（浙江选考）2020版高考物理一轮复习第25讲机械波课件.pptx

1、第25讲 机械波,机械波,教材研读,突破一 波的图像与波速公式,突破二 振动图像与波的图像的综合应用,突破三 波的传播的多解问题,重难突破,突破四 干涉、衍射、多普勒效应 惠更斯原理,机械波,教材研读,1.形成与传播 (1)形成条件:a.有 波源 ;b.有 介质 。 (2)传播特点:a.传播 振动形式 、能量和信息;b.质点不 随波迁 移 ;c.介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源 相同 。,2.分类 (1)横波 (2)纵波,3.图像 (1)坐标:横坐标表示沿波传播方向上各个质点的 平衡位置 ,纵坐 标表示该时刻各个质点离开平衡位置的 位移 。 (2)意义:表示在波的传播方向上,某时

2、刻各质点离开 平衡位置 的 位移。,4.关系式:v=f 5.特有现象 (1)干涉; (2)衍射; (3)多普勒效应。,1.判断下列说法的正误: (1)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。 ( ) (2)通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移。 ( ) (3)机械波在传播过程中,各质点振动的周期、起振方向都相同。 ( ) (4)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。 ( ),(5)两列波在介质中叠加,一定产生干涉现象。 ( ) (6)一切波都能发生衍射现象。 ( ) (7)多普勒效应说明波源的频率发生变化。 ( ) (8)发生多普勒效应时,波源发出的频率不变。 ( ),2.关于振动和

3、波,下列说法正确的是 ( A ) A.没有机械振动,就一定没有机械波 B.一个物体在做机械振动,就一定会产生机械波 C.振源的振动速度跟波速一定相同 D.由某振源产生的波,它的频率跟振源的频率不一定相同,3.如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形图,此时刻质点F的振动方 向如图所示,则 ( C )A.该波向上传播 B.该波向下传播 C.该波向左传播 D.该波向右传播,4.如图所示是一列沿x轴方向传播的简谐横波在某时刻的波形图,波速 为20 m/s。则 ( D )A.波长为2 m,周期为0.1 s B.波长为4 m,周期为5 s C.波长为2 m,周期为10 s D.波长为4 m,周期为0.2 s

4、,5.下列现象中属于波的衍射的是 ( D ) A.敲响一音叉,另一个完全相同的音叉也响了起来 B.挂在同一水平绳上的几个单摆,当一个振动后,另几个也跟着一起振 动起来 C.打雷时听见空中的雷声会轰鸣一段时间 D.水波向前传播时,遇到突出水面的小树枝仍不受影响地继续向前传播,突破一 波的图像与波速公式,重难突破,1.波的图像反映了在某时刻介质中的各质点 离开平衡位置的位移情况,图像的横轴表示 各质点的平衡位置,纵轴表示该时刻各质点的 位移,如图所示。,典例1 (多选)一列沿x轴正方向传播的简谐横波,在t=0时刻的波形如图 所示。已知波的传播速度为1 m/s,下列说法正确的是 ( AC ) A.此

5、时P质点正向y轴正方向运动 B.经过0.1 s,P、Q两质点的位移可能相同 C.经过0.2 s,Q质点运动的路程为30 cm D.经过0.4 s,P质点向x轴正方向移动了40 cm,解析 由波的传播方向与质点振动方向的关系知:质点P正向y轴正方 向振动,A正确;由波形图知=40 cm,又因v= ,所以T= =0.4 s,又因振幅A =15 cm,所以C正确,B错误;质点不会随波迁移,D错误。,规律总结 波的图像特点: (1)质点振动nT(波传播n)时,波形不变。 (2)在波的传播方向上,当两质点平衡位置的距离为n(n=1,2,3,)时,它们的振动步调总相同;当两质点平衡位置间的距离为(2n+1

6、) (n=0,1,2,3,)时,它们的振动步调总相反。 (3)波源的起振方向决定了它后面的质点的起振方向,各质点的起振方 向与波源的起振方向相同。,1-1 (多选)如图所示,沿x轴正方向传播的一列横波在某时刻的波形图 为一正弦曲线,其波速为200 m/s,则下列说法正确的是 ( AC ) A.图中质点b的加速度在增大 B.从图示时刻开始,经0.01 s质点a通过 的路程为40 cm,此时相对平衡位 置的位移为零 C.从图示时刻开始,经0.01 s质点b位于平衡位置上方,并向上做减速运动 D.若产生明显的衍射现象,该波所遇到障碍物的尺寸一般不小于200 m,解析 从图示时刻开始,经0.01 s质

7、点a通过的路程为40 cm,此时相对平 衡位置的位移为-20 cm,所以B项错误;若产生明显的衍射现象,该波所遇 到障碍物的尺寸一般不大于4 m,故D项错误。,1-2 (多选)如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波,实线为t=0时 刻的波形图,虚线为t=0.6 s时的波形图,已知该波的周期T0.5 s,则下列 说法正确的是 ( ACD ) A.该波的传播速度为5 m/s B.t=0.1 s时,质点P沿y轴正方向运动 C.t=1.0 s时,质点P的加速度沿y轴正方向 D.在t=0到t=1.4 s时间内,质点P通过的路程为1.4 m,解析 由图可知波长为=4 m,简谐横波沿x轴负方向传播,波的周

8、期T 0.5 s,则知t=0.6 s= T,解得T=0.8 s,则波速v= = m/s=5 m/s,故A正确;t =0.1 s= T,波传播的距离为 =0.5 m,根据波形的平移法得知质点P沿y 轴负方向运动,故B错误;t=1 s= T,波传播的距离为 =10 m,根据波形的 平移法得知质点P沿y轴正方向运动,所以加速度也沿y轴正方向,故C正 确;t=1.4 s= T,质点P通过的路程为s=4A =1.4 m,故D正确。,突破二 振动图像与波的图像的综合应用,1.振动图像表示某质点的位移随时间变化的规律,波的图像表示波中各 质点在某时刻的位移。 2.区分振动图像和波的图像,关键是看横轴表示的是

9、位移x还是时间t,如 果是时间t则为振动图像,如果是位移x则为波的图像。,3.振动图像与波的图像的比较,典例2 一列简谐横波沿x轴正方向传播,图甲是t=3 s时的波形图,图乙 是波中某质点P的振动图像,下列判断中正确的是 ( C )A.质点P在t=3 s时沿y轴负方向振动 B.质点P在t=3 s时的速度为零 C.质点P的平衡位置坐标可能是x=4 cm D.该简谐波的波速为1 m/s,解析 由图乙知,t=3 s时图像切线的斜率为正值,说明质点P此时正沿y 轴正方向振动,故A错误;由图乙知,t=3 s时质点P的位移为0,正通过平衡 位置,速度最大,故B错误;由图甲知,简谐横波沿x轴正方向传播,x=

10、4 cm 处的质点正通过平衡位置向上运动,与质点P在t=3 s时的状态相同,所以 质点P的平衡位置坐标可能是x=4 cm,故C正确;由甲读出波长=4 cm,由 图乙读出周期T=4 s,则该波的波速v= =1 cm/s,故D错误。故选C。,规律总结 “一分、一看、二找”巧解波的图像与振动图像综合类问题 1.分清振动图像与波的图像。只要看清横坐标即可,横坐标为x则为波 的图像,横坐标为t则为振动图像。 2.看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。 3.找准波的图像对应的时刻。 4.找准振动图像对应的质点。,2-1 (多选)一列简谐横波,在t=0.6 s时刻的图像如图甲所示,波上A质点 的振

11、动图像如图乙所示,则以下说法正确的是 ( ABD ) A.这列波沿x轴正方向传播 B.这列波的波速是 m/s C.从t=0.6 s开始,质点P比质点Q晚0.4 s回到 平衡位置 D.从t=0.6 s开始,紧接着的t=0.6 s时间内, A质点通过的路程是4 m,解析 由题图乙可知,t=0.6 s时A质点沿y轴负方向振动,因此可判断这 列波是沿x轴正方向传播的,选项A正确;由题图甲可知,该波的波长为20 m,由题图乙可知,该波的周期为1.2 s,可得该波的波速为 m/s,选项B正 确;由波上各质点振动情况可知,P点沿y轴正方向振动,应该先回到平衡 位置,选项C错误;0.6 s的时间为半个周期,因

12、此质点A通过的路程为4 m, 选项D正确。,突破三 波的传播的多解问题造成波动问题多解的主要因素有 (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。 (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。,典例3 (多选)一列简谐横波沿x轴的正方向传播,振幅为2 cm,周期为T。已知t=0时刻波上相距50 cm的两质点a、b的位移都是1 cm

13、,但运动方向相反,其中质点a沿y轴负方向运动,如图所示,下列说法正确的是 ( ACD ),A.该列简谐横波波长可能为150 cm B.该列简谐横波波长可能为12 cm C.当质点b的位移为+2 cm时,质点a的位移为负 D.在t= 时刻质点b速度最大,解析 根据质点的振动方程:x=A sin t,设质点的起振方向向上,且a、b 中间的距离小于1个波长,则b点:1=2 sin t1,所以t1= ,a点振动的时间 比b点长,所以由1=2 sin t2,得t2= ,a、b两个质点振动的时间差t=t2-t 1= - = = ,所以a、b之间的距离x=vt=v = 。则通式为 =50 cm,n=0,1,

14、2,3,;则波长可以为= cm(n=0,1,2,3,);当n=0时, =150 cm,由于n是整数,所以不可能为12 cm,故A正确,B错误。当质点b 的位移为+2 cm时,即b到达波峰时,结合波形图知,质点a在平衡位置下,方,位移为负,故C正确。由t1= 得t1= = ,当t= -t1= 时质点b到达 平衡位置处,速度最大,故D正确。,规律总结 解答波的多解问题的方法步骤 (1)假设波向x轴正方向或负方向传播。 (2)由题目提供的波形变化等条件列出传播距离或传播时间与波长、周 期等相关的通式。 (3)根据v= 或v=f,v= 求出速度或其他未知量的关系通式。 (4)分析题目中有没有其他限制条

15、件,看通过关系通式得到的多解能否 变为有限个解或唯一解。,3-1 一列简谐横波在x轴上传播,在t1=0和t2=0.05 s时,其波形分别用如 图所示的实线和虚线表示,求: (1)这列波可能具有的波速。 (2)当波速为280 m/s时,波的传播方向如何?以此波速传播时,x=8 m处的 质点P从t1=0时刻所处位置运动至波谷所需的最短时间是多少?,突破四 干涉、衍射、多普勒效应 惠更斯原理,1.波的干涉和衍射,2.多普勒效应 (1)定义:当波源与观察者互相靠近或者互相远离时,观察者接收到的波 的频率会发生变化。 (2)规律 波源与观察者如果互相靠近,观察者接收到的频率增大; 波源与观察者如果互相远

16、离,观察者接收到的频率减小; 波源和观察者如果相对静止,观察者接收到的频率等于波源的频率。 (3)实质:波源频率不变,观察者接收到的频率变化。,典例4 (2017浙江11月选考,16,2分)(多选)有两列频率相同、振动方向相同、振幅均为A、传播方向互相垂直的平面 波相遇发生干涉。如图所示,图中实线表示 波峰,虚线表示波谷,a为波谷与波谷相遇点, b、c为波峰与波谷相遇点,d为波峰与波峰相 遇点,e、g是a、d连线上的两点,其中e为连 线的中点,则 ( ),A.a、d处的质点振动加强,b、c处的质点振动减弱 B.从图示时刻经过半个周期,e处的质点通过的路程为4A C.从图示时刻经过半个周期,g处

17、的质点加速向平衡位置运动 D.从图示时刻经过四分之一周期,d处的质点振幅恰好为零,答案 ABCD 解析 由题意可知两列波满足发生干涉的条件,a、d两点波谷与波谷叠 加或波峰与波峰叠加,属于振动加强点,而b、c两点为波峰与波谷叠加, 属于振动减弱点,选项A正确;此刻传播的机械波,e点在平衡位置,经过半 个周期后,e点通过的路程为全振动路程的一半,e点为振动加强点,振幅 为2A,所以选项B正确;此刻传播的机械波,g点处在平衡位置与波峰之间 且向平衡位置运动,经过半个周期,g点加速向平衡位置运动,所以C正确; 质点振动的振幅为偏离平衡位置的最大距离,是一定值,不会发生变化, 所以d点的振幅为2A,选

18、项D错误。,典例5 1842年,奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时,发现 波源与观察者互相靠近或者互相远离时,接收到的波的频率都会发生变 化,并且做出了解释,人们把这种现象叫做多普勒效应。多普勒效应在 科学技术中有广泛的应用,装有多普勒测速仪的监视器可以安装在公路 上方,向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率, 根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。在测速的同时把车 牌拍摄下来,并把测得的速度自动打印在照片上。下列说法正确的是 ( ),A.当车辆驶向监视器时,监视器发射的超声波频率变大 B.当车辆驶向监视器时,监视器接收到的超声波频率比发射出的小 C.车速越快,

19、监视器接收到的超声波频率比发射出的大得越多 D.超声波能发生多普勒效应,光波也能发生多普勒效应,答案 D 解析 多普勒效应是波源和观察者有相对运动时观察者接收到的波的 频率与波源发出的频率不相同的现象,但波源实际发出的频率并没有变 化,A错误;当波源和观察者靠近时,接收到的频率增大,当波源和观察者 远离时,接收到的频率减小,所以当车辆驶向监视器时,监视器接收到的 超声波频率比发射出时的大,B错误;车速越大,如果车辆靠近监视器的 话,监视器接收到的超声波频率比发射出时大得越多,远离监视器的话 反而比发射出的小,C错误;超声波、电磁波都可发生多普勒效应,光波 属于电磁波所以可以发生多普勒效应,D正确。,典例6 (多选)关于惠更斯原理的理解,下列说法正确的是 ( ACD ) A.同一波面上的各点振动情况完全相同 B.同一振源的不同波面上的质点的振动情况一定不同 C.球面波的波面是以波源为中心的一个个球面 D.无论怎样的波,波线始终和波面垂直,解析 根据惠更斯原理,介质中任一波面上的各点,都可以看做发射子 波的波源,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波 面。同一波面上各质点振动情况完全相同,选项A正确;不同波面上质点 的振动情况可能相同,选项B错误;球面波的波面是以波源为中心的一个 个球面,选项C正确;波线始终与波面垂直,选项D正确。,