一音叉,另一個完全相同的音叉也響了起來 B.掛在同

4、一水平繩上的幾個單擺,當一個振動后,另幾個也跟著一起振動起來 C.打雷時聽見空中的雷聲會轟鳴一段時間 D.水波向前傳播時,遇到突出水面的小樹枝仍不受影響地繼續(xù)向前傳播,突破一波的圖像與波速公式,重難突破,1.波的圖像反映了在某時刻介質中的各質點 離開平衡位置的位移情況,圖像的橫軸表示 各質點的平衡位置,縱軸表示該時刻各質點的 位移,如圖所示。,典例1(多選)一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波,在t=0時刻的波形如圖所示。已知波的傳播速度為1 m/s,下列說法正確的是(AC) A.此時P質點正向y軸正方向運動 B.經過0.1 s,P、Q兩質點的位移可能相同 C.經過0.2 s,Q質點運動的路程為30

5、 cm D.經過0.4 s,P質點向x軸正方向移動了40 cm,解析由波的傳播方向與質點振動方向的關系知:質點P正向y軸正方向振動,A正確;由波形圖知=40 cm,又因v=,所以T==0.4 s,又因振幅A =15 cm,所以C正確,B錯誤;質點不會隨波遷移,D錯誤。,規(guī)律總結 波的圖像特點: (1)質點振動nT(波傳播n)時,波形不變。 (2)在波的傳播方向上,當兩質點平衡位置的距離為n(n=1,2,3,)時,它們的振動步調總相同;當兩質點平衡位置間的距離為(2n+1)(n=0,1,2,3,)時,它們的振動步調總相反。 (3)波源的起振方向決定了它后面的質點的起振方向,各質點的起振方向與波源

6、的起振方向相同。,1-1(多選)如圖所示,沿x軸正方向傳播的一列橫波在某時刻的波形圖為一正弦曲線,其波速為200 m/s,則下列說法正確的是(AC) A.圖中質點b的加速度在增大 B.從圖示時刻開始,經0.01 s質點a通過 的路程為40 cm,此時相對平衡位置的位移為零 C.從圖示時刻開始,經0.01 s質點b位于平衡位置上方,并向上做減速運動 D.若產生明顯的衍射現(xiàn)象,該波所遇到障礙物的尺寸一般不小于200 m,解析從圖示時刻開始,經0.01 s質點a通過的路程為40 cm,此時相對平衡位置的位移為-20 cm,所以B項錯誤;若產生明顯的衍射現(xiàn)象,該波所遇到障礙物的尺寸一般不大于4 m,故

7、D項錯誤。,1-2(多選)如圖所示為一列沿x軸負方向傳播的簡諧橫波,實線為t=0時刻的波形圖,虛線為t=0.6 s時的波形圖,已知該波的周期T0.5 s,則下列說法正確的是(ACD) A.該波的傳播速度為5 m/s B.t=0.1 s時,質點P沿y軸正方向運動 C.t=1.0 s時,質點P的加速度沿y軸正方向 D.在t=0到t=1.4 s時間內,質點P通過的路程為1.4 m,解析由圖可知波長為=4 m,簡諧橫波沿x軸負方向傳播,波的周期T0.5 s,則知t=0.6 s=T,解得T=0.8 s,則波速v== m/s=5 m/s,故A正確;t =0.1 s=T,波傳播的距離為=0.5 m,根據(jù)波形

8、的平移法得知質點P沿y 軸負方向運動,故B錯誤;t=1 s=T,波傳播的距離為=10 m,根據(jù)波形的 平移法得知質點P沿y軸正方向運動,所以加速度也沿y軸正方向,故C正確;t=1.4 s=T,質點P通過的路程為s=4A=1.4 m,故D正確。,突破二振動圖像與波的圖像的綜合應用,1.振動圖像表示某質點的位移隨時間變化的規(guī)律,波的圖像表示波中各質點在某時刻的位移。 2.區(qū)分振動圖像和波的圖像,關鍵是看橫軸表示的是位移x還是時間t,如果是時間t則為振動圖像,如果是位移x則為波的圖像。,3.振動圖像與波的圖像的比較,典例2一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,圖甲是t=3 s時的波形圖,圖乙是波中某質點P的

9、振動圖像,下列判斷中正確的是(C) A.質點P在t=3 s時沿y軸負方向振動B.質點P在t=3 s時的速度為零 C.質點P的平衡位置坐標可能是x=4 cmD.該簡諧波的波速為1 m/s,解析由圖乙知,t=3 s時圖像切線的斜率為正值,說明質點P此時正沿y軸正方向振動,故A錯誤;由圖乙知,t=3 s時質點P的位移為0,正通過平衡位置,速度最大,故B錯誤;由圖甲知,簡諧橫波沿x軸正方向傳播,x=4 cm處的質點正通過平衡位置向上運動,與質點P在t=3 s時的狀態(tài)相同,所以質點P的平衡位置坐標可能是x=4 cm,故C正確;由甲讀出波長=4 cm,由圖乙讀出周期T=4 s,則該波的波速v==1 cm

10、/s,故D錯誤。故選C。,規(guī)律總結 “一分、一看、二找”巧解波的圖像與振動圖像綜合類問題 1.分清振動圖像與波的圖像。只要看清橫坐標即可,橫坐標為x則為波的圖像,橫坐標為t則為振動圖像。 2.看清橫、縱坐標的單位。尤其要注意單位前的數(shù)量級。 3.找準波的圖像對應的時刻。 4.找準振動圖像對應的質點。,2-1(多選)一列簡諧橫波,在t=0.6 s時刻的圖像如圖甲所示,波上A質點的振動圖像如圖乙所示,則以下說法正確的是(ABD) A.這列波沿x軸正方向傳播 B.這列波的波速是 m/s C.從t=0.6 s開始,質點P比質點Q晚0.4 s回到 平衡位置 D.從t=0.6 s開始,緊接著的t=0.6

11、s時間內, A質點通過的路程是4 m,解析由題圖乙可知,t=0.6 s時A質點沿y軸負方向振動,因此可判斷這列波是沿x軸正方向傳播的,選項A正確;由題圖甲可知,該波的波長為20 m,由題圖乙可知,該波的周期為1.2 s,可得該波的波速為 m/s,選項B正 確;由波上各質點振動情況可知,P點沿y軸正方向振動,應該先回到平衡位置,選項C錯誤;0.6 s的時間為半個周期,因此質點A通過的路程為4 m,選項D正確。,突破三波的傳播的多解問題 造成波動問題多解的主要因素有 (1)周期性 時間周期性:時間間隔t與周期T的關系不明確。 空間周期性:波傳播距離x與波長的關系不明確。 (2)雙向性 傳播方向雙向

12、性:波的傳播方向不確定。,振動方向雙向性:質點振動方向不確定。 (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。,典例3(多選)一列簡諧橫波沿x軸的正方向傳播,振幅為2 cm,周期為T。已知t=0時刻波上相距50 cm的兩質點a、b的位移都是1 cm,但運動方向相反,其中質點a沿y軸負方向運動,如圖所示,下列說法正確的是(ACD),A.該列簡諧橫波波長可能為150 cm B.該列簡諧橫波波長可能為12 cm C.當質點b的位移為+2 cm時,質點a的位移為負 D.在t=時刻質點b速度

13、最大,解析根據(jù)質點的振動方程:x=A sin t,設質點的起振方向向上,且a、b中間的距離小于1個波長,則b點:1=2 sin t1,所以t1=,a點振動的時間 比b點長,所以由1=2 sin t2,得t2=,a、b兩個質點振動的時間差t=t2-t 1=-==,所以a、b之間的距離x=vt=v=。則通式為 =50 cm,n=0,1,2,3,;則波長可以為=cm(n=0,1,2,3,);當n=0時, =150 cm,由于n是整數(shù),所以不可能為12 cm,故A正確,B錯誤。當質點b的位移為+2 cm時,即b到達波峰時,結合波形圖知,質點a在平衡位置下,方,位移為負,故C正確。由t1=得t1==,當

14、t=-t1=時質點b到達 平衡位置處,速度最大,故D正確。,規(guī)律總結 解答波的多解問題的方法步驟 (1)假設波向x軸正方向或負方向傳播。 (2)由題目提供的波形變化等條件列出傳播距離或傳播時間與波長、周期等相關的通式。 (3)根據(jù)v=或v=f,v=求出速度或其他未知量的關系通式。 (4)分析題目中有沒有其他限制條件,看通過關系通式得到的多解能否變?yōu)橛邢迋€解或唯一解。,3-1一列簡諧橫波在x軸上傳播,在t1=0和t2=0.05 s時,其波形分別用如圖所示的實線和虛線表示,求: (1)這列波可能具有的波速。 (2)當波速為280 m/s時,波的傳播方向如何?以此波速傳播時,x=8 m處的 質點P從

15、t1=0時刻所處位置運動至波谷所需的最短時間是多少?,突破四干涉、衍射、多普勒效應惠更斯原理,1.波的干涉和衍射,2.多普勒效應 (1)定義:當波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時,觀察者接收到的波的頻率會發(fā)生變化。 (2)規(guī)律 波源與觀察者如果互相靠近,觀察者接收到的頻率增大; 波源與觀察者如果互相遠離,觀察者接收到的頻率減小; 波源和觀察者如果相對靜止,觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。 (3)實質:波源頻率不變,觀察者接收到的頻率變化。,典例4 (2017浙江11月選考,16,2分)(多選)有兩列頻率相同、振動方向相同、振幅均為A、傳播方向互相垂直的平面 波相遇發(fā)生干涉。如圖所示,圖中實線

16、表示 波峰,虛線表示波谷,a為波谷與波谷相遇點, b、c為波峰與波谷相遇點,d為波峰與波峰相 遇點,e、g是a、d連線上的兩點,其中e為連線的中點,則( ),A.a、d處的質點振動加強,b、c處的質點振動減弱 B.從圖示時刻經過半個周期,e處的質點通過的路程為4A C.從圖示時刻經過半個周期,g處的質點加速向平衡位置運動 D.從圖示時刻經過四分之一周期,d處的質點振幅恰好為零,答案 ABCD 解析由題意可知兩列波滿足發(fā)生干涉的條件,a、d兩點波谷與波谷疊加或波峰與波峰疊加,屬于振動加強點,而b、c兩點為波峰與波谷疊加,屬于振動減弱點,選項A正確;此刻傳播的機械波,e點在平衡位置,經過半個周期

17、后,e點通過的路程為全振動路程的一半,e點為振動加強點,振幅為2A,所以選項B正確;此刻傳播的機械波,g點處在平衡位置與波峰之間且向平衡位置運動,經過半個周期,g點加速向平衡位置運動,所以C正確;質點振動的振幅為偏離平衡位置的最大距離,是一定值,不會發(fā)生變化,所以d點的振幅為2A,選項D錯誤。,典例51842年,奧地利物理學家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時,發(fā)現(xiàn)波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時,接收到的波的頻率都會發(fā)生變化,并且做出了解釋,人們把這種現(xiàn)象叫做多普勒效應。多普勒效應在科學技術中有廣泛的應用,裝有多普勒測速儀的監(jiān)視器可以安裝在公路上方,向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波,同時測量反

18、射波的頻率,根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度。在測速的同時把車牌拍攝下來,并把測得的速度自動打印在照片上。下列說法正確的是 ( ),A.當車輛駛向監(jiān)視器時,監(jiān)視器發(fā)射的超聲波頻率變大 B.當車輛駛向監(jiān)視器時,監(jiān)視器接收到的超聲波頻率比發(fā)射出的小 C.車速越快,監(jiān)視器接收到的超聲波頻率比發(fā)射出的大得越多 D.超聲波能發(fā)生多普勒效應,光波也能發(fā)生多普勒效應,答案 D 解析多普勒效應是波源和觀察者有相對運動時觀察者接收到的波的頻率與波源發(fā)出的頻率不相同的現(xiàn)象,但波源實際發(fā)出的頻率并沒有變化,A錯誤;當波源和觀察者靠近時,接收到的頻率增大,當波源和觀察者遠離時,接收到的頻率減小,所以當車輛

19、駛向監(jiān)視器時,監(jiān)視器接收到的超聲波頻率比發(fā)射出時的大,B錯誤;車速越大,如果車輛靠近監(jiān)視器的話,監(jiān)視器接收到的超聲波頻率比發(fā)射出時大得越多,遠離監(jiān)視器的話反而比發(fā)射出的小,C錯誤;超聲波、電磁波都可發(fā)生多普勒效應,光波屬于電磁波所以可以發(fā)生多普勒效應,D正確。,典例6(多選)關于惠更斯原理的理解,下列說法正確的是(ACD) A.同一波面上的各點振動情況完全相同 B.同一振源的不同波面上的質點的振動情況一定不同 C.球面波的波面是以波源為中心的一個個球面 D.無論怎樣的波,波線始終和波面垂直,解析根據(jù)惠更斯原理,介質中任一波面上的各點,都可以看做發(fā)射子波的波源,其后任意時刻,這些子波在波前進方向的包絡面就是新的波面。同一波面上各質點振動情況完全相同,選項A正確;不同波面上質點的振動情況可能相同,選項B錯誤;球面波的波面是以波源為中心的一個個球面,選項C正確;波線始終與波面垂直,選項D正確。,