北京專用2019版高考物理第八章機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波第2講機(jī)械波課件.pptx

1、第2講機(jī)械波,知識(shí)梳理 一、機(jī)械波 1.機(jī)械波的形成條件 (1)有發(fā)生機(jī)械振動(dòng)的波源。 (2)有傳播介質(zhì),如空氣、水等。,2.傳播特點(diǎn) (1)機(jī)械波傳播的只是振動(dòng)的形式和能量,質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),并不隨波遷移。 (2)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同,振動(dòng)周期和頻率都與波源的振動(dòng)周期和頻率相同。 (3)一個(gè)周期內(nèi),質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng),通過的路程為4A,位移為零。,3.機(jī)械波的分類 (1)橫波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波,有波峰(凸部)和波谷(凹部)。 (2)縱波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線的波,有密部和疏部。,4.波長(zhǎng)、波速、頻率及其關(guān)系 (1)波長(zhǎng):在波動(dòng)中

2、,振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離,用表示。 (2)波速:波在介質(zhì)中的傳播速度。由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定。 (3)頻率:由波源決定,等于波源的振動(dòng)頻率。 (4)波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系:v=f。,二、波的圖像,三、波的特有現(xiàn)象,1.波的干涉和衍射,2.多普勒效應(yīng) (1)波源不動(dòng) (2)觀察者不動(dòng),1.一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,某一時(shí)刻的波形圖如圖所示,此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P、S跟質(zhì)點(diǎn)Q、R的振動(dòng)位移大小相等、方向相反。由圖可知,在此后的任一時(shí)刻() A.質(zhì)點(diǎn)P和S的振動(dòng)加速度大小和方向總相同 B.質(zhì)點(diǎn)P和Q的振動(dòng)位移大小總相同、方向總相反 C.質(zhì)點(diǎn)P和S的振動(dòng)速度大小和方向總相同 D.質(zhì)點(diǎn)P和R的振動(dòng)

3、加速度大小總相同、方向總相反,D,答案D相隔波長(zhǎng)整數(shù)倍距離的兩質(zhì)點(diǎn),振動(dòng)狀態(tài)總相同,相隔半波長(zhǎng)奇數(shù)倍距離的兩質(zhì)點(diǎn),振動(dòng)狀態(tài)總相反。由波動(dòng)圖像可得,P、R兩點(diǎn)相隔半個(gè)波長(zhǎng),所以在振動(dòng)過程中的位移、加速度總是大小相等、方向相反,D對(duì)。,2.如圖所示是一列簡(jiǎn)諧波在t=0時(shí)的波形圖,介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)P沿y軸方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y=10 sin 5t cm。關(guān)于這列簡(jiǎn)諧波,下列說法中正確的是() A.這列簡(jiǎn)諧波的振幅為20 cm B.這列簡(jiǎn)諧波的周期為5.0 s C.這列簡(jiǎn)諧波在該介質(zhì)中的傳播速度為25 cm/s D.這列簡(jiǎn)諧波沿x軸正向傳播,D,答案D由圖可知,質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的最大距離即振幅為10

4、cm,A錯(cuò);由質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)的表達(dá)式可知這列簡(jiǎn)諧波的周期為T= s=0.4 s,B 錯(cuò);由題圖可知,該波的波長(zhǎng)為 =4 m,波速 v= m/s=10 m/s,C錯(cuò);由 質(zhì)點(diǎn)P做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式可知,t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P正在向上運(yùn)動(dòng),由此可判斷波沿x軸正向傳播,D正確。,3.一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸負(fù)方向傳播,圖a是t=1 s時(shí)的波形圖,圖b是某振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間變化的圖像,則圖b可能是圖a中哪個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像() A.x=0處的質(zhì)點(diǎn) B.x=1 m處的質(zhì)點(diǎn) C.x=2 m處的質(zhì)點(diǎn)D.x=3 m處的質(zhì)點(diǎn),A,答案A由題圖b知,t=1 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)的位移為零,振動(dòng)方向向下,由于波向左傳播,故圖b可能是圖a中x=

5、0、x=4 m、x=8 m等處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像,正確選項(xiàng)為A。,4.(多選)如圖所示,實(shí)線表示兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波的波峰位置,則圖中a、b兩點(diǎn)() A.a為振動(dòng)加強(qiáng)位置 B.b為振動(dòng)減弱位置 C.b為振動(dòng)加強(qiáng)位置 D.a為振動(dòng)減弱位置,答案CD由題圖可以看出,在圖示時(shí)刻,兩列波的波谷在b點(diǎn)相遇,所以b點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn);在a點(diǎn),S2傳到的是波峰,S1傳到的是波谷,所以a點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)。,CD,深化拓展,考點(diǎn)一對(duì)機(jī)械波和波的圖像的理解及應(yīng)用,考點(diǎn)二波的圖像與振動(dòng)圖像的區(qū)別,考點(diǎn)三質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的互判,考點(diǎn)四波的多解性問題,考點(diǎn)五波的干涉和衍射,深化拓展 考點(diǎn)一對(duì)機(jī)械波和波的圖

6、像的理解及應(yīng)用 1.波的形成及特點(diǎn) 波源把自己的振動(dòng)形式通過介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)由近及遠(yuǎn)向外傳播,就形成了波。 (1)質(zhì)點(diǎn)只在自己的平衡位置附近振動(dòng),并不隨波的傳播向前遷移; (2)介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的起振方向都和波源的起振方向相同; (3)每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期都等于波源的振動(dòng)周期,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一個(gè)周期波傳播一個(gè)波長(zhǎng); (4)波傳播的是波源的振動(dòng)形式和能量,也能傳遞信息。,2.對(duì)波的圖像的認(rèn)識(shí) 波的圖像描述的是在波的傳播方向上,介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻相對(duì)各自平衡位置的位移。,3.波長(zhǎng)、波速和頻率 (1)關(guān)系式:v=f。 (2)機(jī)械波的波速取決于介質(zhì),與波的頻率無(wú)關(guān)。在同一均勻介質(zhì)中,機(jī)械波的傳播是勻速的。 (

7、3)機(jī)械波的頻率取決于波源振動(dòng)的頻率,當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),波的頻率不變。 (4)在波的傳播方向上,介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng),其頻率都等于波源的振動(dòng)頻率。,【情景素材教師備用】 橫波:,縱波:,1-1用手握住較長(zhǎng)軟繩的一端連續(xù)上下抖動(dòng),形成一列簡(jiǎn)諧橫波。某一時(shí)刻的波形如圖所示,繩上a、b兩質(zhì)點(diǎn)均處于波峰位置。下列說法正確的是() A.a、b兩點(diǎn)之間的距離為半個(gè)波長(zhǎng) B.a、b兩點(diǎn)振動(dòng)開始時(shí)刻相差半個(gè)周期 C.b點(diǎn)完成全振動(dòng)次數(shù)比a點(diǎn)多一次 D.b點(diǎn)完成全振動(dòng)次數(shù)比a點(diǎn)少一次,D,答案D相鄰的兩個(gè)波峰之間的距離為一個(gè)波長(zhǎng),A錯(cuò)誤。波在一個(gè)周期內(nèi)向前傳播的距離為一個(gè)波長(zhǎng),a點(diǎn)比b點(diǎn)早振動(dòng)

8、一個(gè)周期,完成全振動(dòng)的次數(shù)也比b點(diǎn)多一次,故B、C錯(cuò)誤,D正確。,1-2(2015北京理綜,15,6分)周期為2.0 s的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播,該波在某時(shí)刻的圖像如圖所示,此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)。則該波(),A.沿x軸正方向傳播,波速v=20 m/s B.沿x軸正方向傳播,波速v=10 m/s C.沿x軸負(fù)方向傳播,波速v=20 m/s D.沿x軸負(fù)方向傳播,波速v=10 m/s,B,答案B由質(zhì)點(diǎn)P沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),可知波沿x軸正方向傳播,波速v=10 m/s,B項(xiàng)正確。,考點(diǎn)二波的圖像與振動(dòng)圖像的區(qū)別,2-1(2014北京理綜,17,6分)一簡(jiǎn)諧機(jī)械橫波沿x軸正方向傳播,波長(zhǎng)為,周期為T。

9、t=0時(shí)刻的波形如圖1所示,a、b是波上的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)。圖2是波上某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像。下列說法中正確的是() A.t=0時(shí)質(zhì)點(diǎn)a的速度比質(zhì)點(diǎn)b的大 B.t=0時(shí)質(zhì)點(diǎn)a的加速度比質(zhì)點(diǎn)b的小 C.圖2可以表示質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng),D.圖2可以表示質(zhì)點(diǎn)b的振動(dòng),D,答案D由圖1可知,t=0時(shí),a在正向最大位移處,v=0,加速度最大,速度最小為零;b在平衡位置,速度最大,加速度最小且為0,振動(dòng)方向沿y軸負(fù)向,圖2可以表示質(zhì)點(diǎn)b的振動(dòng),選項(xiàng)A、B、C都錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確。,2-2一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,圖甲是t=3 s時(shí)的波形圖,圖乙是波中某質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像(兩圖用同一時(shí)間起點(diǎn)),下列判斷正確的 是( ) A.

10、質(zhì)點(diǎn)P在t=3 s時(shí)正向y軸負(fù)方向振動(dòng) B.質(zhì)點(diǎn)P在t=3 s時(shí)的速度為零 C.質(zhì)點(diǎn)P的平衡位置可能是x=0 D.質(zhì)點(diǎn)P的平衡位置可能是x=2 m,C,答案C由乙圖知,當(dāng)t=3 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P處于平衡位置且向上振動(dòng),即質(zhì)點(diǎn)P正向y軸正方向振動(dòng),速度最大;t=3 s時(shí)的波形圖中滿足此特征的有 x=0、x=4 m處的質(zhì)點(diǎn)。故只有C正確。,考點(diǎn)三質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的互判,3-1(2013北京理綜,15,6分)一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧機(jī)械橫波,波速為4 m/s。某時(shí)刻波形如圖所示,下列說法正確的是() A.這列波的振幅為4 cm B.這列波的周期為1 s,C.此時(shí)x=4 m處質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向

11、運(yùn)動(dòng) D.此時(shí)x=4 m處質(zhì)點(diǎn)的加速度為0,B,答案D由波動(dòng)圖像知,波的振幅為2 cm,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;波長(zhǎng)=8 m,周期T= s=2 s,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;由于波沿x軸正向傳播,由波傳播方向和質(zhì)點(diǎn) 振動(dòng)方向的關(guān)系知,x=4 m處質(zhì)點(diǎn)此時(shí)向y軸正方向運(yùn)動(dòng),C選項(xiàng)錯(cuò)誤;此時(shí)x=4 m處的質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置,其加速度為零,D選項(xiàng)正確。,3-2一列簡(jiǎn)諧橫波某時(shí)刻波形如圖所示,此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P的速度方向沿y軸正方向,則() A.這列波沿x軸負(fù)方向傳播 B.質(zhì)點(diǎn)a此時(shí)動(dòng)能最大,加速度最小 C.再經(jīng)過一個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到x=6 m處 D.當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),質(zhì)點(diǎn)b恰好運(yùn)動(dòng)到平衡位置,B,答案B因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)P的速度方向沿y

12、軸正方向,所以這列波沿x軸正方向傳播,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;因?yàn)楹?jiǎn)諧波中各質(zhì)點(diǎn)均在自己的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移,且簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中,質(zhì)點(diǎn)在平衡位置具有最大的速度和最小的加速度,故選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)P與質(zhì)點(diǎn)b在空間上相差一個(gè)波長(zhǎng)的距離,所以它們的振動(dòng)步調(diào)始終相同,當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),質(zhì)點(diǎn)b也應(yīng)該在最低點(diǎn),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,考點(diǎn)四波的多解性問題 1.波的周期性:機(jī)械波在時(shí)間和空間上具有周期性。一方面,每經(jīng)過一個(gè)周期T(或幾個(gè)周期nT),介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)完成一次(或n次)全振動(dòng)回到原來的狀態(tài),波形圖線與原來的圖線相同,這在傳播時(shí)間與周期關(guān)系上形成多解;另一方面,波形沿波的傳播方向向前推進(jìn)或n

13、,在波形圖上,相距、2、3、n的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)完全一致,后面的質(zhì)點(diǎn)好像是前面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況的“復(fù)制”,這在傳播距離與波長(zhǎng)關(guān)系上形成多解。,2.波的傳播方向的不確定性 當(dāng)只知波沿x軸傳播時(shí),往往有沿x軸正方向和負(fù)方向傳播兩種情況。,3.介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)間距離與波長(zhǎng)的關(guān)系的不確定性 已知兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離及某一時(shí)刻它們所在的位置,由于波的空間周期性,則兩質(zhì)點(diǎn)間存在著多種可能波形。做這類題時(shí),可先根據(jù)題意,在兩質(zhì)點(diǎn)間先畫出最簡(jiǎn)波形,然后再作一般分析,從而寫出兩質(zhì)點(diǎn)間的距離與波長(zhǎng)關(guān)系的通式。,4-1(多選)一列橫波沿直線傳播,在波的傳播方向上有A、B兩點(diǎn)。在t時(shí)刻A、B兩點(diǎn)間形成的波形如圖甲所示,在(t+3

14、 s)時(shí)刻A、B兩點(diǎn)間形成的波形如圖乙所示,已知A、B兩點(diǎn)間的距離s=9 m,則以下說法中正確的是( ),A.若周期為4 s,波一定向右傳播 B.若周期大于4 s,波可能向右傳播 C.若波速為8.5 m/s,波一定向左傳播 D.該波波速可能的最小值為0.5 m/s,ACD,答案ACD根據(jù)題圖可知,波長(zhǎng)=4=6 m。若波向右傳播,則3 s= (n+)T(n=0,1,2,),周期T= s(n=0,1,2,),波速v=(2n+1.5) m/s(n =0,1,2,),可見,當(dāng)n=0時(shí),周期最大為4 s,波速最小為1.5 m/s,n取任何自然數(shù),波速都不等于8.5 m/s;若波向左傳播,則3 s=(n+

15、)T(n=0,1,2,),周 期T= s(n=0,1,2,),波速v=(2n+0.5) m/s(n=0,1,2,),可見,當(dāng)n=0 時(shí),周期最大為12 s,波速最小為0.5 m/s,n=4時(shí),波速v=8.5 m/s;n取任何自然數(shù)周期都不等于4 s。選項(xiàng)A、C、D正確,B錯(cuò)誤。,4-2如圖所示,實(shí)線為一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻的波形,虛線是該波在t=0.20 s時(shí)刻的波形,則此列波的周期可能 為( ) A.0.16 sB.0.20 s C.0.32 sD.0.40 s,答案A由波向右傳播可知,t=0.20 s時(shí)傳播了(n+)(n=0,1,2,)個(gè)周 期,即(n+)T=0.20

16、s(n=0,1,2,),將n所取值依次代入可知只有A正確。,A,考點(diǎn)五波的干涉和衍射 1.波的干涉 (1)產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件:頻率相同、相位差恒定。 (2)干涉區(qū)域內(nèi)某點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)還是振動(dòng)減弱點(diǎn)的充要條件: 加強(qiáng)點(diǎn):該點(diǎn)到兩個(gè)波源的路程之差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍,即=n(n=0,1,2,)。 減弱點(diǎn):該點(diǎn)到兩個(gè)波源的路程之差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,即=(2n+1) (n=0,1,2,)。,2.波的衍射 (1)定義:波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 (2)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多,或者比波長(zhǎng)更小時(shí),才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。 (3)衍射總是存在,只是明顯與不明

17、顯而已,很不明顯時(shí)表現(xiàn)為直線傳播。 【情景素材教師備用】,干涉圖樣,水繞過小孔或障礙物繼續(xù)傳播,5-1(多選)如圖所示是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個(gè)小孔,O是波源,圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況,每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個(gè)波長(zhǎng),則對(duì)于波經(jīng)過孔之后的傳播情況,下列描述中正確的是(),AB,A.此時(shí)能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象 B.擋板前后波紋間距相等 C.如果將孔AB擴(kuò)大,還可觀察到明顯的衍射現(xiàn)象 D.如果孔的大小不變,使波源頻率增大,能更明顯觀察到衍射現(xiàn)象,答案AB本題中發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是:小孔尺寸要比波長(zhǎng)小或者和波長(zhǎng)相差不多,所以此時(shí)能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,A對(duì)。波穿過小孔后傳播速度不變,頻率不變,故波長(zhǎng)不變,所以擋板前后波紋間距相等,B對(duì)。如果將孔AB擴(kuò)大,衍射現(xiàn)象將不明顯,C錯(cuò)。如果孔的大小不變,使波源振動(dòng)頻率增大,則波長(zhǎng)變短,衍射現(xiàn)象不明顯,D錯(cuò)。,5-2水平面上有A、