2018-2019版高中物理 第2章 機(jī)械波章末總結(jié)學(xué)案 滬科版選修3-4

第2章 機(jī)械波章末總結(jié)一、波的形成及傳播規(guī)律機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成機(jī)械波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一個(gè)周期，波向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)，因此波的傳播具有時(shí)間、空間的周期性故對(duì)機(jī)械波的形成與傳播規(guī)律，應(yīng)掌握以下幾點(diǎn)：1波源做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在波的傳播方向上的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也跟隨做同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率都等于波源的振動(dòng)頻率波源從平衡位置開(kāi)始振動(dòng)的方向，也就是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)起始振動(dòng)的方向2離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)是由于離波源較近的質(zhì)點(diǎn)的帶動(dòng)而開(kāi)始振動(dòng)的，因而離波源較遠(yuǎn)的質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的時(shí)刻總是落后于離波源較近的質(zhì)點(diǎn)3在一個(gè)周期T內(nèi)，波源完成一次全振動(dòng)，波在介質(zhì)中傳播的距離為一個(gè)波長(zhǎng)波傳播的距離為多少個(gè)波長(zhǎng)，則所用的時(shí)間為多少個(gè)周期波傳播的距離x、波速v、波源的振動(dòng)時(shí)間(即波傳播的時(shí)間)t、波長(zhǎng)、周期T、頻率f之間的關(guān)系為：xvtft4在同一均勻介質(zhì)中，機(jī)械波勻速傳播，波形沿波的傳播方向平移例1如圖1所示，一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播，實(shí)線和虛線分別表示t10和t20.5s(T>0.5s)時(shí)的波形能正確反映t37.5s時(shí)波形的圖是()圖1答案D解析由題圖可知0.5s，T2s，t37.5s3 T，再由特殊點(diǎn)振動(dòng)法可以確定D選項(xiàng)正確二、波的圖像與振動(dòng)圖像的區(qū)別與聯(lián)系由于波的圖像與振動(dòng)圖像形狀相似，很多同學(xué)在應(yīng)用時(shí)容易混淆因此面對(duì)波的圖像和振動(dòng)圖像問(wèn)題時(shí)要按如下步驟來(lái)分析：1先看兩軸：由兩軸確定圖像種類2讀取直接信息：從振動(dòng)圖像上可直接讀取周期和振幅；從波的圖像上可直接讀取波長(zhǎng)和振幅3利用波速關(guān)系式：波長(zhǎng)、波速、周期間一定滿足v/Tf.例2(多選)圖2甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在t0.10s時(shí)刻的波形圖，P是平衡位置為x1m處的質(zhì)點(diǎn)，Q是平衡位置為x4 m處的質(zhì)點(diǎn)，圖乙為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像，則下列說(shuō)法正確的是()圖2A該波的周期是0.10sB該波的傳播速度為40m/sC該波沿x軸的負(fù)方向傳播D從t0.10s到t0.25s，質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為30cm答案BC解析由題圖乙知該波的周期是0.20 s，故A錯(cuò)誤由題圖甲知波長(zhǎng)8 m，則波速為：vm/s40 m/s，故B正確t0.10 s時(shí)，由題圖乙知質(zhì)點(diǎn)Q正向下運(yùn)動(dòng)，根據(jù)波形平移法可知該波沿x軸負(fù)方向傳播，故C正確該波沿x軸負(fù)方向傳播，此時(shí)P點(diǎn)正向上運(yùn)動(dòng)從t0.10 s到t0.25 s經(jīng)過(guò)的時(shí)間為t0.15 sT，由于t0.10 s時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P不在平衡位置或波峰、波谷處，所以質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程不是3A30 cm，故D錯(cuò)誤三、波動(dòng)問(wèn)題的多解性波動(dòng)問(wèn)題出現(xiàn)多解性的原因：1空間周期性：波在均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，傳播的距離xnx0，nN，式中為波長(zhǎng)，x0表示傳播距離中除去波長(zhǎng)的整數(shù)倍部分后余下的那段距離2時(shí)間周期性：波在均勻介質(zhì)中傳播的時(shí)間tnTt0，nN，式中T表示波的周期，t0表示總時(shí)間中除去周期的整數(shù)倍部分后剩下的那段時(shí)間3傳播方向的雙向性：本章中我們解決的都是僅限于波在一條直線上傳播的情況，即它有沿x正向或負(fù)向傳播的可能4質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的雙向性：質(zhì)點(diǎn)雖在振動(dòng)，但在只給出位置的情況下，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)有沿y和y兩個(gè)方向的可能例3如圖3所示，實(shí)線是某時(shí)刻的波形圖線，虛線是0.2s后的波形圖線圖3(1)若波向左傳播，求它傳播的距離及最小距離；(2)若波向右傳播，求它的周期及最大周期；(3)若波速為35m/s，求波的傳播方向答案見(jiàn)解析解析(1)由題圖知，4m，若波向左傳播，傳播的距離的可能值為xn(4n3) m(n0,1,2，)最小距離為xmin3m，此時(shí)n0.(2)若波向右傳播，x(n) m，所用時(shí)間為t(n)T0.2 s，故T s(n0,1,2，)，所以最大周期為Tmax0.8 s，此時(shí)n0.(3)xv·t35×0.2m7m(3) m，所以波向左傳播1(多選)一列簡(jiǎn)諧橫波正沿著x軸正方向傳播，波在某一時(shí)刻的波形如圖4所示，則此時(shí)刻()圖4Ax3m處質(zhì)點(diǎn)正沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)Bx6m處質(zhì)點(diǎn)的速度為零Cx7m處質(zhì)點(diǎn)的加速度方向沿y軸負(fù)方向Dx8m處質(zhì)點(diǎn)的合外力為零答案AC解析由“帶動(dòng)法”可判定x3m處質(zhì)點(diǎn)正沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，A正確；x6m處質(zhì)點(diǎn)正好處于平衡位置，其速度最大，B錯(cuò)；x7m處質(zhì)點(diǎn)受合外力沿y軸負(fù)方向，其加速度方向沿y軸負(fù)方向，C正確；x8m處質(zhì)點(diǎn)正好位于最大位移處，所受合外力最大，D錯(cuò)2一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線由a向b傳播，相距10.5m的a、b兩處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖像如圖5中a、b所示，則()圖5A該波的振幅可能是20cmB該波的波長(zhǎng)可能是8.4mC該波的波速可能是10.5m/sD該波由a傳播到b可能歷時(shí)7s答案D解析由題圖知振幅A10cm；10.5m，則不論n取任何非負(fù)整數(shù)都不可能得到8.4m；由題圖可以看出T4s，v，顯然波速不可能是10.5m/s.由圖像分析可知，經(jīng)歷時(shí)間可能為tT，所以可能歷時(shí)7s.3.一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播，t0時(shí)的波形如圖6所示，質(zhì)點(diǎn)a與質(zhì)點(diǎn)b相距1m，a質(zhì)點(diǎn)正沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)；t0.02s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)a第一次到達(dá)正向最大位移處，由此可知()圖6A此波的傳播速度為25m/sB此波沿x軸正方向傳播C從t0時(shí)起，經(jīng)過(guò)0.04s，質(zhì)點(diǎn)a沿波傳播方向遷移了1mDt0.04s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)b處在平衡位置，速度沿y軸負(fù)方向答案A解析由題可知波長(zhǎng)2 m，周期T0.08 s，則v25 m/s，A對(duì)；由a點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)知此波沿x軸負(fù)方向傳播，B錯(cuò)；質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移，C錯(cuò)；t0時(shí)質(zhì)點(diǎn)b向下運(yùn)動(dòng)，從t0到t0.04 s經(jīng)過(guò)了半個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)b回到平衡位置沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)4圖7為一簡(jiǎn)諧波在t0時(shí)刻的波形圖，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)P做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為yAsin5t，求該波的速度，并畫(huà)出t0.3s時(shí)的波形圖(至少畫(huà)出一個(gè)波長(zhǎng))圖7答案見(jiàn)解析解析由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)表達(dá)式可知5rad/s，t0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P向上運(yùn)動(dòng)，故波沿x軸正方向傳播由波形圖讀出波長(zhǎng)4m.T由波速公式，知v聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)可得v10m/st0.3s時(shí)的波形圖如圖所示5