1、第2节 机械波,-2-,一、机械波及分类 1.机械波的形成和传播 (1)产生条件 有 波源 。 有 介质 ,如空气、水、绳子等。 (2)传播特点 传播振动形式、 能量 和信息。 质点不 随波迁移 。 介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源 相同。,-3-,2.机械波的分类,-4-,二、描述机械波的物理量 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。 2.频率f:在波动中,介质中各质点的振动频率都是相同的,都等于 波源 的振动频率。 3.波速v、波长和频率f、周期T的关系:,机械波的速度大小由 介质 决定,与机械波的频率无关。,-5-,三、机械波的图象 1.图象:在平面
2、直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的 平衡位置 ,用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 位移 ,连接各位移矢量的末端,得出的曲线即为波的图象,简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线。 2.物理意义:为某一时刻介质中各质点相对 平衡位置 的位移。,-6-,四、波的衍射和干涉 多普勒效应 1.波的干涉和衍射,2.多普勒效应 (1)条件:声源和观察者之间有 相对运动 。 (2)现象:观察者感到 频率 发生变化。 (3)实质:声源频率 不变 ,观察者接收到的频率 变化 。,-7-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,波的传播与图象 1.波动图象的信息(如图所示)(1)直接读取振幅A和波长,以及该
3、时刻各质点的位移。 (2)确定某时刻各质点加速度的方向,并能比较其大小。 (3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。,-8-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,3.波的传播方向与质点的振动方向的判断方法,-9-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,典例1(多选)(2017全国卷)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( )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
4、 E.t=2 s时,x=2 m处的质点经过平衡位置,答案,解析,-10-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨本题知道两个时刻的波形,可以运用波形的平移法分析波传播的最短距离,要理解“该简谐波的周期大于0.5 s”表达的意义。,-11-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 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
5、2l,答案,解析,-12-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,2.(多选)(2018全国卷,34(1)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0和t=0.20 s时的波形分别如图中实线和虚线所示。已知该波的周期T0.20 s。下列说法正确的是( ) A.波速为0.40 m/s B.波长为0.08 m C.x=0.08 m的质点在t=0.70 s时位于波谷 D.x=0.08 m的质点在t=0.12 s时位于波谷 E.若此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s,则它在该介质中的波长为0.32 m,答案,解析,-13-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,3.(多选)(2018山西五校四联
6、)沿x轴传播的一列简谐横波在t=0时刻的波形如图所示,两质点M、N的横坐标分别为x1=1.5 m和x2=2.5 m,t=0时刻质点M的运动方向沿y轴的负方向。若从t=0时刻开始,经0.25 s质点N第一次到达平衡位置,则( ) A.该列波沿x轴负方向传播 B.该列波的周期为1 s C.该列波的波速为2 m/s D.1 s末,质点M的运动方向沿y轴的负方向 E.01 s内,质点N通过的路程等于8 cm,答案,解析,-14-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,波的图象与振动图象的关联应用 振动图象与波的图象的比较,-15-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,-16-,命题点一,命题点二
7、,命题点三,命题点四,典例2(2018全国卷,34(2)一列简谐横波在t= s时的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图象。求(1)波速及波的传播方向; (2)质点Q的平衡位置的x坐标。,答案,解析,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨由图(a)读出波长,由图(b)读出周期和在t= s时的振动方向。,“一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象综合类问题,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 4.(多选)(2019内蒙古第一机械制造(集团)一中月考)一物理教师某天正在一湖边钓鱼,突然湖的周围起了风,他发现湖中钓鱼的浮标
8、上下浮动。他根据自己的经验认为浮标上下浮动可简化成竖直方向的简谐运动,他通过观测绘制出了浮标的振动图象,如图甲所示,接着他又根据湖面的波纹绘制出了水的波动图象,如图乙所示。假设图乙是一列沿x轴正方向传播的水波在t=0.5 s时的波形图,图甲是图乙中离原点04 m范围内某质点的振动图象,则下列说法正确的是( ),-19-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,A.浮标上下振动的周期为T=2 s B.该列波的波速为2 m/s C.该波传播过程中遇到频率为1 Hz的机械波时能产生干涉 D.图甲是x=2 m处质点的振动图象 E.不能确定图甲是04 m范围内哪个质点的振动图象,答案,解析,-20-,命
9、题点一,命题点二,命题点三,命题点四,5.(多选)(2018河北石家庄调研)如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图乙为介质中x=2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象。下列说法正确的是 ( )A.这列波的传播方向是沿x轴正方向 B.这列波的传播速度是20 m/s C.经过0.15 s,质点P沿x轴的正方向传播了3 m D.经过0.1 s,质点Q的运动方向沿y轴正方向 E.经过0.35 s,质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离,答案,解析,-21-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,波的多解问题,-22-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,典例3(2018宁夏石
10、嘴山一模)如图所示是一列沿x轴负方向传播的机械波图象,实线是t1=0时刻的波形,虚线是t2=1 s时刻的波形,求:(1)该列波的周期和波速; (2)从t1时刻起质点P运动至波谷位置的最短时间是多少?,-23-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,-24-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,-25-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨(1)由图读出波长,根据波的传播方向,表示出在t=t2-t1=1 s内传播的可能距离,利用波速、波长和周期的关系式求解出波速; (2)先判断质点在t1的振动方向,再计算质点达到波谷位置的可能时间,从而得出最短的时间。本题关键要理解波的周期性,
11、即每隔一个周期时间,波的图象重复,得到波传播的时间与距离的通项公式,再根据题意求解出相应的数值;同时还要学会已知波的传播方向判断出质点的振动方向。,-26-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 6.(2018北京卷,16)如图所示,一列简谐横波向右传播,P、Q两质点平衡位置相距0.15 m。当P运动到上方最大位移处时,Q刚好运动到下方最大位移处,则这列波的波长可能是( ) A.0.60 m B.0.30 m C.0.20 m D.0.15 m,答案,解析,-27-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,波的衍射、干涉和多普勒效应 1.波的干涉中振动加强点和减弱点的判断:某质点的
12、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r。,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。,-28-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,3.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N= ,因而单位时间内通过观察者的完全波的个数,就是接收频率。 (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。,-29-,命题点一,命题点二,命
13、题点三,命题点四,典例4(多选)(2018江西模拟)如图是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况,以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线);S1的振幅A1=4 cm,S2的振幅A2=3 cm,则下列说法正确的是( )A.质点D是振动减弱点 B.质点A、D在该时刻的高度差为14 cm C.再过半个周期,质点B、C是振动加强点 D.质点C的振幅为1 cm E.质点C此刻以后将向下振动,答案,解析,-30-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 7.(2017全国卷,34(1)如图(a),在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0,-2)。两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示。两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为 m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互 (选填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互 (选填“加强”或“减弱”)。,-31-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,-32-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,答案: 2 减弱 加强,
