【名师面对面】2016高考物理大一轮复习 第2讲 机械波课件(选修3-4)

一个质点的位移随时间 某时刻所有质点的空
图象
类型
振动图象 (1)质点振动周期、振
波的图象 (1)波长、振幅 (2)任意一质点的位移 (3)任意一质点加速度
图象 信息
幅
(2)各时刻的位移 (3)各时刻的速度、加 速度方向
方向
随时间推移，图象沿
图象 随时间推移、图象延
变化 续，但已有形状不变
传播方向平移
图 12－2－3
E．再经过0.2 s的时间，质点a到达质点b现在所处的位置
解析 这列波的波长为 4 m，振幅为 10 cm，选项 A 正确， λ B 错误；周期 T＝ ＝0.4 s，频率为 2.5 Hz，选项 C 正确；由图 v 可知，5 m 位置处的起振方向沿 y 轴正方向，而各质点的起振 方向均与波源的一致，所以波源起振方向沿 y 轴正方向，选项 D 正确．
【跟踪训练】 1．(多选)下列说法中正确的是( A．在水平方向传播的波为横波 B．在机械波中各质点随波的传播而迁移 C．机械波在传播过程中，各个质点振动的周期、振幅都 )
相等
D．机械波在一个周期内传播的距离就是一个波长 E．波速表示介质中质点振动的快慢 【答案】CD
【解析】振动方向与传播方向垂直的波为横波，A错；在 机械波中各质点在平衡位置附近振动，并不随波的传播发生迁 移，B错；机械波在传播过程中，各质点都重复波源的振动， 它们的振幅、周期都相等，C对；机械波在一个周期内向远处
传播的距离为一个完整的波形，其距离为一个波长，D对；波
速表示振动在介质中传播的快慢，与质点振动的快慢无关， E 错．
二、简谐横波的图象 1．坐标轴的意义
横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的________ 平衡位置 ，纵
位移． 坐标y表示该时刻各个质点偏离平衡位置的_____ 2．图象特点 正弦 或余弦)曲线． 简谐波的波形曲线是______(
( 多选 )(2015 年云南调研 ) 在坐标原点的波源产生
一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速v＝10 m/s，已知在t＝ 0 时刻的波形如图 12 － 2 － 3 所示，此时波刚好传播到 x ＝ 5 m 处．下列说法中正确的是( A．这列波的波长为4 m )
B．这列波的振幅为20 cm
C．这列波的频率为2.5 Hz D．波源起振方向沿y轴正方向
形图关于y轴对称，A、B两项错误，在t＝0.6 s＝1.5 T时，波沿
x轴正、负方向传播了1.5λ，由波源的起振方向沿y轴正方向可 知，此时离坐标原点1.5λ处的质点的振动方向也为沿y轴正方 向，C项正确．
振动图象和波动图象的综合运用 振动图象与波的图象比较
类型 内容
振动图象 变化的规律
波的图象 间分布规律
(单选)(2013 年福建卷)如图，t＝0 时刻， 波源在坐标原点从平衡位置沿 y 轴正向开始振动，振动周期为 0.4 s，在同一均匀介质中形成沿 x 轴正、负两方向传播的简谐 横波．下图中能够正确表示 t＝0.6 s 时波形的图是( )
【答案】C 【解析】根据题意可知，波沿x轴正、负两方向传播，波
(3)各质点的起振方向与波源的起振方向相同．
(4)质点振动nT(波传播nλ)时，波形不变．
(5)若知波速v，可求此时刻以后某一时刻的波形图，即把 波形图平移Δx＝vΔt的距离．
2．波的传播方向与质点的振动方向的判断方法
内 容 图 象
上下 沿波的传播方向， 上坡时质点向 坡法 下振动，下坡时质点向上振动 同侧 波形图上某点表示传播方向和 法 微平 移法 振动方向的箭头在图线同侧 将波形图沿传播方向进行微小 平移， 再由 x 轴上某一位置的两 波形曲线上的点来判定
答案 ACD
(多选)(2011年海南卷)一列简谐横波在t＝ 0时的波形图如图12－2－4所示．介质中x＝2 m处的质点P沿y
轴方向做简谐运动的表达式为y＝10 sin(5πt) cm.关于这列简谐
波，下列说法正确的是( A．周期为4.0 s B．振幅为20 cm C．传播方向沿x轴正向 D．传播速度为10 m/s )
2.多普勒效应 相对运动． (1)条件：声源和观察者之间有________ (2)现象：观察者感到波的频率发生变化． (3)实质：声源频率不变，观察者接收到的频率变化．
(4)规律：当波源与观察者二者相互接近，观察者接收到的
变大 ；二者远离时，观察者接收到的频率_____ 变小 ． 频率______
解析 根据图甲的波形图判断机械波的波长 λ＝2 m，根据 图乙可得振动周期 T＝4 s， 所以波速 v＝λ/T＝0.5 m/s， A 正确； 根据图乙可判断 x＝1.5 m 的质点在 t＝2 s 振动方向为 y 轴负方 向，在图甲中，根据质点振动方向和传播方向在图象同一侧可 判断波的传播方向向左，B 错误；t＝2 s 时质点 P 在最低点， 根据周期 T＝4 s，可知 T＝0 时质点 P 在最高点，所以 0～2 s 时间内质点 P 通过的路程为 2 倍的振幅即 8 cm，C 正确；0～2 s 质点 P 向 y 轴负方向运动，D 错误；t＝2 s 到 t＝7 s 共经 5 s 为 5T/4，所以质点 P 刚好回到平衡位置，E 正确． 答案 ACE
2π y＝Asin T t＝0.10sin
10πt
【答案】BCE
【解析】由 Q 点的振动图线可知，t＝0.10 s 时质点 Q 向 y 轴负方向振动，A 错误；由波的图象可知，波向左传播，波的 周期为 T＝0.2 s， t＝0.10 s 时质点 P 向上振动， 经过 0.15 s＝3T/4 时，即在 t＝0.25 s 时，质点振动到 x 轴下方位置，且速度方向 λ 向上，加速度方向也沿 y 轴正向，B 正确；波速 v＝ ＝40 m/s， T 故从 t＝0.10 s 到 t＝0.25 s，该波沿 x 负方间传播的距离为：x ＝vt＝6 m, C 正确； 由于 P 点不是在波峰或波谷或者平衡位置， 故从 t＝0.10 s 到 t＝0.25 s 的 3/4 周期内， 通过的路程不等于 3A ＝30 cm，选项 D 错误；质点 Q 做简谐振动的表达式为：y＝
一题一得 对于振动图象和波的图象问题，其中一个关键 点——找出特殊点的振动方向．
(2014 年全国卷)图 12－2－6 甲为一列简 谐横波在 t＝0.10 s 时的波形图， 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；图乙为质点 Q 的 振动图形．下列说法正确的是__________．
【答案】BCE 【解析】干涉、衍射是波共有的特性，所以A错误．干涉 具备两波频率相同、波源性质相同的条件，B正确；当满足 d≤λ时产生明显的衍射现象，C正确．在干涉图样中，位移随
时间时刻发生变化，加强和减弱的是振幅，D错误．在多普勒
效应中，观测者与波源相对靠近时，接收到的波的频率大于波 源的振动频率，相对远离时，接收到的频率变小，选项E正 确．
选考部分 选修3－4
第2讲
机械波
一、机械波的形成、传播与描述 介质 中传播，形成机械波． 1．定义：机械振动在______
2．形成条件 波源 ． (1)有________
(2)有介质，如空气、水、绳子等． 3．传播特点 (1)传播波源的振动形式、能量和信息． (2)质点不随波迁移．
(3)介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源 相同 ． _____ 4．机械波的分类 分类 质点振动方向和波 的传播方向的关系 垂直 形 状 举 例
三、波的特有现象
1．波的干涉和衍射 波的干涉 条 相同 两列波的频率必须________ 件 波的衍射 明显条件：障碍物或孔的 尺寸比波长小或相差不多
现 形成加强区和减弱区相互隔开 波能够绕过障碍物或孔继 象 的稳定的干涉图像 ________ 续向前传播 (1)衍射不需要条件，明显 (1)振动加强和减弱区域不变； 衍射才需要； 注 (2)加强和减弱的是振幅，而不 (2)障碍物或孔本身不一定 意 是位移； 波长 相比 很小，只是与______ (3)干涉现象出现是有条件的. 小.
【跟踪训练】
3．(多选)(2015年湖北模拟)关于波的干涉，衍射等现象，
下列说法正确的是( ) A．有的波只能发生干涉现象，有的波只能发生衍射现象
B．产生干涉现象的必要条件之一，就是两列波的频率相
等 C．能观察到明显的衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波
长比较相差不多或比波长更小
D．在干涉图样中，振动加强区域的质点，其位移始终保 持最大；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小 E．当观测者靠近波源时，接收到的波的频率会大于波源 的振动频率
横波
凹凸相间；有
波峰、波谷 疏密相间；有 密部、疏部
绳波等 弹簧波、声 波等
纵波
在同一条直线上
5.描述波的物理量及其关系
相同 的两个相邻 (1)波长 λ：在波动中，振动相位总是________
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 无关 定，与波源__________ ． (3)频率 f：由波源决定，等于波源的振动频率． (4)波速和波长、频率(或周期)的关系： λ ①v＝ ；②v＝λf. T
波的图象和传播
1．对波的图象的理解 (1)波的图象描述的是在波的传播方向上，介质中的各个质 点在某一时刻相对各自平衡位置的位移． (2)在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为 nλ 时(n＝1,2,3…)，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间 2n＋1λ 的距离为 (n＝0,1,2,3…)时，它们的振动步调总相反． 2
(2014年全国卷)图12－2－5甲为一列简谐横波在t
＝2 s时的波形图，图12－2－5乙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．下列说 法正确的是________．
图 12－2－5
A．波速为为0.5 m/s