高中物理 第二章 機械波 章末總結(jié)課件 教科版選修34

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建區(qū) 機械波機械波機械波機械波的的形成形成形成：機械振動在形成：機械振動在 中的傳播中的傳播條件：波源條件：波源(振源振源)、介質(zhì)，二者缺一不可、介質(zhì)，二者缺一不可特點：傳播的是振動形式、能量和信息，質(zhì)點特點：傳播的是振動形式、能量和信息，質(zhì)點 隨波隨波遷移遷移波與質(zhì)點振動的關(guān)系：有機械振動波與質(zhì)點振動的關(guān)系：有機械振動 有機械波；有機械波；有機械波必有機械振動有機械波必有機械振動分類：按機械波傳播方向與質(zhì)點振動方向的關(guān)系分為分類：按機械波傳播方向與質(zhì)點振動方向的關(guān)系分為 和和介質(zhì)介質(zhì)不不不一定不一定橫波橫波縱波縱波機械波機械波描述描述波的波的物理量物理量波長波長頻率頻率f( (周期周期T) )波速波速v關(guān)系關(guān)系：v 或或vf機械波機械波波波的的圖像圖像形成：前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點，形成：前面的質(zhì)點帶動后面的質(zhì)點，將將 傳播出去傳播出去物理物理意義：橫坐標(biāo)表示波的傳播方向上各質(zhì)點意義：橫坐標(biāo)表示波的傳播方向上各質(zhì)點的的 位置，位置， 縱坐標(biāo)縱坐標(biāo)表示某一表示某一時刻各質(zhì)點時刻各質(zhì)點 平衡位置平衡位置的位移的位移振動圖像振動圖像與與波波的圖像的圖像相同點：縱坐標(biāo)表示相同點：縱坐標(biāo)表示位移位移不同點不同點：橫坐標(biāo)表示的意義不同：橫坐標(biāo)表示的意義不同從波的從波的圖像圖像獲得獲得的信息的信息各質(zhì)點的位移大小和各質(zhì)點的位移大小和方向方向各各質(zhì)點的質(zhì)點的振幅振幅確定確定波的傳播方向或各質(zhì)點的振動方向波的傳播方向或各質(zhì)點的振動方向振動形式振動形式平衡平衡偏離偏離機械波機械波波波的的一些一些現(xiàn)象現(xiàn)象衍射：波繞過障礙物的衍射：波繞過障礙物的現(xiàn)象現(xiàn)象疊加原理疊加原理：幾列波相遇時保持各自的振動狀態(tài)，各：幾列波相遇時保持各自的振動狀態(tài)，各質(zhì)點質(zhì)點 的位移的位移等于這幾列波等于這幾列波單獨傳播單獨傳播時引起的位移時引起的位移的的干涉干涉：頻率頻率 的的兩列波疊加，使某些區(qū)域的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動振動 ， 某些某些區(qū)域的區(qū)域的振動振動 的現(xiàn)象的現(xiàn)象多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：是由波源與觀察：是由波源與觀察者者 ( (距離變化距離變化) )產(chǎn)生產(chǎn)生 的的，一切波都能發(fā)生多普勒效應(yīng)，一切波都能發(fā)生多普勒效應(yīng),反射和折射反射和折射矢量和矢量和相同相同加強加強減弱減弱相對運動相對運動學(xué)習(xí)探究區(qū)一、波的形成及傳播規(guī)律一、波的形成及傳播規(guī)律 二、波動圖像反映的信息及其應(yīng)用二、波動圖像反映的信息及其應(yīng)用 三、波動圖像與振動圖像的區(qū)別和聯(lián)系三、波動圖像與振動圖像的區(qū)別和聯(lián)系 四、波動問題的多解性四、波動問題的多解性 一、波的形成及傳播規(guī)律 返回返回1.波的形成及特點：波源把自己的振動方式通過介質(zhì)的質(zhì)點由波的形成及特點：波源把自己的振動方式通過介質(zhì)的質(zhì)點由近及遠(yuǎn)地傳播，就形成了波近及遠(yuǎn)地傳播，就形成了波.(1)質(zhì)點只在自己的平衡位置附近振動，并不隨波遷移；質(zhì)點只在自己的平衡位置附近振動，并不隨波遷移；(2)介質(zhì)中每個質(zhì)點的起振方向都和波源的起振方向相同；介質(zhì)中每個質(zhì)點的起振方向都和波源的起振方向相同；(3)每個質(zhì)點的振動周期都等于波的傳播周期，質(zhì)點振動一個每個質(zhì)點的振動周期都等于波的傳播周期，質(zhì)點振動一個周期波傳播一個波長；周期波傳播一個波長；(4)波傳播的是波源的振動形式和能量，也能傳遞信息波傳播的是波源的振動形式和能量，也能傳遞信息.返回返回2.波長、周期、頻率的關(guān)系：波長、周期、頻率的關(guān)系：vf ，其中波速其中波速v與介質(zhì)有關(guān)與介質(zhì)有關(guān).因波傳播的是波源的振動形式，故當(dāng)因波傳播的是波源的振動形式，故當(dāng)同一列波在不同種介質(zhì)中傳播時，波的周期和頻率同一列波在不同種介質(zhì)中傳播時，波的周期和頻率不發(fā)生變化不發(fā)生變化.一、波的形成及傳播規(guī)律 /T返回返回例例1 在在xOy平面內(nèi)有一列沿平面內(nèi)有一列沿x軸正方向軸正方向傳播傳播的簡的簡諧橫波，波速為諧橫波，波速為2 m/s，振幅為，振幅為A.M、N是是位于位于平衡位置且相距平衡位置且相距2 m的兩個質(zhì)點，如圖的兩個質(zhì)點，如圖1所示所示.在在t0時，時，M通過其平衡位置沿通過其平衡位置沿y軸軸正方正方向向運動運動，N位于其平衡位置上方最大位移處位于其平衡位置上方最大位移處.已知該波的周期已知該波的周期大于大于1 s.則則()一、波的形成及傳播規(guī)律 圖圖1返回返回A.該波的周期為該波的周期為 sB.在在t s時，時，N的速度一定為的速度一定為2 m/sC.從從t0到到t1 s，M向右移動了向右移動了2 mD.從從t s到到t s，M的動能逐漸的動能逐漸增大增大一、波的形成及傳播規(guī)律 返回返回解析解析根據(jù)題意，根據(jù)題意，M、N間的基本波形如圖所間的基本波形如圖所示，則示，則xn (n0,1,2，)，所以該簡，所以該簡諧橫波的波長諧橫波的波長 m(n0,1,2，).根據(jù)根據(jù)v ，得簡諧橫波的周期，得簡諧橫波的周期T s(n0,1,2，).當(dāng)當(dāng)n0時，時，T s；當(dāng)；當(dāng)n1時，時，T s.又題設(shè)又題設(shè)T1 s，所以該，所以該波的周期波的周期T s，選項，選項A錯誤錯誤.一、波的形成及傳播規(guī)律 /T返回返回波的傳播速度與質(zhì)點的振動速度是兩個不同的物理量，當(dāng)波的傳播速度與質(zhì)點的振動速度是兩個不同的物理量，當(dāng)t s時，時，N在平衡位置，振動速度最大但不一定為在平衡位置，振動速度最大但不一定為2 m/s，選，選項項B錯誤錯誤.波在傳播的過程中，介質(zhì)質(zhì)點不沿波的傳播方向移波在傳播的過程中，介質(zhì)質(zhì)點不沿波的傳播方向移動，選項動，選項C錯誤錯誤.從從t s到到t s，M從正的最大位移處向從正的最大位移處向平平衡衡位置振動，速度逐漸增大，動能也逐漸增大，選項位置振動，速度逐漸增大，動能也逐漸增大，選項D正確正確.答案答案D一、波的形成及傳播規(guī)律 二、波動圖像反映的信息及其應(yīng)用 返回返回從波動圖像中可以看出：從波動圖像中可以看出：(1)波長波長；(2)振幅振幅A；(3)該時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移情該時刻各質(zhì)點偏離平衡位置的位移情況；況；(4)如果波的傳播方向已知，可判斷各質(zhì)點該時刻的振動如果波的傳播方向已知，可判斷各質(zhì)點該時刻的振動方向以及下一時刻的波形；方向以及下一時刻的波形；(5)如果波的傳播速度大小已知，如果波的傳播速度大小已知，可利用圖像所得的相關(guān)信息進(jìn)一步求得各質(zhì)點振動的周期和可利用圖像所得的相關(guān)信息進(jìn)一步求得各質(zhì)點振動的周期和頻率頻率：二、波動圖像反映的信息及其應(yīng)用 例例2 如圖如圖2所示的橫波正在沿所示的橫波正在沿x軸正方向傳播，波速為軸正方向傳播，波速為0.5 m/s.請回答下列問題：請回答下列問題：圖圖2(1)P點此時速度方向如何？加速度方向如何？點此時速度方向如何？加速度方向如何？(2)質(zhì)點質(zhì)點K和和P哪個先回到平衡位置哪個先回到平衡位置？返回返回二、波動圖像反映的信息及其應(yīng)用 (1)P點此時速度方向如何？加速度方向如何？點此時速度方向如何？加速度方向如何？(2)質(zhì)點質(zhì)點K和和P哪個先回到平衡位置？哪個先回到平衡位置？(3)經(jīng)過半個周期，質(zhì)點經(jīng)過半個周期，質(zhì)點L的位移和路程分別等于多少？波傳的位移和路程分別等于多少？波傳播的距離是多少？播的距離是多少？(4)請畫出此波經(jīng)過請畫出此波經(jīng)過1 s后的波形曲線后的波形曲線.解析解析(1)由于波沿由于波沿x軸正方向傳播，可判斷軸正方向傳播，可判斷P點向上振動，即點向上振動，即P點速度方向向上；加速度方向與位移方向相反，指向點速度方向向上；加速度方向與位移方向相反，指向y軸負(fù)軸負(fù)方向方向.返回返回二、波動圖像反映的信息及其應(yīng)用 (2)質(zhì)點質(zhì)點P向上振動，回到平衡位置的時間向上振動，回到平衡位置的時間大于大于 ，而質(zhì)點而質(zhì)點K 經(jīng)經(jīng) 回到回到平衡位置，故質(zhì)點平衡位置，故質(zhì)點K先回到平衡位置先回到平衡位置.(3)質(zhì)點質(zhì)點L經(jīng)過半個周期，回到平衡位置，位移為經(jīng)過半個周期，回到平衡位置，位移為0；路程為；路程為2A0.2 m.波傳播的距離波傳播的距離為為 1.0 m.返回返回二、波動圖像反映的信息及其應(yīng)用 (4)T s4 s，而，而t1 s ，在，在 內(nèi)內(nèi)波波傳播傳播 ，經(jīng)經(jīng) 后的后的波形如圖中虛線所示波形如圖中虛線所示.答案答案見解析見解析返回返回三、波動圖像與振動圖像的區(qū)別和聯(lián)系 返回返回面對波的圖像和振動圖像問題時可按如下步驟來分析：面對波的圖像和振動圖像問題時可按如下步驟來分析：(1)先看兩軸：由兩軸確定圖像種類先看兩軸：由兩軸確定圖像種類.(2)讀取直接信息：從振動圖像上可直接讀取周期和振幅；從讀取直接信息：從振動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和振幅波的圖像上可直接讀取波長和振幅.(3)讀取間接信息：利用振動圖像可確定某一質(zhì)點在某一時刻讀取間接信息：利用振動圖像可確定某一質(zhì)點在某一時刻的振動方向；利用波的圖像可進(jìn)行波傳播方向與某一質(zhì)點振的振動方向；利用波的圖像可進(jìn)行波傳播方向與某一質(zhì)點振動方向的互判動方向的互判.(4)利用波速關(guān)系式：波長、波速、周期間一定滿足利用波速關(guān)系式：波長、波速、周期間一定滿足v/Tf.三、波動圖像與振動圖像的區(qū)別和聯(lián)系 返回返回例例3 (2014新課標(biāo)新課標(biāo)34(1)圖圖3(a)為一列簡諧橫波在為一列簡諧橫波在t0.10 s時刻的波形圖，時刻的波形圖，P是平衡位置在是平衡位置在x1.0 m處的質(zhì)點，處的質(zhì)點，Q是平衡位是平衡位置在置在x4.0 m處的質(zhì)點；圖處的質(zhì)點；圖(b)為質(zhì)點為質(zhì)點Q的振動圖像的振動圖像.下列說法正下列說法正確的是確的是_.圖圖3三、波動圖像與振動圖像的區(qū)別和聯(lián)系 返回返回A.在在t0.10 s時，質(zhì)點時，質(zhì)點Q向向y軸正方向運動軸正方向運動B.在在t0.25 s時，質(zhì)點時，質(zhì)點P的加速度方向與的加速度方向與y軸正方向相同軸正方向相同C.從從t0.10 s到到t0.25 s，該波沿，該波沿x軸負(fù)方向傳播了軸負(fù)方向傳播了6 mD.從從t0.10 s到到t0.25 s，質(zhì)點，質(zhì)點P通過的路程為通過的路程為30 cmE.質(zhì)點質(zhì)點Q簡諧運動的表達(dá)式為簡諧運動的表達(dá)式為y0.10 sin 10t(國際單位制國際單位制)三、波動圖像與振動圖像的區(qū)別和聯(lián)系 返回返回解析解析由由yt圖像可知，圖像可知，t0.10 s時質(zhì)點時質(zhì)點Q沿沿y軸負(fù)方向運動，軸負(fù)方向運動，選項選項A錯誤；錯誤；由由yt圖像可知，波的振動周期圖像可知，波的振動周期T0.2 s，由，由yx圖像可知圖像可知8 m，故波速，故波速v 40 m/s，根據(jù)振動與波動的關(guān)系知波沿，根據(jù)振動與波動的關(guān)系知波沿x軸負(fù)方向傳播，則波在軸負(fù)方向傳播，則波在0.10 s到到0.25 s內(nèi)傳播的距離內(nèi)傳播的距離xvt6 m，選項，選項C正確；正確；三、波動圖像與振動圖像的區(qū)別和聯(lián)系 返回返回在在t0.25 s時其波形圖如圖所示，此時質(zhì)點時其波形圖如圖所示，此時質(zhì)點P的位移沿的位移沿y軸負(fù)方軸負(fù)方向，而回復(fù)力、加速度方向沿向，而回復(fù)力、加速度方向沿y軸正方向，選項軸正方向，選項B正確；正確；t0.15 s T，質(zhì)點，質(zhì)點P在其中在其中的的 T內(nèi)路程為內(nèi)路程為20 cm，在，在剩下的剩下的 T內(nèi)包含了質(zhì)點內(nèi)包含了質(zhì)點P通過最大位移的位置，故其路程小于通過最大位移的位置，故其路程小于10 cm，因此在因此在t0.15 s內(nèi)質(zhì)點內(nèi)質(zhì)點P通過的路程小于通過的路程小于30 cm，選項，選項D錯誤錯誤； 三、波動圖像與振動圖像的區(qū)別和聯(lián)系 返回返回由由yt圖像可知質(zhì)點圖像可知質(zhì)點Q做簡諧運動的表達(dá)式為做簡諧運動的表達(dá)式為y0.10sin t(m)0.10sin 10t(m)，選項，選項E正確正確.答案答案BCE四、波動問題的多解性 返回返回波在傳播過程中，由于空間周期性、時間周期性和傳播方向波在傳播過程中，由于空間周期性、時間周期性和傳播方向的雙向性而引起多解，解決這類問題要注意下列情況：的雙向性而引起多解，解決這類問題要注意下列情況：1.波的空間周期性：在波的傳播方向上，相距為波長整數(shù)倍的波的空間周期性：在波的傳播方向上，相距為波長整數(shù)倍的質(zhì)點的振動情況相同質(zhì)點的振動情況相同.2.波的時間周期性：由波的傳播特性可知，經(jīng)過整數(shù)倍個周期，波的時間周期性：由波的傳播特性可知，經(jīng)過整數(shù)倍個周期，波的圖像相同波的圖像相同.3.波的傳播方向的雙向性：若根據(jù)題中條件無法確定波的傳播波的傳播方向的雙向性：若根據(jù)題中條件無法確定波的傳播方向，在解題時要注意考慮波的傳播方向可以有兩個方向方向，在解題時要注意考慮波的傳播方向可以有兩個方向.四、波動問題的多解性 返回返回例例4 如圖如圖4所示，實線是某時刻的波形圖線，虛線是所示，實線是某時刻的波形圖線，虛線是0.2 s后后的波形圖線的波形圖線.圖圖4(1)若波向左傳播，求它傳播的距離及最小距離；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；若波向右傳播，求它的周期及最大周期；(3)若波速為若波速為35 m/s，求波的傳播方向，求波的傳播方向.四、波動問題的多解性 返回返回解析解析(1)由題圖知，由題圖知，4 m，若波向左傳播，傳播的距離的，若波向左傳播，傳播的距離的可能值為可能值為xn (4n3) m(n0,1,2，)最小距離為最小距離為xmin3 m(2)若波向右傳播，若波向右傳播，x(n )(4n1) m(n0,1,2，)，所用時間為所用時間為t(n )T0.2 s，故，故T s(n0,1,2，)，所以所以Tmax0.8 s.四、波動問題的多解性 返回返回(3)xvt350.2 m7 m(3) m，所以波，所以波向左傳播向左傳播.答案答案見解析見解析四、波動問題的多解性 返回返回針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練如圖如圖5所示，簡諧橫波在所示，簡諧橫波在t時刻的波形如實線所示，時刻的波形如實線所示，經(jīng)過經(jīng)過t3 s，其波形如虛線所示，其波形如虛線所示.已知圖中已知圖中x1與與x2相距相距1 m，波的周期為波的周期為T，且，且2Tt4T.則可能的最小波速為則可能的最小波速為_ m/s，最小周期為最小周期為_ s.圖圖5四、波動問題的多解性 返回返回解析解析由題圖可知波長為由題圖可知波長為7 m.若波向右傳播，則若波向右傳播，則t TnT，故，故T ，結(jié)合題目可知，結(jié)合題目可知n2,3；若波向左傳播，則；若波向左傳播，則t TmT，故，故T ，結(jié)合題目可知，結(jié)合題目可知m2,3.當(dāng)波向右傳當(dāng)波向右傳播，且播，且n2時，周期時，周期T最大，為最大，為T s，波速最小，最小波速，波速最小，最小波速為為v m/s5 m/s.當(dāng)波向左傳播，且當(dāng)波向左傳播，且m3時，周期最時，周期最小，小，最小周期為最小周期為T s.答案答案 5自我檢測區(qū)1231.(波的圖像波的圖像)沿沿x軸正方向傳播的一列簡諧軸正方向傳播的一列簡諧橫波橫波在在t0時刻的波形如圖時刻的波形如圖6所示，所示，M為介質(zhì)中為介質(zhì)中的的一一個質(zhì)點，該波的傳播速度為個質(zhì)點，該波的傳播速度為40 m/s，則，則t1/40 sS時時()A.質(zhì)點質(zhì)點M對平衡位置的位移一定為負(fù)值對平衡位置的位移一定為負(fù)值B.質(zhì)點質(zhì)點M的速度方向與對平衡位置的位移方向相同的速度方向與對平衡位置的位移方向相同C.質(zhì)點質(zhì)點M的加速度方向與速度方向一定相同的加速度方向與速度方向一定相同D.質(zhì)點質(zhì)點M的加速度方向與對平衡位置的位移方向的加速度方向與對平衡位置的位移方向相反相反123圖圖6解析解析由于波沿由于波沿x軸正方向傳播，由波動與振動的關(guān)系可知，軸正方向傳播，由波動與振動的關(guān)系可知，t0時刻時刻M點正沿點正沿y軸正方向振動，從圖像上可知波長軸正方向振動，從圖像上可知波長4 m，因此周期為因此周期為T s，t s時，質(zhì)點振動了時，質(zhì)點振動了 周期，周期，M點經(jīng)過點經(jīng)過 周期，位移一定為正，且周期，位移一定為正，且M點正沿點正沿y方向運動，速方向運動，速度方向與位移方向相反，度方向與位移方向相反，A、B項錯誤；項錯誤；加速度方向總是指向平衡位置，因此此時加速度方向總是指向平衡位置，因此此時M點的加速度也沿點的加速度也沿y方向，方向，C、D項正確項正確.答案答案CD1232.(波動圖像與振動圖像波動圖像與振動圖像)某波源某波源S發(fā)出一列發(fā)出一列簡簡諧諧橫波，波源橫波，波源S的振動圖像如圖的振動圖像如圖7所示，在所示，在波波的的傳播方向上有傳播方向上有A、B兩點，它們到兩點，它們到S的的距離距離分別分別為為45 m和和55 m.測得測得A、B兩點開始兩點開始振動的振動的時間間隔時間間隔為為1.0 s.由此可知由此可知波長波長_ m；當(dāng)當(dāng)B點離開平衡位置的位移為點離開平衡位置的位移為6 cm時，時，A點離開平衡位置的點離開平衡位置的位移是位移是_ cm.123圖圖7解析解析由題意可知波速由題意可知波速v 10 m/s，周期，周期T2.0 s，波長波長20 m，A、B相差半個波長，振動情況完全相差半個波長，振動情況完全相反，故相反，故B點位移為點位移為6 cm時，時，A點位移為點位移為6 cm.答案答案20 6 1233.(波動問題的多解性波動問題的多解性)一列簡諧橫波沿直線一列簡諧橫波沿直線由由a向向b傳播，相距傳播，相距10.5 m的的a、b兩處質(zhì)點的兩處質(zhì)點的振動振動圖像圖像如圖如圖8a、b所示，則所示，則()A.該波的振幅可能是該波的振幅可能是20 cmB.該波的波長可能是該波的波長可能是8.4 mC.該波的波速可能是該波的波速可能是10.5 m/sD.該波由該波由a傳播到傳播到b可能歷時可能歷時7 s123圖圖8解析解析由題圖知振幅由題圖知振幅A10 cm； 10.5 m，則不論，則不論n取取任何非負(fù)整數(shù)都不可能得到任何非負(fù)整數(shù)都不可能得到8.4 m；由題圖可以看出；由題圖可以看出T4 s， ， 顯然波速不可能是顯然波速不可能是10.5 m/s.由題圖由題圖分析可知，當(dāng)分析可知，當(dāng)n1時，經(jīng)歷時間可能為時，經(jīng)歷時間可能為t T7 s，故選故選D.答案答案D123