2020届高考物理总复习教科版课件:选修3-4 第2课时 机械波 .pdf
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1、第第2 2课时 机械波课时 机械波 基础回顾基础回顾 核心探究核心探究 演练提升演练提升 基础回顾基础回顾 自主梳理自主梳理融会贯通融会贯通 知识梳理知识梳理 一、机械波的产生和分类一、机械波的产生和分类 1.1.机械波的形成条件机械波的形成条件 (1)(1)有发生机械振动的有发生机械振动的 . . 介质介质 波源波源 (2)(2)有传播所需的有传播所需的 , ,如空气、水等如空气、水等. . 2.2.传播特点传播特点 (2)(2)在波动中在波动中, ,各个质点的振动周期和频率都与各个质点的振动周期和频率都与 振动周期和频率相同振动周期和频率相同. . 3.3.机械波的分类机械波的分类 (1)
2、(1)横波横波: :介质中质点的振动方向和波的传播方向介质中质点的振动方向和波的传播方向 的波的波, ,有有 ( (凸部凸部) ) 和和 ( (凹部凹部),),如绳波如绳波. . (2)(2)纵波纵波: :介质中质点的振动方向和波的传播方向介质中质点的振动方向和波的传播方向 的波的波, ,有有 和和 , , 如弹簧波、声波如弹簧波、声波. . 形式形式 迁移迁移 波源波源 垂直垂直波峰波峰 波谷波谷 平行平行密部密部 (1)(1)机械波传播的只是振动的机械波传播的只是振动的 、能量和信息、能量和信息, ,质点只在各自的平衡位置质点只在各自的平衡位置 附近振动附近振动, ,并不随波并不随波 .
3、. 疏部疏部 二、横波的图像二、横波的图像 1.1.坐标轴坐标轴: :横轴表示各质点的横轴表示各质点的 , ,纵轴表示该时刻各质点的纵轴表示该时刻各质点的 . .平衡位置平衡位置位移位移 2.2.物理意义物理意义: :表示在波的传播方向上表示在波的传播方向上, ,某时刻各质点离开某时刻各质点离开 的位移的位移. . 平衡位置平衡位置 3.3.图像应用图像应用: : (1)(1)直接读取直接读取 和和 , ,以及该时刻各质点的位移以及该时刻各质点的位移. . 振幅振幅A A波长波长 (2)(2)确定某时刻各质点加速度和速度的确定某时刻各质点加速度和速度的 , ,并能比较大小并能比较大小. . (
4、3)(3)结合波的传播方向可确定各质点的结合波的传播方向可确定各质点的 或由各质点的振动方向确或由各质点的振动方向确 定波的定波的 . . 方向方向 振动方向振动方向 传播方向传播方向 三、波速、波长和频率三、波速、波长和频率( (周期周期) )的关系的关系 1.1.波长波长:沿波的传播方向沿波的传播方向, ,任意两个任意两个 的同相振动的质点之间的距离的同相振动的质点之间的距离, , 是是 两个波峰两个波峰( (波谷波谷) )之间的距离之间的距离. . 相邻相邻 2.2.波速波速v:v:波在介质中的传播速度波在介质中的传播速度, ,机械波的波速仅由机械波的波速仅由 本身的性质决定本身的性质决
5、定. . 3.3.频率频率f:f:由波源决定由波源决定, ,等于等于 的振动频率的振动频率, ,与介质种类与介质种类 . . 相邻相邻 介质介质 4.4.波长、波速和频率波长、波速和频率( (周期周期) )的关系的关系 (1)v= ;(2)v=(1)v= ;(2)v= . . 振源振源 无关无关 T ff 四、波的干涉、衍射和多普勒效应四、波的干涉、衍射和多普勒效应 1.1.波的干涉和衍射波的干涉和衍射 _ 相同相同 容易容易 干涉图样干涉图样 绕到障碍物绕到障碍物 (2)(2)规律规律: : 波源与观察者如果相互靠近波源与观察者如果相互靠近, ,观察者接收到的观察者接收到的 ; ; 波源与观
6、察者如果相互远离波源与观察者如果相互远离, ,观察者接收到的观察者接收到的 ; ; 波源与观察者如果相对静止波源与观察者如果相对静止, ,观察者接收到的频率观察者接收到的频率 波源的频率波源的频率. . (3)(3)实质实质: :波源频率波源频率 , ,观察者接收到的频率观察者接收到的频率 . . 频率频率 频率增大频率增大 2.2.多普勒效应多普勒效应 (1)(1)定义定义: :当波源与观察者之间有相对运动时当波源与观察者之间有相对运动时, ,观察者测得的观察者测得的 与波源频与波源频 率不同的现象率不同的现象. . 频率减小频率减小 等于等于 不变不变变化变化 自主检测自主检测 1.1.思
7、考判断思考判断 (1)(1)在机械波传播过程中在机械波传播过程中, ,介质中的质点随波的传播而迁移介质中的质点随波的传播而迁移.(.( ) ) (2)(2)机械波在传播过程中机械波在传播过程中, ,各个质点振动的周期、频率都相同各个质点振动的周期、频率都相同.(.( ) ) (3)(3)衍射不需要条件衍射不需要条件, ,只有明显衍射才有条件只有明显衍射才有条件.(.( ) ) (4)(4)在波的干涉中在波的干涉中, ,加强点只是振幅增大加强点只是振幅增大, ,并非任一时刻位移都大并非任一时刻位移都大.(.( ) ) (5)(5)多普勒效应说明波源的频率发生变化多普勒效应说明波源的频率发生变化.
8、(.( ) ) 答案答案: : (1)(1) (2)(2) (3)(3) (4)(4) (5)(5) 2.2.(2018(2018福建莆田考前模拟福建莆田考前模拟)()(多选多选) )如图所示如图所示,a,b,c,k,a,b,c,k为连续的弹性介为连续的弹性介 质中间隔相等的若干质点质中间隔相等的若干质点,e,e点为波源点为波源,t=0,t=0时刻从平衡位置开始向上做简谐时刻从平衡位置开始向上做简谐 运动运动, ,振幅为振幅为4 cm,4 cm,周期为周期为0.2 s,0.2 s,在波的传播方向上在波的传播方向上, ,后一质点比前一质点迟后一质点比前一质点迟 0.05 s0.05 s开始振动开
9、始振动. .在在t=0.35 st=0.35 s时时,x,x轴上距轴上距e e点点6 m6 m的某质点第一次到达最高点的某质点第一次到达最高点, , 则则( ( ) ) A.A.该机械波的波长为该机械波的波长为4 m4 m B.B.该机械波在弹性介质中的传播速度为该机械波在弹性介质中的传播速度为10 m/s10 m/s C.C.图中相邻质点间距离为图中相邻质点间距离为1 m1 m D.D.当当c c点在平衡位置向上振动时点在平衡位置向上振动时,d,d点位于波谷点位于波谷 E.E.当当b b点经过的路程为点经过的路程为12 cm12 cm时时,g,g点经过的路程为点经过的路程为16 cm16 c
10、m ACEACE 3.3.(2018(2018贵州遵义航天中学模拟贵州遵义航天中学模拟)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,图图( (甲甲) )为某一列简谐横波在为某一列简谐横波在t=0.5 st=0.5 s 时的波形时的波形, ,图图( (乙乙) )为介质中为介质中P P处质点的振动图像处质点的振动图像, ,则关于该波的说法正确的是则关于该波的说法正确的是( ( ) ) A.A.传播方向沿传播方向沿x x轴正方向传播轴正方向传播 B.B.波速为波速为16 m/s16 m/s C.PC.P处质点振动频率为处质点振动频率为1 Hz1 Hz D.PD.P处质点在处质点在5 s5 s内的路程为
11、内的路程为10 m10 m E.PE.P处质点在处质点在5 s5 s内的位移为内的位移为0.5 m0.5 m ACDACD 核心探究核心探究 分类探究分类探究各个击破各个击破 考点一 机械波的形成与传播考点一 机械波的形成与传播 机械波的传播特机械波的传播特点点 (1)(1)波传到任意一点波传到任意一点, ,该点的起振方向都和波源的起振方向相同该点的起振方向都和波源的起振方向相同. . (2)(2)介质中每个质点都做受迫振动介质中每个质点都做受迫振动, ,因此因此, ,任一质点的振动频率和周期都和波任一质点的振动频率和周期都和波 源的振动频率和周期相同源的振动频率和周期相同. . (3)(3)
12、波从一种介质进入另一种介质波从一种介质进入另一种介质, ,由于介质的情况不同由于介质的情况不同, ,它的波长和波速可它的波长和波速可 能改变能改变, ,但频率和周期都不会改变但频率和周期都不会改变. . (4)(4)振源经过一个周期振源经过一个周期T T完成一次全振动完成一次全振动, ,波恰好向前传播一个波长的距离波恰好向前传播一个波长的距离, , 所以所以v= =f.v= =f. T 【典例典例1 1】 (2016(2016全国全国卷卷,34)(,34)(多选多选) )由波源由波源S S形成的简谐横波在均匀介质形成的简谐横波在均匀介质 中向左、右传播中向左、右传播. .波源振动的频率为波源振
13、动的频率为20 Hz,20 Hz,波速为波速为16 m/s.16 m/s.已知介质中已知介质中P,QP,Q两两 质点位于波源质点位于波源S S的两侧的两侧, ,且且P,QP,Q和和S S的平衡位置在一条直线上的平衡位置在一条直线上,P,Q,P,Q的平衡位置到的平衡位置到 S S的平衡位置之间的距离分别为的平衡位置之间的距离分别为15.8 m15.8 m、14.6 m,P,Q14.6 m,P,Q开始振动后开始振动后, ,下列判断正下列判断正 确的是确的是( ( ) ) A.P,QA.P,Q两质点运动的方向始终相同两质点运动的方向始终相同 B.P,QB.P,Q两质点运动的方向始终相反两质点运动的方
14、向始终相反 C.C.当当S S恰好通过平衡位置时恰好通过平衡位置时,P,Q,P,Q两点也正好通过平衡位置两点也正好通过平衡位置 D.D.当当S S恰好通过平衡位置向上运动时恰好通过平衡位置向上运动时,P,P在波峰在波峰 E.E.当当S S恰好通过平衡位置向下运动时恰好通过平衡位置向下运动时,Q,Q在波峰在波峰 BDEBDE 方法总结方法总结 波的传播方向与质点振动方向的互判方法波的传播方向与质点振动方向的互判方法 平平 移移” 法法 微小的平移微小的平移,再由对应同再由对应同 一一x坐标的两波形曲线上坐标的两波形曲线上 的点来判断振动方向的点来判断振动方向 1.1. 机械波的产生与传播机械波的
15、产生与传播 (2016(2016全国全国卷卷,34)(,34)(多选多选) )某同学漂浮在海面上某同学漂浮在海面上, , 虽然水面波正平稳地以虽然水面波正平稳地以1.8 m/s1.8 m/s的速率向着海滩传播的速率向着海滩传播, ,但他并不向海滩靠近但他并不向海滩靠近. . 该同学发现从第该同学发现从第1 1个波峰到第个波峰到第1010个波峰通过身下的时间间隔为个波峰通过身下的时间间隔为15 s.15 s.下列说法下列说法 正确的是正确的是( ( ) ) A.A.水面波是一种机械波水面波是一种机械波 B.B.该水面波的频率为该水面波的频率为6 Hz6 Hz C.C.该水面波的波长为该水面波的波
16、长为3 m3 m D.D.水面波没有将该同学推向岸边水面波没有将该同学推向岸边, ,是因为波传播时能量不会传递出去是因为波传播时能量不会传递出去 E.E.水面波没有将该同学推向岸边水面波没有将该同学推向岸边, ,是因为波传播时振动的质点并不随波迁移是因为波传播时振动的质点并不随波迁移 多维训练多维训练 ACEACE 2.2. 波速公式的应用波速公式的应用(2015(2015四川卷四川卷,2),2)平静湖面传播着一列水面波平静湖面传播着一列水面波( (横波横波),),在在 波的传播方向上有相距波的传播方向上有相距3 m3 m的甲、乙两小木块随波上下运动的甲、乙两小木块随波上下运动, ,测得两小木
17、块每测得两小木块每 分钟都上下分钟都上下3030次次, ,甲在波谷时甲在波谷时, ,乙在波峰乙在波峰, ,且两木块之间有一个波峰且两木块之间有一个波峰. .这列水面这列水面 波波( ( ) ) A.A.频率是频率是30 Hz30 Hz B. B.波长是波长是3 m3 m C.C.波速是波速是1 m/s1 m/s D. D.周期是周期是0.1 s0.1 s C C 考点二 振动图像与波动图像的综合应用考点二 振动图像与波动图像的综合应用 1.1.波动图像的特点波动图像的特点 (1)(1)质点振动质点振动nT(nT(波传播波传播n)n)时时, ,波形不变波形不变. . (3)(3)波源质点的起振方
18、向决定了它后面的质点的起振方向波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向, ,各质点的起振方各质点的起振方 向与波源的起振方向相同向与波源的起振方向相同. . 2.2.振动图像与波动图像的比较振动图像与波动图像的比较 距离距离 【典例典例2 2】 (2015(2015天津卷天津卷,3),3)图图( (甲甲) )为一列简谐横波在某一时刻的波形图为一列简谐横波在某一时刻的波形图,a,b,a,b 两质点的横坐标分别为两质点的横坐标分别为x xa a=2 m=2 m和和x xb b=6 m,=6 m,图图( (乙乙) )为质点为质点b b从该时刻开始计时的从该时刻开始计时的 振动图像振动图像. .
19、下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) ) A.A.该波沿该波沿+x+x方向传播方向传播, ,波速为波速为1 m/s1 m/s B.B.质点质点a a经经4 s4 s振动的路程为振动的路程为4 m4 m C.C.此时刻质点此时刻质点a a的速度沿的速度沿+y+y方向方向 D.D.质点质点a a在在t=2 st=2 s时速度为零时速度为零 D D 核心点拨核心点拨 (1) (1)由振动图像确定由振动图像确定t=0t=0时刻质点时刻质点b b的振动方向的振动方向, ,再由质点再由质点b b 振动方向与波传播方向的互判方法即可确定波的传播方向振动方向与波传播方向的互判方法即可确定波的传播方向.
20、. (2)(2)质点质点a a与质点与质点b b相距半个波长相距半个波长, ,振动方向始终相反振动方向始终相反. . 解析解析: :t=0t=0时时,b,b质点向质点向+y+y方向运动方向运动, ,根据根据“下坡上下坡上”可判定波沿可判定波沿-x-x方向传方向传 播播, A, A错误错误;a;a总是与总是与b b的振动方向相反的振动方向相反,t=0,t=0时时,a,a向向-y-y方向运动方向运动,C,C错误错误; ;经经 过过4 s, a4 s, a回到平衡位置回到平衡位置, ,路程为路程为1 m,B1 m,B错误错误;t=2 s;t=2 s时时,a,a处于波谷处于波谷, ,速度为速度为 零零
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