高2021届高2018级高三物理一轮复习第十四章第2讲

第2讲机械波

一、机械波

1.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)传播振动形式、传播能量、传播信息.

(2)质点不随波迁移.

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直,有波峰和波谷.

(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上,有疏部和密部.

4.机械波的描述

(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.

①在横波中,两个相邻波峰(或波谷)间的距离等于波长.

②在纵波中,两个相邻密部(或疏部)间的距离等于波长.

(2)频率(f)：波的频率等于波源振动的频率.

(3)波速(v)：波在介质中的传播速度,由介质本身的性质决定.

(4)波长、频率(或周期)和波速的关系：v＝λ

T＝λf.

5.波的图象

(1)坐标轴：横坐标表示沿波传播方向上各个质点的平衡位置,纵坐标表示某时刻各个质点离开平衡位置的位移.

(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.

自测1(多选)(2019·辽宁辽阳市上学期期末)下列说法正确的是()

A.机械波可在真空中传播

B.当一列声波从空气中传入水中时,频率不变

C.站在铁道边的人在火车向他开来的过程中会听到火车鸣笛的频率变大

D.当机械波从一端传播到另一端时,途中的质点不会沿着波的传播方向而迁移

E.在机械横波传播方向上的某个质点的振动速度就是波的传播速度

[参考答案]BCD

[试题解析] 机械波传播需要介质,因此机械波在真空中不能传播,故A错误；声波从空气中传

入水中时频率不变,B正确；根据多普勒效应可以知道,站在铁道边的人在火车向他开来的过程中会听到火车鸣笛的频率变大,C 正确；当机械波从一端传播到另一端时,途中的质点只在各自平衡位置附近振动,不会沿着波的传播方向而迁移,D正确；在机械横波传播方向上的某个质点的振动速度是周期性变化的,而在同一均匀介质中波的传播速度不变,两者没有关系,故E错误. 自测2(2020·北京市丰台区第二次模拟)如图1所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播.某时刻波上质点P正通过平衡位置,经过一段时间,波向前传播了距离d,P点第一次到达波谷,则该横波的波长为()

图1

A.4d

B.

d

4 C.

4d

3 D.

3d

4

[参考答案]A

[试题解析] 由波形图可知,t＝0时刻P点在平衡位置向下振动,当P点第一次到达波谷时经过的时间为

T

4,则波向前传播

λ

4,即

λ

4＝d,解得λ＝4d,故A正确.

二、波的干涉和衍射现象多普勒效应

1.波的干涉和衍射

波的干涉波的衍射条件

两列波的频率必须相同,相位差

保持不变

产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比

波长小或相差不多

现象

形成加强区和减弱区相互隔开的

稳定的干涉图样

波能够绕过障碍物或孔继续向前传播

2.多普勒效应

(1)条件：声源和观察者之间有相对运动(距离发生变化)；

(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.

自测3(多选)以下关于波的衍射的说法,正确的是()

A.波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象

B.当障碍物的尺寸比波长大得多时,会发生明显的衍射现象

C.当孔的大小比波长小时,会发生明显的衍射现象

D.通常讲话产生的声波,经过尺寸为1 m左右的障碍物时会发生明显的衍射现象

[参考答案]CD

1.机械波的传播特点

(1)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.

(2)介质中每个质点都做受迫振动,因此,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.

(3)波从一种介质进入另一种介质,由于介质的情况不同,它的波长和波速可能改变,但频率和周期都不会改变.

(4)波源经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传播一个波长的距离,所以v＝λ

T＝λf.

2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法

内容图象

“上下坡”法沿波的传播方向,“上坡”时质点向下振动,“下坡”时质点向上振动

“同侧”法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧

“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移,再由对应同一横坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向

类型1机械波及波速公式的应用

例1(2018·全国卷Ⅱ·34(1))声波在空气中的传播速度为340 m/s,在钢铁中的传播速度为4 900 m/s.一平直桥由钢铁制成,某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音,分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s.桥的长度约为________m.若该声波在空气中的波长为λ,则它在钢铁中的波长为λ的________倍.

[参考答案]365245 17

[试题解析] 设声波在钢铁中的传播时间为t,由L＝v t知,340(t＋1.00 s)＝4 900t,解得t＝17

228s,

代入L ＝v t 中解得桥长L ≈365 m

声波在传播过程中频率不变,根据v ＝λf 知,声波在钢铁中的波长λ′＝v 铁λv 声＝245

17

λ.

变式1 (多选)(2016·全国卷Ⅰ·34(1))某同学漂浮在海面上,虽然水面波正平稳地以1.8 m/s 的速率向着海滩传播,但他并不向海滩靠近.该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15 s.下列说法正确的是( ) A.水面波是一种机械波 B.该水面波的频率为6 Hz C.该水面波的波长为3 m

D.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

E.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 [参考答案]ACE

[试题解析] 水面波是机械振动在水面上传播,是一种典型机械波,A 正确；从第一个波峰到第十个波峰经历了九个波形,时间间隔为15 s,所以其振动周期为T ＝159 s ＝53 s,频率为f ＝1

T ＝0.6

Hz,B 错误；波长λ＝v T ＝1.8 m/s ×5

3 s ＝3 m,C 正确；波传播过程中,传播的是振动形式,能量

可以传递出去,但质点并不随波迁移,D 错误,E 正确. 类型2 波动与质点振动的综合分析

例2 (多选)(2017·全国卷Ⅲ·34(1))如图2,一列简谐横波沿x 轴正方向传播,实线为t ＝0时的波形图,虚线为t ＝0.5 s 时的波形图.已知该简谐波的周期大于0.5 s.关于该简谐波,下列说法正确的是( )

图2

A.波长为2 m

B.波速为6 m/s

C.频率为1.5 Hz

D.t ＝1 s 时,x ＝1 m 处的质点处于波峰

E.t ＝2 s 时,x ＝2 m 处的质点经过平衡位置 [参考答案]BCE

[试题解析] 由题图可知,波长λ＝4 m,故A 错误；横波沿x 轴正方向传播,实线为t ＝0时的波形图,虚线为t ＝0.5 s 时的波形图,又该简谐波的周期大于0.5 s,则波传播的距离Δx ＝34λ,3

4

T ＝0.5