2024屆一輪復習新人教版 第七章第2講　機械波 課件（45張）

第2講機械波梳理必備知識回歸教材一、機械波1.定義:機械振動在

中的傳播。2.形成條件(1)有發(fā)生機械振動的

。(2)有傳播

,如空氣、水等。3.分類(1)橫波:質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互

的波,有波峰和

。(2)縱波:質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向

的波,有

和疏部。4.特點(1)質(zhì)點并不隨波

。(2)傳播振動的形式、

、信息。介質(zhì)波源介質(zhì)垂直波谷在同一直線上密部遷移能量5.波的圖像(如圖)(1)坐標軸:橫坐標表示在波的傳播方向上介質(zhì)中各質(zhì)點的

,縱坐標表示某一時刻介質(zhì)中各質(zhì)點偏離平衡位置的

。(2)意義:表示介質(zhì)中的“各個質(zhì)點”在“

”的位移。(3)簡諧波:波的圖像是

曲線的波叫作正弦波或簡諧波。介質(zhì)中有正弦波傳播時,介質(zhì)的質(zhì)點在做

運動。平衡位置位移某一時刻正弦簡諧6.描述物理量(1)波長(λ):在波的傳播方向上,振動相位總是

的兩個

質(zhì)點間的距離。①在橫波中,兩個

波峰或兩個相鄰

之間的距離等于波長。②在縱波中,兩個

密部或兩個相鄰

之間的距離等于波長。(2)周期(T)或頻率(f):在波動中,各個質(zhì)點的振動周期或頻率是

的,它們都等于

的振動周期或頻率,這個周期或頻率也叫作

的周期或頻率。(3)波速(v):機械波在介質(zhì)中的傳播速度由

決定。(4)波長、頻率(或周期)和波速的關(guān)系:v=

=

。相同相鄰相鄰波谷相鄰疏部相同波源波介質(zhì)本身的性質(zhì)λf二、波的衍射和干涉現(xiàn)象多普勒效應1.波的衍射和干涉內(nèi)容波的衍射波的干涉定義波可以繞過

繼續(xù)傳播的現(xiàn)象

相同、

恒定、振動方向

的兩列波疊加,某些區(qū)域的振動

,某些區(qū)域的振動總是減弱的現(xiàn)象現(xiàn)象波偏離

而傳播到直線以外的空間兩列波疊加區(qū)域形成相互間隔的穩(wěn)定的振動加強區(qū)和振動減弱區(qū),形成穩(wěn)定的干涉圖樣條件明顯發(fā)生的條件:縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長

,或者比波長

.必要條件:兩列波的

相同,相位差保持不變相同點衍射和干涉是波特有的現(xiàn)象障礙物頻率相位差相同總是加強直線相差不多更小頻率2.多普勒效應(1)條件:波源與觀察者相互

或者相互

。(2)現(xiàn)象:觀察者接收到的波的

發(fā)生變化。(3)實質(zhì):波源與波的頻率

,觀察者接收到的波的頻率

。靠近遠離頻率不變變化[教材情境](粵教版選擇性必修第一冊第66頁“觀察與思考”)將一根長軟繩的一端拴在門把上,另一端用手握住,持續(xù)上下抖動,產(chǎn)生一列機械波,如圖所示。1.正誤辨析(1)抖動繩子產(chǎn)生的這列機械波是橫波,所謂橫波就是在水平方向傳播的波。(

)(2)機械波只能在諸如繩、彈簧、水、空氣等介質(zhì)中傳播。(

)(3)繩子上的質(zhì)點在隨波的傳播而遷移。(

)(4)繩子上各質(zhì)點的起振方向都相同。(

)(5)情境中的照片圖表示繩中的“各個質(zhì)點”在“這一時刻”的位移,建立合適的坐標系后即為波的圖像。(

)(6)機械波在一個周期內(nèi)傳播的距離就是振幅的4倍。(

)(7)抖動繩子產(chǎn)生的這列機械波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象。(

)(8)兩人分別從繩的兩端持續(xù)抖動繩子,這兩列波疊加后一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。(

)×√×√√×××2.某同學通過抖動繩子產(chǎn)生一列簡諧橫波,在t=0時刻的波形圖如圖中實線所示,從此刻起經(jīng)0.1s波形圖如圖中虛線所示。若波傳播的速度為10m/s,則(

)A.這列波沿x軸正方向傳播B.這列波的周期為0.4sC.t=0時刻質(zhì)點a沿y軸正方向運動D.從t=0時刻開始質(zhì)點a經(jīng)0.2s通過的路程為0.2mB提升關(guān)鍵能力突破考點考點一機械波的傳播與波的圖像1.機械波的傳播特點(1)波傳到任意一點,該點的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介質(zhì)中每個質(zhì)點都做受迫振動,因此,任一質(zhì)點的振動頻率和周期都和波源的振動頻率和周期相同。(3)波從一種介質(zhì)進入另一種介質(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。2.波的傳播方向與質(zhì)點振動方向的互判方法方法內(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行微小的平移,再由對應同一橫坐標的兩波形曲線上的點來判斷振動方向3.波的周期性特點(1)質(zhì)點振動nT(波傳播nλ)時,波形不變。如圖為一列簡諧橫波在某時刻的波形圖,請寫出該波的函數(shù)表達式,并計算出此時質(zhì)點P的橫坐標值以及位于xQ=18cm處的質(zhì)點Q的位移。[例1][波的形成及傳播](2022·廣東卷,16)如圖所示,某同學握住軟繩的一端周期性上下抖動,在繩上激發(fā)了一列簡諧波。從圖示時刻開始計時,經(jīng)過半個周期,繩上M處的質(zhì)點將運動至

(選填“N”“P”或“Q”)處。加快抖動,波的頻率增大,波速

(選填“增大”“減小”或“不變”)。

解析:質(zhì)點只是在平衡位置附近往復振動,不會隨波遷移,因此經(jīng)過半個周期繩上的M點由波峰運動到波谷P處;機械波的波速僅由介質(zhì)決定,因此加速抖動繩子,波速不變。答案:P不變答案:4

0.5向下運動考點二振動圖像與波的圖像的綜合應用振動圖像和波的圖像的比較[例3][波的圖像與振動圖像的綜合應用](2021·湖南卷,16)均勻介質(zhì)中,波源位于O點的簡諧橫波在xOy水平面內(nèi)傳播,波面為圓。t=0時刻,波面分布如圖a所示,其中實線表示波峰,虛線表示相鄰的波谷。A處質(zhì)點的振動圖像如圖b所示,z軸正方向豎直向上。下列說法正確的是

。(多選,填正確答案標號)

A.該波從A點傳播到B點,所需時間為4sB.t=6s時,B處質(zhì)點位于波峰C.t=8s時,C處質(zhì)點振動速度方向豎直向上D.t=10s時,D處質(zhì)點所受回復力方向豎直向上E.E處質(zhì)點起振后,12s內(nèi)經(jīng)過的路程為12cm答案:ACE求解波的圖像與振動圖像綜合問題的關(guān)鍵[例4][已知波的圖像判定質(zhì)點的振動圖像](2023·山東日照模擬)一列在均勻介質(zhì)中沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=2s時的波形如圖所示,波速為3m/s,下列關(guān)于質(zhì)點P的振動圖像正確的是(

)B[例5][已知質(zhì)點振動圖像判定波的圖像](2021·海南卷,16)一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波,其波源的平衡位置在坐標原點,波源在0～4s內(nèi)的振動圖像如圖a所示,已知波的傳播速度為0.5m/s。(1)求這列橫波的波長;解析:(1)由題圖a可知A=4cm,T=4s,根據(jù)波長與速度關(guān)系有λ=vT=2m。答案:(1)2m解析:(2)波源的振動周期為4s,則4s內(nèi)波源通過的路程為s=4A=16cm。答案:(2)16cm[例5][已知質(zhì)點振動圖像判定波的圖像](2021·海南卷,16)一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波,其波源的平衡位置在坐標原點,波源在0～4s內(nèi)的振動圖像如圖a所示,已知波的傳播速度為0.5m/s。(2)求波源在4s內(nèi)通過的路程;解析:(3)由題圖a可知在t=0時波源的起振方向向上,由于波速為0.5m/s,則根據(jù)x=vt=2m,可知在4s時該波剛好傳到位置為x=2m的質(zhì)點,且波源剛好回到平衡位置;該波沿正方向傳播,則根據(jù)“上下坡”法可繪制出t=4s時刻的波形圖如圖所示。答案:(3)圖見解析[例5][已知質(zhì)點振動圖像判定波的圖像](2021·海南卷,16)一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波,其波源的平衡位置在坐標原點,波源在0～4s內(nèi)的振動圖像如圖a所示,已知波的傳播速度為0.5m/s。(3)在圖b中畫出t=4s時刻的波形圖。考點三波傳播的周期性和多解性1.造成波動問題多解的三大因素周期性(1)時間周期性:時間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確。(2)空間周期性:波傳播距離Δx與波長λ的關(guān)系不明確雙向性(1)傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定。(2)振動方向雙向性:質(zhì)點振動方向不確定波形的隱含性問題中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),波形就有多種情況2.解題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Δt或Δx,若此關(guān)系為時間,則t=nT+Δt(n=0,1,2,…);若此關(guān)系為距離,則x=nλ+Δx(n=0,1,2,…)。[例6][雙向性造成的多解](2022·山東卷,9)(多選)一列簡諧橫波沿x軸傳播,平衡位置位于坐標原點O的質(zhì)點振動圖像如圖所示。當t=7s時,簡諧波的波動圖像可能正確的是(

)ACA若[例7]中題圖甲所示的這列簡諧橫波的傳播方向未知,其0.5s后的波形如圖所示,則:(1)寫出這列波的波速表達式;若[例7]中題圖甲所示的這列簡諧橫波的傳播方向未知,其0.5s后的波形如圖所示,則:(2)若波速大小為76m/s,波的傳播方向如何?[例8][隱含性造成的多解](2022·河北唐山模擬)如圖所示,坐標原點O為波源,發(fā)出的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿水平x軸傳播,A、B為x軸上的兩個點,A與B的距離L=60cm。已知波源從平衡位置開始向上振動,周期T=1s,振幅A=5cm,t=0時刻波傳到B點時,A恰好處于波峰位置。(1)求0～4s內(nèi),質(zhì)點B通過的路程;解析:(1)一個周期內(nèi)質(zhì)點通過路程為4倍振幅,4s內(nèi)通過的路程s=4×4A=0.8m。答案:(1)0.8m[例8][隱含性造成的多解](2022·河北唐山模擬)如圖所示,坐標原點O為波源,發(fā)出的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿水平x軸傳播,A、B為x軸上的兩個點,A與B的距離L=60cm。已知波源從平衡位置開始向上振動,周期T=1s,振幅A=5cm,t=0時刻波傳到B點時,A恰好處于波峰位置。(2)求該波的傳播速度,并計算最大可能速度?？键c四波的干涉、衍射及多普勒效應1.波的干涉現(xiàn)象中振動加強點、減弱點的判斷方法(1)圖像法。如圖所示,在某時刻波的干涉的波形圖上,波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點(如圖中的P、Q)一定是加強點,而波峰與波谷的交點(如圖中的R、S)一定是減弱點,各加強點或減弱點各自連接成以兩波源為中心向外輻射的連線,形成加強線和減弱線,兩種線互相間隔,加強點與減弱點之間各質(zhì)點的振幅介于加強點與減弱點的振幅之間。(2)公式法。某質(zhì)點的振動是加強還是減弱,取決于該點到兩相干波源的距離之差Δr,如圖所示。2.衍射現(xiàn)象的兩點提醒(1)障礙物或孔的尺寸大小并不是決定衍射能否發(fā)生的條件,僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件,波長越長越易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。(2)當孔的尺寸遠小于波長時,盡管衍射十分突出,但衍射波的能量很弱,也很難觀察到波的衍射。3.多普勒效應的成因分析(1)接收頻率是指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)。(2)當波源與觀察者相互靠近時,觀察者接收到的頻率變大;當波源與觀察者相互遠離時,觀察者接收到的頻率變小。[例9][波的干涉](2022·全國乙卷,34)介質(zhì)中平衡位置在同一水平面上的兩個點波源S1和S2,二者做簡諧運動的振幅相等,周期均為0.8s。當S1過平衡位置向上運動時,S2也過平衡位置向上運動。若波速為5m/s,則由S1和S2發(fā)出的簡諧橫波的波長均為

m。P為波源平衡位置所在水平面上的一點,與S1、S2平衡位置的距離均為10m,則兩波在P點引起的振動總是相互

(選填“加強”或“削弱”)的;當S1恰好在平衡位置向上運動時,平衡位置在P處的質(zhì)點