2022高考物理一轮复习第十四章第2节机械波课件202104082290

第2节　机械波第十四章2022 必备知识预案自诊 【知识梳理】一、机械波及分类1.机械波的形成和传播(1)产生条件①有。②有,如空气、水、绳子等。(2)传播特点①传播运动形式、和信息。②质点不。③介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源。波源介质能量随波迁移相同 2.机械波的分类垂直波峰波谷密部疏部 二、描述机械波的物理量1.波长λ:在波动中振动相位总是的两个相邻质点间的距离。2.频率f:在波动中,介质中各质点的振动频率都是相同的,都等于的振动频率。3.波速v、波长λ和频率f、周期T的关系:=λf。机械波的速度大小由决定,与机械波的频率无关。相同波源介质 三、机械波的图像1.图像:在平面直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的,用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的,连接各位移矢量的末端,得出的曲线即为波的图像,简谐波的图像是正弦(或余弦)曲线。2.物理意义:为某一时刻介质中各质点相对的位移。平衡位置位移平衡位置 四、波的衍射和干涉多普勒效应1.波的干涉和衍射相同尺寸干涉图样绕过障碍物 2.多普勒效应(1)条件:声源和观察者之间有。(2)现象:观察者感到发生变化。(3)实质:声源频率,观察者接收到的频率。相对运动频率不变变化 【考点自诊】1.判断下列说法的正误。(1)在机械波的传播中,各质点随波的传播而迁移。()(2)机械波的频率等于振源的振动频率。()(3)质点振动的方向总是垂直于波传播的方向。()(4)机械波在介质中传播的速度由介质本身决定。()(5)火车鸣笛减速向我们驶来时,我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低。()×√×√× 2.一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4m/s。某时刻波形如图所示,下列说法正确的是()A.这列波的振幅为4cmB.这列波的周期为1sC.这列波的波长为8mD.此时x=4m处质点沿y轴负方向运动答案C 3.下列说法正确的是()A.若声波波源向观察者靠近,则观察者接收到的声波频率减小B.声波击碎玻璃杯的实验原理是共振C.超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波近得多D.“音箱的高音部分容易被大的障碍物挡住的现象”是声波的干涉现象答案B 4.(新教材人教版选择性必修第一册P78习题改编)图中的a是一列正弦波在某时刻的波形曲线,如果波向右传播,b是0.2s后第一次形成的波形曲线。试求这列波的传播速度。答案5m/s解析根据波形图可知该波的波长为4m,5m处的质点向上振动,经过0.2s振动了四分之一个周期第一次到达最高点,故波的周期为0.8s,则=5m/s。 关键能力学案突破 考点一波的传播与图像(自主探究)1.波的图像信息(如图所示)(1)直接读取振幅A和波长λ,以及该时刻各质点的位移。(2)确定某时刻各质点加速度的方向,并能比较其大小。(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。2.波速与波长、周期、频率的关系=λf。 3.波的传播方向与质点的振动方向的判断方法 【对点演练】 答案D 2.(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播,在t与(t+0.2s)两个时刻,x轴上(-3m,3m)区间的波形完全相同,如图所示。图中M、N两质点在t时刻的位移均为(a为质点的振幅),下列说法中正确的是()A.该波的最小波速为20m/sB.(t+0.1s)时刻,x=2m处的质点位移一定为aC.从t时刻起,x=2m处的质点比x=2.5m的质点先回到平衡位置D.从t时刻起,在质点M第一次到达平衡位置时,质点N恰好到达波峰E.该列波在传播过程中遇到宽度为1m的狭缝时会发生明显的衍射现象 根据数学知识可知质点M和N之间的距离等于,由波形可知,质点M第一次到达平衡位置时,质点N不在波峰,故D错误;当障碍物的尺寸与波长相同或比波长小时,能发生明显衍射,该波波长为4m,则该列波在传播过程中遇到宽度为1m的狭缝时会发生明显的衍射现象,故E正确。 考点二波的图像与振动图像的关联应用(师生共研)振动图像与波的图像的比较 【典例1】(2020山东二模)一列简谐横波沿x轴传播,t=0.1s时的波形图如图甲所示,A、B为介质中的两质点。图乙为质点A的振动图像。以下判断正确的是()A.t=0.15s时,A的加速度为零B.t=0.15s时,B的速度沿y轴正方向C.从t=0.1s到t=0.25s,B的位移大小为10cmD.从t=0.1s到t=0.25s,波沿x轴负方向传播了7.5cm 答案D解析由题图乙可知,t=0.15s时,质点A处于波谷位置,则此时A的加速度最大,故A错误;由题图乙可知,波的周期为0.20s,则从题图甲所示的t=0.1s时开始经过0.05s即四分之一周期质点B处于平衡位置,速度方向沿y轴负方向,故B错误;从t=0.1s到t=0.25s经历四分之三周期,质点B处于平衡位置,则B的位移为0,故C错误;由题图乙可知,在t=0.1s时质点A处于平衡位置且向下振动,结合题图甲可知,波沿x轴负方向传播,由题图甲可知,波长λ=10m,由题图乙可知,波的周期为0.20s,则波速为m/s=50m/s,从t=0.1s到t=0.25s,波沿x轴负方向传播了s=50×0.15m=7.5m,故D正确。 解题指导审题 破题1.根据波的图像可以确定波长,根据振动图像可以确定周期,由可以确定波的传播速度。2.根据波上某质点的振动图像先确定出该时刻质点的振动方向,然后可由“上坡下,下坡上”确定波的传播方向。 素养微点求解波的图像与振动图像综合问题的关键:“一分、一看、二找” 【对点演练】3.(多选)如图所示,甲为一列简谐波在t=0.2s时刻的波形图,乙为介质中x=2cm处的质点P的振动图像,质点Q的平衡位置位于x=3.5cm处,下列说法正确的是()A.这列波沿x轴负方向传播B.这列波的传播速度为10m/sC.t=0.2s时,质点Q的纵坐标y=-cmD.t=0.15s时,质点Q到达波谷位置E.t=0.25s时,质点P的速度大于质点Q的速度 答案ACD 4.(多选)一简谐横波沿x轴正方向传播,在t=0时刻,该波的波形图如图甲所示,P、Q是介质中的两个质点。图乙表示介质中某质点的振动图像。下列说法正确的是()A.质点Q的振动图像与图乙相同B.平衡位置在坐标原点的质点的振动图像与图乙相同C.在t=0时刻,质点P的速率比质点Q的大D.在t=0时刻,质点P的加速度的大小比质点Q的大E.在t=时刻,质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大 答案ADE解析波沿x轴正方向传播,在t=0时刻,由题图甲可知,质点Q正处于平衡位置并向上运动,平衡位置在坐标原点的质点正处于平衡位置并向下运动,而题图乙所示的质点在t=0时刻处于平衡位置并向上运动,故A正确,B错误;在t=0时刻,质点P处于正向最大位移处,速度为0,加速度最大,质点Q处于平衡位置,速度最大,加速度为0,故C错误,D正确;在t=时刻,质点P运动到负向最大位移处,质点Q又回到平衡位置,故质点P与其平衡位置的距离比质点Q的大,故E正确。 考点三波的多解问题(师生共研)1.造成波动问题多解的主要因素(1)周期性①时间周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确;②空间周期性:波传播距离Δx与波长λ的关系不明确。(2)双向性①传播方向双向性:波的传播方向不确定;②振动方向双向性:质点振动方向不确定。(3)波形的隐含性在波动问题中,往往只给出完整波形的一部分,或给出几个特殊点,而其余信息均处于隐含状态。这样,波形就有多种情况,形成波动问题的多解性。 2.解决波的多解问题的思路一般采用从特殊到一般的思维方法,即找出一个周期内满足条件的关系Δt或Δx,若此关系为时间,则t=nT+Δt(n=0,1,2…);若此关系为距离,则x=nλ+Δx(n=0,1,2…)。步骤如下(1)根据初、末两时刻的波形图确定传播距离与波长的关系通式。(2)根据题设条件判断是唯一解还是多解。(3)根据波速公式v=或=λf求波速。 【典例2】(多选)(2019天津卷)一列简谐横波沿x轴传播,已知x轴上x1=1m和x2=7m处质点的振动图像分别如图1、图2所示,则此列波的传播速率可能是()A.7m/sB.2m/sC.1.2m/sD.1m/s 答案BC 素养微点解决波的多解问题的一般思路:(1)首先找出造成多解的原因,比如考虑传播方向的双向性,可先假设波向右传播,再假设波向左传播,分别进行分析。(2)根据周期性列式,若题目给出的是时间条件,则列出t=nT+Δt(n=0,1,2…)进行求解,若给出的是距离条件,则列出x=nλ+Δx(n=0,1,2…)进行求解。(3)根据需要进一步求与波速(v=或=λf)等有关的问题。 【对点演练】5.(多选)如图所示,一列横波在x轴上沿x轴方向传播,实线表示t=0时刻的波形图,虚线是t=2s时刻的波形图,下列说法正确的是()A.质点的振动周期一定是8sB.该波的波速可能是1m/sC.t=0时刻,x=4m处的质点振动方向可能向上D.t=4s时刻,x=6m处的质点可能位于平衡位置E.在0~2s时间内,x=4m处的质点运动的路程可能为15cm答案BCE 根据“上下坡法”可知,若波沿x轴正方向传播时,t=0时刻,x=4m处的质点振动方向向上;若波沿x轴负方向传播时t=0时刻,x=4m处的质点振动方向向下,故C正确;分析图像可知,若波沿x轴正方向传播,t=2s时x=6m处的质点通过平衡位置向上,根据对称性和周期性可知,t=4s时x=6m处的质点恰好位于波峰;若波沿x轴负方向传播时,t=2s时x=6m处的质点通过平衡位置向下,根据对称性和周期性可知,t=4s时x=6m处的质点恰好位于波谷,故D错误。 考点四波的衍射、干涉和多普勒效应(自主探究)1.波的干涉中振动加强点和减弱点的判断:某质点的振动是加强还是减弱,取决于该点到两相干波源的距离之差Δr。 2.波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。3.多普勒效应的成因分析(1)接收频率:观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。当波以速度v通过观察者时,时间t内通过的完全波的个数为,因而单位时间内通过观察者的完全波的个数,就是接收频率。(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大;当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小。 【对点演练】6.(多选)(2020全国卷Ⅰ)在下列现象中,可以用多普勒效应解释的有()A.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声B.超声波被血管中的血流反射后,探测器接收到的超声波频率发生变化C.观察者听到远去的列车发出的汽笛声,音调会变低D.同一声源发出的声波,在空气和水中传播的速度不同E.天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化 答案BCE解析根据多普勒效应的概念或者利用排除法。雷雨天看到闪电后过一会儿才能听到雷声,是因为在空气中光的传播速度比声音大,选项A不符合题意。机械波的传播速度是由介质决定的,同一声波在空气和水中传播的速度不同与多普勒效应无关,选项D不符合题意。选项B、C、E符合题意。 7.(多选)如图所示是水平面上两列频率相同的简谐波在某时刻的叠加情况,图中实线为波峰,虚线为波谷。已知两列波的振幅均为2cm,波速为2m/s,波长为8cm,E点是B、D和A、C连线的交点,下列说法中正确的是()A.A、C两处两质点是振动减弱的点B.B、D两处两质点在该时刻的竖直高度差是4cmC.E处质点是振动减弱的点D.经0.02s,B处质点通过的路程是8cmE.经0.01s,D处质点的位移为零 您好，谢谢观看！ 答案ADE解析由题图可知,A、C两处两质点是两列波波峰与波谷叠加的地方,是振动减弱的点,故A正确。B、D两点都是振动加强的点,振幅都是4cm,此时D点处于波峰,B点处于波谷,则B、D两处两质点在该时刻的竖直高度差是8cm,故B错误;B、D两点都是振动加强的点,根据波的叠加原理,振动加强的点与振动减弱的点相互间隔,它们的连线上各点振动也加强,所以E处质点是振动加强的点,故C错误;由=0.04s,0.02s为半个周期,则经半个周期B处质点从波谷到达波峰,通过的路程是s=2A=2×4cm=8cm,故D正确;0.01s为T,而在t=0时刻D处质点处于波峰,故再经过T,D处质点回到平衡位置,位移为零,故E正确。