（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第25講 機(jī)械波課件.ppt

第25講機(jī)械波,機(jī)械波,教材研讀,突破一 波的圖像與波速公式,突破二 振動圖像與波的圖像的綜合應(yīng)用,突破三 波的傳播的多解問題,重難突破,突破四 干涉、衍射、多普勒效應(yīng)惠更斯原理,機(jī)械波,教材研讀,1.形成與傳播 (1)形成條件:a.有波源;b.有介質(zhì)。 (2)傳播特點(diǎn):a.傳播振動形式、能量和信息;b.質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移;c.介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動頻率、振幅、起振方向等都與波源相同。,2.分類 (1)橫波 (2)縱波,3.圖像 (1)坐標(biāo):橫坐標(biāo)表示沿波傳播方向上各個質(zhì)點(diǎn)的平衡位置,縱坐標(biāo)表示該時刻各個質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移。 (2)意義:表示在波的傳播方向上,某時刻各質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的位移。,4.關(guān)系式:v=f 5.特有現(xiàn)象 (1)干涉; (2)衍射; (3)多普勒效應(yīng)。,1.判斷下列說法的正誤: (1)在機(jī)械波中各質(zhì)點(diǎn)不隨波的傳播而遷移。() (2)通過波的圖像可以找出任一質(zhì)點(diǎn)在任意時刻的位移。() (3)機(jī)械波在傳播過程中,各質(zhì)點(diǎn)振動的周期、起振方向都相同。 () (4)機(jī)械波在一個周期內(nèi)傳播的距離就是振幅的4倍。(),(5)兩列波在介質(zhì)中疊加,一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。() (6)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。() (7)多普勒效應(yīng)說明波源的頻率發(fā)生變化。() (8)發(fā)生多普勒效應(yīng)時,波源發(fā)出的頻率不變。(),2.關(guān)于振動和波,下列說法正確的是(A) A.沒有機(jī)械振動,就一定沒有機(jī)械波 B.一個物體在做機(jī)械振動,就一定會產(chǎn)生機(jī)械波 C.振源的振動速度跟波速一定相同 D.由某振源產(chǎn)生的波,它的頻率跟振源的頻率不一定相同,3.如圖所示為一列簡諧波在某一時刻的波形圖,此時刻質(zhì)點(diǎn)F的振動方向如圖所示,則(C) A.該波向上傳播B.該波向下傳播 C.該波向左傳播D.該波向右傳播,4.如圖所示是一列沿x軸方向傳播的簡諧橫波在某時刻的波形圖,波速為20 m/s。則(D) A.波長為2 m,周期為0.1 sB.波長為4 m,周期為5 s C.波長為2 m,周期為10 sD.波長為4 m,周期為0.2 s,5.下列現(xiàn)象中屬于波的衍射的是(D) A.敲響一音叉,另一個完全相同的音叉也響了起來 B.掛在同一水平繩上的幾個單擺,當(dāng)一個振動后,另幾個也跟著一起振動起來 C.打雷時聽見空中的雷聲會轟鳴一段時間 D.水波向前傳播時,遇到突出水面的小樹枝仍不受影響地繼續(xù)向前傳播,突破一波的圖像與波速公式,重難突破,1.波的圖像反映了在某時刻介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn) 離開平衡位置的位移情況,圖像的橫軸表示 各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置,縱軸表示該時刻各質(zhì)點(diǎn)的 位移,如圖所示。,典例1(多選)一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波,在t=0時刻的波形如圖所示。已知波的傳播速度為1 m/s,下列說法正確的是(AC) A.此時P質(zhì)點(diǎn)正向y軸正方向運(yùn)動 B.經(jīng)過0.1 s,P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的位移可能相同 C.經(jīng)過0.2 s,Q質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的路程為30 cm D.經(jīng)過0.4 s,P質(zhì)點(diǎn)向x軸正方向移動了40 cm,解析由波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動方向的關(guān)系知:質(zhì)點(diǎn)P正向y軸正方向振動,A正確;由波形圖知=40 cm,又因v=,所以T=0.4 s,又因振幅A =15 cm,所以C正確,B錯誤;質(zhì)點(diǎn)不會隨波遷移,D錯誤。,規(guī)律總結(jié) 波的圖像特點(diǎn): (1)質(zhì)點(diǎn)振動nT(波傳播n)時,波形不變。 (2)在波的傳播方向上,當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置的距離為n(n=1,2,3,)時,它們的振動步調(diào)總相同;當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為(2n+1)(n=0,1,2,3,)時,它們的振動步調(diào)總相反。 (3)波源的起振方向決定了它后面的質(zhì)點(diǎn)的起振方向,各質(zhì)點(diǎn)的起振方向與波源的起振方向相同。,1-1(多選)如圖所示,沿x軸正方向傳播的一列橫波在某時刻的波形圖為一正弦曲線,其波速為200 m/s,則下列說法正確的是(AC) A.圖中質(zhì)點(diǎn)b的加速度在增大 B.從圖示時刻開始,經(jīng)0.01 s質(zhì)點(diǎn)a通過 的路程為40 cm,此時相對平衡位置的位移為零 C.從圖示時刻開始,經(jīng)0.01 s質(zhì)點(diǎn)b位于平衡位置上方,并向上做減速運(yùn)動 D.若產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象,該波所遇到障礙物的尺寸一般不小于200 m,解析從圖示時刻開始,經(jīng)0.01 s質(zhì)點(diǎn)a通過的路程為40 cm,此時相對平衡位置的位移為-20 cm,所以B項錯誤;若產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象,該波所遇到障礙物的尺寸一般不大于4 m,故D項錯誤。,1-2(多選)如圖所示為一列沿x軸負(fù)方向傳播的簡諧橫波,實線為t=0時刻的波形圖,虛線為t=0.6 s時的波形圖,已知該波的周期T0.5 s,則下列說法正確的是(ACD) A.該波的傳播速度為5 m/s B.t=0.1 s時,質(zhì)點(diǎn)P沿y軸正方向運(yùn)動 C.t=1.0 s時,質(zhì)點(diǎn)P的加速度沿y軸正方向 D.在t=0到t=1.4 s時間內(nèi),質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為1.4 m,解析由圖可知波長為=4 m,簡諧橫波沿x軸負(fù)方向傳播,波的周期T0.5 s,則知t=0.6 s=T,解得T=0.8 s,則波速v= m/s=5 m/s,故A正確;t =0.1 s=T,波傳播的距離為=0.5 m,根據(jù)波形的平移法得知質(zhì)點(diǎn)P沿y 軸負(fù)方向運(yùn)動,故B錯誤;t=1 s=T,波傳播的距離為=10 m,根據(jù)波形的 平移法得知質(zhì)點(diǎn)P沿y軸正方向運(yùn)動,所以加速度也沿y軸正方向,故C正確;t=1.4 s=T,質(zhì)點(diǎn)P通過的路程為s=4A=1.4 m,故D正確。,突破二振動圖像與波的圖像的綜合應(yīng)用,1.振動圖像表示某質(zhì)點(diǎn)的位移隨時間變化的規(guī)律,波的圖像表示波中各質(zhì)點(diǎn)在某時刻的位移。 2.區(qū)分振動圖像和波的圖像,關(guān)鍵是看橫軸表示的是位移x還是時間t,如果是時間t則為振動圖像,如果是位移x則為波的圖像。,3.振動圖像與波的圖像的比較,典例2一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,圖甲是t=3 s時的波形圖,圖乙是波中某質(zhì)點(diǎn)P的振動圖像,下列判斷中正確的是(C) A.質(zhì)點(diǎn)P在t=3 s時沿y軸負(fù)方向振動B.質(zhì)點(diǎn)P在t=3 s時的速度為零 C.質(zhì)點(diǎn)P的平衡位置坐標(biāo)可能是x=4 cmD.該簡諧波的波速為1 m/s,解析由圖乙知,t=3 s時圖像切線的斜率為正值,說明質(zhì)點(diǎn)P此時正沿y軸正方向振動,故A錯誤;由圖乙知,t=3 s時質(zhì)點(diǎn)P的位移為0,正通過平衡位置,速度最大,故B錯誤;由圖甲知,簡諧橫波沿x軸正方向傳播,x=4 cm處的質(zhì)點(diǎn)正通過平衡位置向上運(yùn)動,與質(zhì)點(diǎn)P在t=3 s時的狀態(tài)相同,所以質(zhì)點(diǎn)P的平衡位置坐標(biāo)可能是x=4 cm,故C正確;由甲讀出波長=4 cm,由圖乙讀出周期T=4 s,則該波的波速v=1 cm/s,故D錯誤。故選C。,規(guī)律總結(jié) “一分、一看、二找”巧解波的圖像與振動圖像綜合類問題 1.分清振動圖像與波的圖像。只要看清橫坐標(biāo)即可,橫坐標(biāo)為x則為波的圖像,橫坐標(biāo)為t則為振動圖像。 2.看清橫、縱坐標(biāo)的單位。尤其要注意單位前的數(shù)量級。 3.找準(zhǔn)波的圖像對應(yīng)的時刻。 4.找準(zhǔn)振動圖像對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)。,2-1(多選)一列簡諧橫波,在t=0.6 s時刻的圖像如圖甲所示,波上A質(zhì)點(diǎn)的振動圖像如圖乙所示,則以下說法正確的是(ABD) A.這列波沿x軸正方向傳播 B.這列波的波速是 m/s C.從t=0.6 s開始,質(zhì)點(diǎn)P比質(zhì)點(diǎn)Q晚0.4 s回到 平衡位置 D.從t=0.6 s開始,緊接著的t=0.6 s時間內(nèi), A質(zhì)點(diǎn)通過的路程是4 m,解析由題圖乙可知,t=0.6 s時A質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向振動,因此可判斷這列波是沿x軸正方向傳播的,選項A正確;由題圖甲可知,該波的波長為20 m,由題圖乙可知,該波的周期為1.2 s,可得該波的波速為 m/s,選項B正 確;由波上各質(zhì)點(diǎn)振動情況可知,P點(diǎn)沿y軸正方向振動,應(yīng)該先回到平衡位置,選項C錯誤;0.6 s的時間為半個周期,因此質(zhì)點(diǎn)A通過的路程為4 m,選項D正確。,突破三波的傳播的多解問題 造成波動問題多解的主要因素有 (1)周期性 時間周期性:時間間隔t與周期T的關(guān)系不明確。 空間周期性:波傳播距離x與波長的關(guān)系不明確。 (2)雙向性 傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定。,振動方向雙向性:質(zhì)點(diǎn)振動方向不確定。 (3)波形的隱含性形成多解 在波動問題中,往往只給出完整波形的一部分,或給出幾個特殊點(diǎn),而其余信息均處于隱含狀態(tài)。這樣,波形就有多種情況,形成波動問題的多解性。,典例3(多選)一列簡諧橫波沿x軸的正方向傳播,振幅為2 cm,周期為T。已知t=0時刻波上相距50 cm的兩質(zhì)點(diǎn)a、b的位移都是1 cm,但運(yùn)動方向相反,其中質(zhì)點(diǎn)a沿y軸負(fù)方向運(yùn)動,如圖所示,下列說法正確的是(ACD),A.該列簡諧橫波波長可能為150 cm B.該列簡諧橫波波長可能為12 cm C.當(dāng)質(zhì)點(diǎn)b的位移為+2 cm時,質(zhì)點(diǎn)a的位移為負(fù) D.在t=時刻質(zhì)點(diǎn)b速度最大,解析根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動方程:x=A sin t,設(shè)質(zhì)點(diǎn)的起振方向向上,且a、b中間的距離小于1個波長,則b點(diǎn):1=2 sin t1,所以t1=,a點(diǎn)振動的時間 比b點(diǎn)長,所以由1=2 sin t2,得t2=,a、b兩個質(zhì)點(diǎn)振動的時間差t=t2-t 1=-=,所以a、b之間的距離x=vt=v=。則通式為 =50 cm,n=0,1,2,3,;則波長可以為=cm(n=0,1,2,3,);當(dāng)n=0時, =150 cm,由于n是整數(shù),所以不可能為12 cm,故A正確,B錯誤。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)b的位移為+2 cm時,即b到達(dá)波峰時,結(jié)合波形圖知,質(zhì)點(diǎn)a在平衡位置下,方,位移為負(fù),故C正確。由t1=得t1=,當(dāng)t=-t1=時質(zhì)點(diǎn)b到達(dá) 平衡位置處,速度最大,故D正確。,規(guī)律總結(jié) 解答波的多解問題的方法步驟 (1)假設(shè)波向x軸正方向或負(fù)方向傳播。 (2)由題目提供的波形變化等條件列出傳播距離或傳播時間與波長、周期等相關(guān)的通式。 (3)根據(jù)v=或v=f,v=求出速度或其他未知量的關(guān)系通式。 (4)分析題目中有沒有其他限制條件,看通過關(guān)系通式得到的多解能否變?yōu)橛邢迋€解或唯一解。,3-1一列簡諧橫波在x軸上傳播,在t1=0和t2=0.05 s時,其波形分別用如圖所示的實線和虛線表示,求: (1)這列波可能具有的波速。 (2)當(dāng)波速為280 m/s時,波的傳播方向如何?以此波速傳播時,x=8 m處的 質(zhì)點(diǎn)P從t1=0時刻所處位置運(yùn)動至波谷所需的最短時間是多少?,突破四干涉、衍射、多普勒效應(yīng)惠更斯原理,1.波的干涉和衍射,2.多普勒效應(yīng) (1)定義:當(dāng)波源與觀察者互相靠近或者互相遠(yuǎn)離時,觀察者接收到的波的頻率會發(fā)生變化。 (2)規(guī)律 波源與觀察者如果互相靠近,觀察者接收到的頻率增大; 波源與觀察者如果互相遠(yuǎn)離,觀察者接收到的頻率減小; 波源和觀察者如果相對靜止,觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。 (3)實質(zhì):波源頻率不變,觀察者接收到的頻率變化。,典例4 (2017浙江11月選考,16,2分)(多選)有兩列頻率相同、振動方向相同、振幅均為A、傳播方向互相垂直的平面 波相遇發(fā)生干涉。如圖所示,圖中實線表示 波峰,虛線表示波谷,a為波谷與波谷相遇點(diǎn), b、c為波峰與波谷相遇點(diǎn),d為波峰與波峰相 遇點(diǎn),e、g是a、d連線上的兩點(diǎn),其中e為連線的中點(diǎn),則( ),A.a、d處的質(zhì)點(diǎn)振動加強(qiáng),b、c處的質(zhì)點(diǎn)振動減弱 B.從圖示時刻經(jīng)過半個周期,e處的質(zhì)點(diǎn)通過的路程為4A C.從圖示時刻經(jīng)過半個周期,g處的質(zhì)點(diǎn)加速向平衡位置運(yùn)動 D.從圖示時刻經(jīng)過四分之一周期,d處的質(zhì)點(diǎn)振幅恰好為零,答案 ABCD 解析由題意可知兩列波滿足發(fā)生干涉的條件,a、d兩點(diǎn)波谷與波谷疊加或波峰與波峰疊加,屬于振動加強(qiáng)點(diǎn),而b、c兩點(diǎn)為波峰與波谷疊加,屬于振動減弱點(diǎn),選項A正確;此刻傳播的機(jī)械波,e點(diǎn)在平衡位置,經(jīng)過半個周期后,e點(diǎn)通過的路程為全振動路程的一半,e點(diǎn)為振動加強(qiáng)點(diǎn),振幅為2A,所以選項B正確;此刻傳播的機(jī)械波,g點(diǎn)處在平衡位置與波峰之間且向平衡位置運(yùn)動,經(jīng)過半個周期,g點(diǎn)加速向平衡位置運(yùn)動,所以C正確;質(zhì)點(diǎn)振動的振幅為偏離平衡位置的最大距離,是一定值,不會發(fā)生變化,所以d點(diǎn)的振幅為2A,選項D錯誤。,典例51842年,奧地利物理學(xué)家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時,發(fā)現(xiàn)波源與觀察者互相靠近或者互相遠(yuǎn)離時,接收到的波的頻率都會發(fā)生變化,并且做出了解釋,人們把這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)在科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用,裝有多普勒測速儀的監(jiān)視器可以安裝在公路上方,向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波,同時測量反射波的頻率,根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度。在測速的同時把車牌拍攝下來,并把測得的速度自動打印在照片上。下列說法正確的是 ( ),A.當(dāng)車輛駛向監(jiān)視器時,監(jiān)視器發(fā)射的超聲波頻率變大 B.當(dāng)車輛駛向監(jiān)視器時,監(jiān)視器接收到的超聲波頻率比發(fā)射出的小 C.車速越快,監(jiān)視器接收到的超聲波頻率比發(fā)射出的大得越多 D.超聲波能發(fā)生多普勒效應(yīng),光波也能發(fā)生多普勒效應(yīng),答案 D 解析多普勒效應(yīng)是波源和觀察者有相對運(yùn)動時觀察者接收到的波的頻率與波源發(fā)出的頻率不相同的現(xiàn)象,但波源實際發(fā)出的頻率并沒有變化,A錯誤;當(dāng)波源和觀察者靠近時,接收到的頻率增大,當(dāng)波源和觀察者遠(yuǎn)離時,接收到的頻率減小,所以當(dāng)車輛駛向監(jiān)視器時,監(jiān)視器接收到的超聲波頻率比發(fā)射出時的大,B錯誤;車速越大,如果車輛靠近監(jiān)視器的話,監(jiān)視器接收到的超聲波頻率比發(fā)射出時大得越多,遠(yuǎn)離監(jiān)視器的話反而比發(fā)射出的小,C錯誤;超聲波、電磁波都可發(fā)生多普勒效應(yīng),光波屬于電磁波所以可以發(fā)生多普勒效應(yīng),D正確。,典例6(多選)關(guān)于惠更斯原理的理解,下列說法正確的是(ACD) A.同一波面上的各點(diǎn)振動情況完全相同 B.同一振源的不同波面上的質(zhì)點(diǎn)的振動情況一定不同 C.球面波的波面是以波源為中心的一個個球面 D.無論怎樣的波,波線始終和波面垂直,解析根據(jù)惠更斯原理,介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn),都可以看做發(fā)射子波的波源,其后任意時刻,這些子波在波前進(jìn)方向的包絡(luò)面就是新的波面。同一波面上各質(zhì)點(diǎn)振動情況完全相同,選項A正確;不同波面上質(zhì)點(diǎn)的振動情況可能相同,選項B錯誤;球面波的波面是以波源為中心的一個個球面,選項C正確;波線始終與波面垂直,選項D正確。,