演示课件【创新设计】2016高考物理一轮复习-第2课时-机械波课件(选修3-4).ppt

【例3】 (2021·四川卷，5)如图8所示，甲为t＝1 s时某横波 的波形图象，乙为该波传播方向上某一质点的振动图象， 距该质点Δx＝0.5 m处质点的振动图象可能是
解析 波在传播过程中周期不变，故A正确；质点的振动速 度与波传播的速度是两个概念，故B错误：介质中所有质点 开场振动的方向都与波源的起振方向一样，故C错误；假设 P点与波源距离s＝vT，那么质点P与波源之间的距离为一个 波长，故质点P与波源的位移总是一样的，D正确。 答案 AD
题组二 波的图象 3．(多项选择)沿x轴正向传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波
题组三 波的干预、衍射、多普勒效应 5.在同一地点有两个静止的声源，发出的声波1和声波2在同
一空间的空气中沿同一方向传播，如图3所示为某时刻这 两列波的图象，那么以下说法中正确的选项是 ()
图3
A．声波1的速度比声波2的速度大 B．相对于同一障碍物，声波2比声波1更容易发生衍射现象 C．这两列波在传播过程中，不会产生稳定的干预图样 D．在这两列波传播的方向上运动的观察者，听到的这两列 波的频率均与从声源发出时的频率一样
[题 组 自 测] 题组一 波的传播特点 1．(多项选择)关于波的形成和传播，以下说法正确的选项是
() A．质点的振动方向与波的传播方向平行时，形成的波是
纵波 B．质点的振动方向与波的传播方向垂直时，形成的波是
横波 C．波在传播过程中，介质中的质点随波一起迁移
D．波可以传递振动形式和能量 答案 ABD
(2)看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。 (3)找准波动图象对应的时刻。 (4)找准振动图象对应的质点。
【例2】 (多项选择)如图6(a)为一列简谐横波在t＝2 s时的波 形图，图(b)为媒质中平衡位置在 x＝1.5 m处的质点的 振动图象，P是平衡位置为x＝2 m的质点。以下说法正 确的选项是________。(填正确答案标号)
4．如图2所示为某一介质中的甲、乙两个质点振动的位移随 时间变化的图象，在t＝5 s时，两质点的振动方向 ________(选填“一样〞或“相反〞)。由于两质点的振动， 在介质中形成了两列机械波，两列波的波长之比λ甲∶λ 乙＝________。
图2
解析 在t＝5 s时，两质点的振动方向一样。由某一介质中 的甲、乙两个质点振动的位移随时间变化的图象可知，两列 波的周期之比为12∶8＝3∶2，两列波的波长之比λ甲∶λ乙 ＝3∶2。 答案 一样 3∶2
3．机械波的分类
(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互 垂的直波，
有
波(凸峰部)和
波(凹谷部)。
(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在 同一直线 上
的波，有密部 和 疏部 。
知识点二、横波的图象 波速、波长和频率的关系 1．横波的图象
(1)坐标轴：横轴表示各质点的 平衡位置 ，纵轴表示该时 刻各质点的 位移。 (2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开 平衡位置 的位移。 (3)图象：
形如图1所示，P为介质中的一个质点，该波的传播速度为 2.5 m/s，那么t＝0.8 s时
()
图1
A．质点P相对平衡位置的位移为正值 B．质点P的速度方向与相对平衡位置的位移方向一样 C．质点P的速度方向与加速度的方向一样 D．质点P的加速度方向与相对平衡位置的位移方向相反
解析 由波形图可知波长为 4 m，周期 T＝vλ＝1.6 s，t＝0.8 s 时，质点 P 相对平衡位置的位移为负值，质点 P 的速度方向与 相对平衡位置的位移方向相同，选项 A 错误，B 正确；t＝0.8 s 时，质点 P 的速度方向与加速度方向相反，质点 P 的加速度方 向与相对平衡位置的位移方向相反，选项 C 错误，D 正确。 答案 BD
【例1】 一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波，波速为4 m/s。某时刻波形如图5所示，以下说法正确的选项是
()
图5 A．这列波的振幅为4 cm B．这列波的周期为1 s C．此时x＝4 m处质点沿y轴负方向运动 D．此时x＝4 m处质点的加速度为0
解析 由波动图象知，波的振幅为 2 cm，A 选项错误；波长 λ ＝8 m，周期 T＝vλ＝84s＝2 s，B 选项错误；由于波沿 x 轴正向 传播，由波传播方向和质点振动方向的关系知，x＝4 m 处质点 此时向 y 轴正方向运动，C 选项错误；此时 x＝4 m 处的质点 处于平衡位置，其加速度为零，D 选项正确。 答案 D
答案 AC
图象问题的易错点： (1)不理解振动图象与波的图象的区别。 (2)误将振动图象看做波的图象或将波的图象看做振动图象。 (3)不知道波传播过程中任意质点的起振方向与波源的起振方 向一样。 (4)不会区分波的传播位移和质点的振动位移。 (5)误认为质点随波迁移。
【变式训练】 2．(多项选择)图7(a)为一列简谐横波在t＝0.10 s时刻的波形
解析 由 y－t 图象可知，t＝0.10 s 时质点 Q 沿 y 轴负方向运 动，选项 A 错误；由 y－t 图象可知，波的振动周期 T＝0.2 s， 由 y－x 图象可知 λ＝8 m，故波速 v＝Tλ＝40 m/s，
根据振动与波动的关系知波沿 x 轴负方向传播，则波在 0.10 s 到 0.25 s 内传播的距离 Δx＝vΔt＝6 m，选项 C 正确；其波形 图如图所示，此时质点 P 的位移沿 y 轴负方向，而回复力、加 速度方向沿 y 轴正方向，选项 B 正确；Δt＝0.15 s＝34T，质点 P 在其中的12T 内路程为 20 cm，在剩下的14T 内包含了质点 P 通 过最大位移的位置，故其路程小于 10 cm，因此在 Δt＝0.15 s 内质点 P 通过的路程小于 30 cm，选项 D 错误。
2．波长、波速、频率及其关系 (1)波长 λ 在波动中，振动相位总是相同 的两个相邻质点间的距离。 (2)波速 v： 波在介质中的传播速度，由 介质本身的性质决定。 (3)频率 f： 由波源决定，等于波源的振动频率 。 (4)波长、波速和频率的关系： ①v＝λf ；②v＝Tλ。
知识点三、波的干预和衍射 多λ＝vf ＝15000 m＝2 m，xP＝ 3.5 m＝λ＋34λ，当波源位移为负且向＋y 方向运动时，P 质点位 移为负，速度沿＋y 方向；|xQ|＝3 m＝λ＋2λ，故 Q 质点位移为 正，速度沿＋y 方向，故 D 正确。 答案 D
考点二 振动图象和波的图象的关联分析 求解波动图象与振动图象综合类问题可采用“一分、一 看、二找〞的方法 (1)分清振动图象与波动图象。此问题最简单，只要看清 横坐标即可，横坐标为x那么为波动图象，横坐标为t那 么为振动图象。
2．(多项选择)一振动周期为T、振幅为A、位于x＝0点的波源从 平衡位置沿y轴正向开场做简谐振动。该波源产生的一维简谐 横波沿x轴正向传播，波速为v，传播过程中无能量损失。一 段时间后，该振动传播至某质点P，关于质点P振动的说法正 确的选项是
() A．周期一定为T B．速度的最大值一定为v C．开场振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离 D．假设P点与波源距离s＝vT，那么质点P的位移与波源的一 样
图6
A．波速为0.5 m/s B．波的传播方向向右 C．0～2 s时间内，P运动的路程为8 cm D．0～2 s时间内，P向y轴正方向运动
解析 由题图(a)读出波长 λ＝2.0 m，由题图(b)读出周期 T＝4 s，则 v＝Tλ ＝0.5 m/s，选项 A 正确；题图(a)是 t＝2 s 时的波形 图，题图(b)是 x＝1.5 m 处质点的振动图象，所以该质点在 t＝ 2 s 时向下振动，所以波向左传播，选项 B 错误；在 0～2 s 内 质点 P 由波峰向波谷振动，通过的路程 s＝2A＝8 cm，选项 C 正确，选项 D 错误。
2.多普勒效应 (1)条件：声源和观察者之间有 相对运动 。 (2)现象：观察者感到 频率 发生变化。 (3)实质：声源频率 不变 ，观察者接收到的频率变化 。
思维深化 判断正误，正确的画“√〞，错误的画“×〞。 (1)在机械波传播过程中，介质中的质点随波的传播而迁移。 () (2)周期或频率，只取决于波源，而与v、λ无直接关系。 () (3)波速v取决于介质的性质，它与T、λ无直接关系。只要介 质不变，v就不变；如果介质变了，v也一定变。 () 答案 (1)× (2)√ (3)√
() A．反射、衍射、干预、多普勒效应 B．折射、衍射、多普勒效应、干预 C．反射、折射、干预、多普勒效应 D．衍射、折射、干预、多普勒效应
解析 在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝，属于声 波的反射；“闻其声而不见其人〞属于声波的衍射；学生围 绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干预； 当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时，我们听到汽笛声的 音调变高属于多普勒效应。正确选项是A。 答案 A
解析 这两列波在同一介质中传播具有一样的传播速度，故 A错误；由题图可知，声波1的波长比声波2的波长长，相对 于同一障碍物，声波1比声波2更易发生衍射现象，故B错误； 由于这两列波的频率不同，所以相遇时不会产生稳定的干预 图样，故C正确；根据多普勒效应可知，D错误。 答案 C
6．以下物理现象： ①在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝； ②“闻 其声而不见其人〞； ③学生围绕振动的音叉转一圈会 听到忽强忽弱的声音； ④当正在鸣笛的火车向着我们 疾驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高。 分别属于波的
考点一 波动图象与波速公式的应用 1．波动图象的信息(如图4所示)
图4 (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 v＝Tλ ＝λf。
波的传播方向与质点振动方向的互判方法
【变式训练】 1．(2021·天津卷，5)平衡位置处于坐标原点的波源S在y轴上振动，
产生频率为50 Hz的简谐横波向x轴正、负两个方向传播，波 速均为100 m/s。平衡位置在x轴上的P、Q两个质点随波源振 动着， P、Q的x轴坐标分别为xP＝3.5 m、xQ＝－3 m。当S 位移为负且向＋y方向运动时，P、Q两质点的 () A．位移方向一样、速度方向相反 B．位移方向一样、速度方向一样 C．位移方向相反、速度方向相反 D．位移方向相反、速度方向一样
答案 BC
考点三 波的多解问题 造成波动问题多解的主要因素有 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．波形的隐含性形成多解 在波动问题中，往往只给出完整波形的一局部，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。
图，P是平衡位置在x＝1.0 m处的质点，Q是平衡位置在x ＝4.0 m处的质点；图(b)为质点Q的振动图象。以下说法 正确的选项是________。(填正确答案标号)
图7
A．在t＝0.10 s时，质点Q向y轴正方向运动 B．在t＝0.25 s时，质点P的加速度方向与y轴正方向一样 C．从t＝0.10 s到t＝0.25 s，该波沿x轴负方向传播了6 m D．从t＝0.10 s到t＝0.25 s，质点P通过的路程为30 cm
第2课时 机械波
知识点一、机械波 横波和纵波 1．机械波的形成条件
(1)有发生机械振动的波源。 (2)有传播介质，如空气、水等。
2．传播特点 (1)机械波传播的只是振动的形式和 能量 ，质点只在各自 的平衡位置附近做简谐运动，并不随波迁移 。 (2)介质中各质点的振幅一样，振动周期和频率都与 波源的振动周期和频率一样。 (3)一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为 4A ，位移为 零 。