物理第十四章 機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械波 光學(xué) 第2節(jié) 機(jī)械波 新人教版

第2節(jié)機(jī)械波-2-一、機(jī)械波及分類1.機(jī)械波的形成和傳播(1)產(chǎn)生條件有 波源。有 介質(zhì),如空氣、水、繩子等。(2)傳播特點(diǎn)傳播振動(dòng)形式、 能量和信息。質(zhì)點(diǎn)不 隨波遷移。介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率、振幅、起振方向等都與波源 相同。-3-2.機(jī)械波的分類-4-二、描述機(jī)械波的物理量1.波長(zhǎng):在波動(dòng)中振動(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.頻率f:在波動(dòng)中,介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率都是相同的,都等于 波源的振動(dòng)頻率。3.波速v、波長(zhǎng)和頻率f、周期T的關(guān)系:機(jī)械波的速度大小由 介質(zhì)決定,與機(jī)械波的頻率無(wú)關(guān)。-5-三、機(jī)械波的圖象1.圖象:在平面直角坐標(biāo)系中,用橫坐標(biāo)表示介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的 平衡位置,用縱坐標(biāo)表示某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的 位移,連接各位移矢量的末端,得出的曲線即為波的圖象,簡(jiǎn)諧波的圖象是正弦(或余弦)曲線。2.物理意義:為某一時(shí)刻介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)相對(duì) 平衡位置的位移。-6-四、波的衍射和干涉多普勒效應(yīng)1.波的干涉和衍射2.多普勒效應(yīng)(1)條件:聲源和觀察者之間有 相對(duì)運(yùn)動(dòng)。(2)現(xiàn)象:觀察者感到 頻率發(fā)生變化。(3)實(shí)質(zhì):聲源頻率 不變,觀察者接收到的頻率 變化。-7-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四波的傳播與圖象波的傳播與圖象1.波動(dòng)圖象的信息(如圖所示)(1)直接讀取振幅A和波長(zhǎng),以及該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移。(2)確定某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)加速度的方向,并能比較其大小。(3)結(jié)合波的傳播方向可確定各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向或由各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向確定波的傳播方向。-8-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四3.波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向的判斷方法-9-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四例1(多選)(2017全國(guó)卷)如圖,一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,實(shí)線為t=0時(shí)的波形圖,虛線為t=0.5s時(shí)的波形圖。已知該簡(jiǎn)諧波的周期大于0.5s。關(guān)于該簡(jiǎn)諧波,下列說(shuō)法正確的是()A.波長(zhǎng)為2mB.波速為6m/sC.頻率為1.5HzD.t=1s時(shí),x=1m處的質(zhì)點(diǎn)處于波峰E.t=2s時(shí),x=2m處的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四思維點(diǎn)撥本題知道兩個(gè)時(shí)刻的波形,可以運(yùn)用波形的平移法分析波傳播的最短距離,要理解“該簡(jiǎn)諧波的周期大于0.5s”表達(dá)的意義。-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四即學(xué)即練即學(xué)即練1.(2017天津卷)手持較長(zhǎng)軟繩端點(diǎn)O以周期T在豎直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)繩上的其他質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)形成簡(jiǎn)諧波沿繩水平傳播,示意如圖。繩上有另一質(zhì)點(diǎn)P,且O、P的平衡位置間距為l。t=0時(shí),O位于最高點(diǎn),P的位移恰好為零,速度方向豎直向上,下列判斷正確的是()A.該簡(jiǎn)諧波是縱波B.該簡(jiǎn)諧波的最大波長(zhǎng)為2l 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四2.(多選)(2016天津卷)在均勻介質(zhì)中坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一波源做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),其表達(dá)式為y=5sin ,它在介質(zhì)中形成的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播。某時(shí)刻波剛好傳播到x=12m處,波形圖象如圖所示,則()A.此后再經(jīng)6s該波傳播到x=24m處B.M點(diǎn)在此后第3s末的振動(dòng)方向沿y軸正方向C.波源開始振動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向D.此后M點(diǎn)第一次到達(dá)y=-3m處所需時(shí)間是2s 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四3.(多選)(2016全國(guó)卷)由波源S形成的簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中向左、右傳播。波源振動(dòng)的頻率為20Hz,波速為16m/s。已知介質(zhì)中P、Q兩質(zhì)點(diǎn)位于波源S的兩側(cè),且P、Q和S的平衡位置在一條直線上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15.8m、14.6m。P、Q開始振動(dòng)后,下列判斷正確的是()A.P、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相同B.P、Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向始終相反C.當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置時(shí),P、Q兩點(diǎn)也正好通過(guò)平衡位置D.當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí),P在波峰E.當(dāng)S恰好通過(guò)平衡位置向下運(yùn)動(dòng)時(shí),Q在波峰 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四波的圖象與振動(dòng)圖象的關(guān)聯(lián)應(yīng)用波的圖象與振動(dòng)圖象的關(guān)聯(lián)應(yīng)用振動(dòng)圖象與波的圖象的比較-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四例2(2017湖北武漢期中)圖甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖,a、b兩質(zhì)點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別為xa=2m和xb=6m,圖乙為質(zhì)點(diǎn)b從該時(shí)刻開始計(jì)時(shí)的振動(dòng)圖象。下列說(shuō)法正確的是()A.該波沿+x方向傳播,波速為1m/sB.質(zhì)點(diǎn)a經(jīng)4s振動(dòng)的路程為4mC.此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a的速度沿+y方向D.質(zhì)點(diǎn)a在t=2s時(shí)速度為零 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四思維點(diǎn)撥(1)如何分析波的傳播速度、質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)路程?(2)如何確定波的圖象上各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向?提示:由波的圖象讀出波長(zhǎng),由振動(dòng)圖象讀出周期T,再由v= 計(jì)算出波速。質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)路程由振幅和振動(dòng)時(shí)間來(lái)決定。提示:可用帶動(dòng)法、同側(cè)法、微平移法等判斷。-18-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四“一分、一看、二找”巧解波的圖象與振動(dòng)圖象綜合類問(wèn)題-19-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四即學(xué)即練即學(xué)即練4.(多選)(2017河南平頂山模擬)圖甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的波形,圖乙為介質(zhì)中x=2m處的質(zhì)點(diǎn)P以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的振動(dòng)圖象。下列說(shuō)法正確的是()A.這列波的傳播方向是沿x軸正方向B.這列波的傳播速度是20m/sC.經(jīng)過(guò)0.15s,質(zhì)點(diǎn)P沿x軸的正方向傳播了3mD.經(jīng)過(guò)0.1s,質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸正方向E.經(jīng)過(guò)0.35s,質(zhì)點(diǎn)Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點(diǎn)P距平衡位置的距離 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-20-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四5.圖甲為t=1s時(shí)某橫波的波形,圖乙為該波傳播方向上某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象,距該質(zhì)點(diǎn)x=0.5m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象可能是() 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-21-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四波的多解問(wèn)題波的多解問(wèn)題-22-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四例3(2017黑龍江牡丹江期中)如圖實(shí)線是某時(shí)刻的波形,虛線是經(jīng)過(guò)0.2s時(shí)的波形。求:(1)波傳播的可能距離;(2)可能的周期;(3)若波速是35m/s,波的傳播方向;(4)若0.2s小于一個(gè)周期時(shí),傳播的距離、周期、波速。-23-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四答案:見解析解析:(1)由題圖知,波長(zhǎng)=4m,當(dāng)波沿x軸向左傳播時(shí),傳播的距離為-24-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四(3)若波速是35m/s,則波在0.2s內(nèi)傳播的距離為-25-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四波的多解問(wèn)題的一般思路(1)根據(jù)初、末兩時(shí)刻的波形確定傳播距離與波長(zhǎng)的關(guān)系通式。(2)根據(jù)題設(shè)條件判斷是唯一解還是多解。(4)一般采用從特殊到一般的思維方法,即找出一個(gè)周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系t或x,若此關(guān)系為時(shí)間t=nT+t(n=0,1,2,3,)或此關(guān)系為距離x=n+x(n=0,1,2,3,),可找到周期或波長(zhǎng)的表達(dá)式。-26-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四即學(xué)即練即學(xué)即練6.(多選)(2016四川卷)簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播,P、Q是傳播方向上相距10m的兩質(zhì)點(diǎn),波先傳到P,當(dāng)波傳到Q開始計(jì)時(shí),P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖所示。則()A.質(zhì)點(diǎn)Q開始振動(dòng)的方向沿y軸正方向B.該波從P傳到Q的時(shí)間可能為7sC.該波的傳播速度可能為2m/sD.該波的波長(zhǎng)可能為6m 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-27-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四7.(2017河北衡水模擬)在一列沿水平直線傳播的簡(jiǎn)諧橫波上有相距4m的A、B兩點(diǎn),如圖甲、乙分別是A、B兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象,已知該波波長(zhǎng)大于2m,求這列波可能的波速。答案:見解析解析:由振動(dòng)圖象得質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期T=0.4s,若波由A向B傳播,B點(diǎn)比A點(diǎn)晚振動(dòng)的時(shí)間-28-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四所以A、B間的距離為-29-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四2m,所以n=0,1當(dāng)n=0時(shí),1=16m,v1=40m/s,-30-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四波的衍射、干涉和多普勒效應(yīng)波的衍射、干涉和多普勒效應(yīng)1.波的干涉中振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的判斷:某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是加強(qiáng)還是減弱,取決于該點(diǎn)到兩相干波源的距離之差r。2.波的衍射現(xiàn)象是指波能繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不大或者小于波長(zhǎng)。-31-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四3.多普勒效應(yīng)的成因分析(1)接收頻率:觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)。當(dāng)波以速度v通過(guò)觀察者時(shí),時(shí)間t內(nèi)通過(guò)的完全波的個(gè)數(shù)為N=,因而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的完全波的個(gè)數(shù),就是接收頻率。(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí),觀察者接收到的頻率變大;當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí),觀察者接收到的頻率變小。-32-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四例4(多選)(2017沈陽(yáng)質(zhì)量監(jiān)測(cè))如圖是水面上兩列頻率相同的波在某時(shí)刻的疊加情況,以波源S1、S2為圓心的兩組同心圓弧分別表示同一時(shí)刻兩列波的波峰(實(shí)線)和波谷(虛線);S1的振幅A1=4cm,S2的振幅A2=3cm,則下列說(shuō)法正確的是()A.質(zhì)點(diǎn)D是振動(dòng)減弱點(diǎn)B.質(zhì)點(diǎn)A、D在該時(shí)刻的高度差為14cmC.再過(guò)半個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)B、C是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)D.質(zhì)點(diǎn)C的振幅為1cmE.質(zhì)點(diǎn)C此刻以后將向下振動(dòng) 答案解析解析關(guān)閉由圖象可知,D點(diǎn)為兩波谷相遇應(yīng)該是加強(qiáng)點(diǎn),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;此時(shí)A點(diǎn)在加強(qiáng)后的最高點(diǎn),D點(diǎn)在加強(qiáng)后的最低點(diǎn),由合成疊加關(guān)系可知A、D質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的高度差為14cm,選項(xiàng)B正確;由于兩波的頻率相等,疊加后會(huì)形成穩(wěn)定的干涉圖象,所以A、D點(diǎn)始終是加強(qiáng)點(diǎn),B、C點(diǎn)始終是減弱點(diǎn),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)C為減弱點(diǎn),振幅為兩振幅之差,為1cm,選項(xiàng)D正確;由題意可知此時(shí)質(zhì)點(diǎn)C將向下振動(dòng),選項(xiàng)E正確。 答案解析關(guān)閉BDE-33-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四即學(xué)即練即學(xué)即練8.(2017山西朔州期中)右圖表示兩列相干水波的疊加情況,圖中的實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷。設(shè)兩列波的振幅均為5cm,且在圖示的范圍內(nèi)振幅不變,波速和波長(zhǎng)分別為1m/s和0.5m。C點(diǎn)是BE連線的中點(diǎn),下列說(shuō)法不正確的是()A.C、E兩點(diǎn)都保持靜止不動(dòng)B.圖示時(shí)刻A、B兩點(diǎn)的豎直高度差為20cmC.圖示時(shí)刻C點(diǎn)正處在平衡位置且向水面運(yùn)動(dòng)D.從圖示的時(shí)刻起經(jīng)0.25s后,B點(diǎn)通過(guò)的路程為20cm 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-34-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四9.(多選)一漁船向魚群發(fā)出超聲波,若魚群正向漁船靠近,則被魚群反射回來(lái)的超聲波與發(fā)出的超聲波相比()A.波速變大 B.波速不變C.頻率變高D.頻率不變 答案解析解析關(guān)閉超聲波的波速由介質(zhì)決定,是不變的,A錯(cuò)誤,B正確。根據(jù)多普勒效應(yīng)的原理,頻率變高,C正確,D錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉BC-35-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三命題點(diǎn)四10.如圖所示,P為橋墩,A為靠近橋墩浮出水面的葉片,波源S連續(xù)振動(dòng),形成水波,此時(shí)葉片A靜止不動(dòng)。為使水波能帶動(dòng)葉片振動(dòng),可用的方法是()A.提高波源頻率B.降低波源頻率C.增加波源距橋墩的距離D.減小波源距橋墩的距離 答案解析解析關(guān)閉葉片A之所以不動(dòng),是因?yàn)樗ú荒芾@過(guò)橋墩傳過(guò)來(lái),也就是說(shuō)水波衍射不太明顯,而發(fā)生明顯衍射的條件是,障礙物的尺寸比波長(zhǎng)小或差不多,所以要讓葉片A動(dòng)起來(lái)方法只能是減小橋墩的尺寸或增大水波的波長(zhǎng),水波的速度一定,減小頻率會(huì)增大波長(zhǎng),增大頻率會(huì)減小波長(zhǎng),故A錯(cuò)誤,B正確;改變波源與橋墩的距離不會(huì)讓衍射現(xiàn)象更明顯,所以C、D錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉B