第十二章学案56机械波
高中物理第十二章机械波多普勒效应惠更斯原理学案新人教版选修

12.5 多普勒效应12.6惠更斯原理[目标定位] 1.了解多普勒效应,并能运用多普勒效应解释一些物理现象.2.知道什么是波面和波线,了解惠更斯原理.3.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象,并能用惠更斯原理进行解释.一、多普勒效应[问题设计]有经验的铁路工人可以从火车汽笛声判断火车的运行方向和快慢,请你说一说他们是根据什么作出的判断.[要点提炼]1.多普勒效应:波源与观察者互相靠近或者互相远离时,观察者接收到的波的频率发生变化的现象.2.多普勒效应产生的原因分析:(1)相对位置变化与频率的关系(规律):相对位置图示结论波源S和观察者A相对静止,如图所示f观察者=f波源音调不变波源S不动,观察者A运动,由A→B或A→C,如图所示若靠近波源,由A→B,则f观察者>f波源,音调变高;若远离波源,由A →C,则f观察者<f波源,音调变低观察者A不动,波源S运动,由S→S′,如图所示f观察者>f波源音调变高(2)成因归纳:发生多普勒效应时,一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动.二者互相靠近时,观察者接收到的频率变高,互相远离时,观察者接收到的频率变低.3.发生多普勒效应时,波源产生的波的频率并没有变化,只是观察者接收到的波的频率发生了变化.4.多普勒效应是波的特性,不是只有机械波会产生多普勒效应,后面所学的光波、电磁波也会产生这一现象.二、波面、波线、惠更斯原理[问题设计]把一颗石子投到平静的池塘里,会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播,你知道向四面八方传播的波峰(波谷)为什么会组成一个个圆吗?[要点提炼]1.波面:在波的传播过程中,任一时刻介质中的点组成的面叫做波面.2.波线波线是指与波面垂直的那些线,它代表了波的如图1所示.图13.惠更斯原理介质中任一波面上的各点,都可以看做的波源,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的就是新的波面.4.惠更斯原理只能解释波的传播方向,不能解释波的,无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的的关系.三、波的反射和折射[问题设计]1.对着山崖或高墙说话时,能听到回声;夏日的雷声在云层间轰鸣不绝,你知道这是怎么回事吗?2.波不仅有反射现象,也有折射现象,请用惠更斯原理解释波的反射和折射现象.[要点提炼]1.波的反射(1)定义:波遇到介质界面会继续传播的现象.(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的.2.波的折射(1)波从一种介质另一种介质时,波的发生改变的现象.(2)波的折射中,波的频率不变,波速和波长发生改变.(3)波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中传播不同.[延伸思考]机械波在两介质的界面上发生反射和折射现象时,波的频率f、波速v、波长λ是否变化?一、对多普勒效应的理解例1关于多普勒效应,以下说法中正确的是( )A.发生多普勒效应时,波源的频率发生了变化B.发生多普勒效应时,观察者接收到的频率发生了变化C.多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的D.只有声波才能产生多普勒效应例2如图2甲所示,男同学站立不动吹口哨,一位女同学坐在秋千上来回摆动,下列关于女同学的感受的说法正确的是( )图2A.女同学从A向B运动过程中,她感受哨声音调变高B.女同学从E向D运动过程中,她感觉哨声音调变高C.女同学在C点向右运动时,她感觉哨声音调不变D.女同学在C点向左运动时,她感觉哨声音调变低二、对惠更斯原理的理解例3对惠更斯原理的理解,下列说法正确的是( )A.同一波面上的各质点振动情况完全相同B.同一波面上的各质点振动情况可能不相同C.球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D.无论怎样的波,波线始终和波面垂直三、波的反射和折射及应用例4图3中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线,则( )图3A.2与1的波长、频率相等,波速不等B.2与1的波速、频率相等,波长不等C.3与1的波速、频率、波长均相等D.3与1的频率相等,波速、波长均不等1.(多普勒效应)关于多普勒效应,下列说法中正确的是( )A.当波源与观察者有相对运动时,才会发生多普勒效应B.当波源与观察者运动的速度相同时,不会发生多普勒效应C.只有机械波才能发生多普勒效应D.只要波源运动,就一定会发生多普勒效应2.(惠更斯原理)下列说法中正确的是( )A.只有平面波的波面才与波线垂直B.任何波的波线与波面都相互垂直C.任何波的波线都表示波的传播方向D.有些波的波面表示波的传播方向3.(波的折射)一列声波从空气传入水中,已知水中波长较大,则( )A.声波频率不变,波速变小B.声波频率不变,波速变大C.声波频率变小,波速变大D.声波频率变大,波速不变4.(波的反射)某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在海水中的波长为4.5 m.海面上发出的声音经0.4 s听到回声,则海水深为多少?题组一对多普勒效应的理解1.火车上有一个声源发出频率一定的乐音.当火车静止、观察者也静止时,观察者听到并记住了这个乐音的音调.以下情况中,观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是( )A.观察者静止,火车向他驶来B.观察者静止,火车离他驶去C.火车静止,观察者乘汽车向着火车运动D.火车静止,观察者乘汽车远离火车运动2.下面应用利用了多普勒效应的是( )A.利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波,波被运动的汽车反射回来,根据接收到的频率发生的变化,就知道汽车的速度,以便于进行交通管理C.铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况D.有经验的战士利用炮弹飞行的尖啸声判断飞行炮弹是接近还是远去3.公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查,在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波,如果该电磁波被那辆轿车反射回来时,巡警车接收到的电磁波频率比发出时低,说明那辆轿车的车速( )A.高于100 km/h B.低于100 km/hC.等于100 km/h D.无法确定4.频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动.以u表示声源的速度,v表示声波的速度(u<v),f表示接收器接收到的频率.若u增大,则( )A.f增大,v增大 B.f增大,v不变C.f不变,v增大 D.f减小,v不变题组二对惠更斯原理的理解5.关于惠更斯原理、波的反射、波的折射,下列说法正确的是( )A.惠更斯原理能够解释所有波的现象B.子波的波速与频率等于波源的波速和频率C.用惠更斯原理不能解释波的衍射现象D.同一波面上的两个位置的质点振动步调也可能相反E.波在两介质的界面发生反射和折射时,反射波和折射波的频率不发生变化6.下列说法中正确的是()A.水波是球面波B.声波是球面波C.只有横波才能形成球面波D.只有纵波才能形成球面波题组三波的反射和折射7.以下关于波的认识,哪些是正确的( )A.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况,用的是波的反射原理B.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质,是为了减少波的反射,从而达到隐形的目的C.雷达的工作原理是利用波的干涉D.水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象,是波的折射现象8.人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮,是因为( )A.室内空气不流动B.室内声音多次被反射C.室内声音发生折射D.室内物体会吸收声音题组四综合应用9.声波从声源发出,在空中向外传播的过程中( )A.波速在逐渐变小 B.频率在逐渐变小C.振幅在逐渐变小 D.波长在逐渐变小10.如图1所示为产生机械波的波源O做匀速运动的情况,图中的圆表示波峰.图1(1)该图表示的是( )A.干涉现象B.衍射现象C.反射现象D.多普勒效应(2)波源正在向哪处移动( )A.A B.BC.C D.D(3)观察到波的频率最低的位置是( )A.A B.BC.C D.D11.蝙蝠在洞穴中飞来飞去时,它利用超声脉冲导航非常有效,这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms的短促发射,且每秒重复发射几次.假定蝙蝠的超声脉冲的发射频率为39 000 Hz,在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间,则下列判断正确的是( )A.墙壁接收到的超声脉冲频率等于39 000 HzB.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率C.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率D.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz12.一只汽船以4 m/s的速度在无风河面上航行,船上发出一声鸣笛,旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音,问悬崖离汽船原来的位置有多远?13.一声波在空气中的波长为25 cm,速度为340 m/s,当折射进入另一种介质时,波长变为80 cm,求:(1)声波在这种介质中的频率;(2)声波在这种介质中的传播速度的大小.高考理综物理模拟试卷注意事项:1. 答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
高中物理第十二章机械波波长频率和波速学案新人教版选修

12.3 波长、频率和波速[目标定位] 1.理解波长的含义,能从波的图象中求出波长.2.知道波传播的周期和频率,理解波的周期和频率与质点振动的周期和频率的关系.3.会用公式v=λf解答实际的波动问题.4.掌握波在传播过程中的周期性和双向性.一、波长、周期和频率[问题设计]学习了波的图象之后,甲同学认为两波峰间或两波谷间的距离就是一个波长,乙同学认为相邻波峰与波谷间的距离为一个波长,而丙同学认为相邻波峰与波谷间的距离应为半个波长.你认为他们的想法对吗?为什么?[要点提炼]1.波长(1)在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,叫做波长,通常用λ表示.(2)在横波中,两个或两个之间的距离等于波长;在纵波中,两个部或两个之间的距离等于波长.(3)相距一个(或整数倍个)波长的两个质点在任何时刻振动状态都.(4)波长反映了波的周期性.2.周期(T)和频率(f)(1)介质中各个质点振动的周期或频率是相同的,都等于波源的振动周期或频率.波的周期(频率)由决定.(2)一个周期内波在介质中传播的距离等于.(3)周期反映了波的周期性.[延伸思考]“振动相位总是相同”的含义是什么?二、波速[问题设计]游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的,这说明什么?当波从一种介质进入另一种介质时波速是否改变?阅读课本内容“0 ℃时几种介质中的声速v/(m·s-1)”,说明波速与什么有关.[要点提炼]1.波速(1)定义:波在介质中传播的速度.(2)定义式:v=λT=2.波长、频率和波速的决定因素(1)波速由介质决定,与波的频率、波长无关.(2)周期和频率取决于波源,而与v、λ无直接关系(3)波长由和共同决定.波从一种介质传播到另一种介质,波的频率不变,由于波速的变化,波长也将随之变化.3.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.[延伸思考]波速就是质点振动速度吗?一、对波长、周期、频率和波速的理解例1下列说法正确的是( )A.当机械波从一种介质进入另一种介质时,保持不变的物理量是波长B.传播一列简谐波的同一种均匀介质中各质点具有相同的周期和振幅C.由波在均匀介质中的传播速度公式v=λf可知,频率越高,波速越大D.在波的传播方向上,相距半波长的整数倍的两质点的振动情况完全相同例2一振动周期为T、振幅为A、位于x=0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐振动.该波源产生的一列简谐横波沿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振动的说法正确的是( )A.振幅一定为AB.周期一定为TC.速度的最大值一定为vD.开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离E.若P点与波源距离s=vT,则同一时刻质点P的位移与波源的位移相同二、波的多解性例3一列横波在x轴上传播,t1=0和t2=0.005 s时的波形如图1中的实线和虚线所示.图1(1)设周期大于(t2-t1),求波速;(2)设周期小于(t2-t1),并且波速为6 000 m/s,求波的传播方向.例4如图2所示,一列简谐波沿一直线向左传播,当直线上某质点a向上运动到达最大位移时,a点右方相距0.15 m的b点刚好向下运动到最大位移处,则这列波的波长可能是( )图2A.0.6 m B.0.3 mC.0.2 m D.0.1 m1.(对波长的理解)关于机械波的波长,下列说法正确的是( )A.平衡位置相距一个波长的两个质点运动情况总是相同B.运动情况总是相同的两个质点相距一个波长C.在横波中,两个相邻的波峰间的距离等于一个波长D.在横波中,波峰到相邻的波谷之间的距离等于半个波长2.(波长、周期、频率和波速)介质中有一列简谐机械波传播,对于其中某个振动质点( )A.它的振动速度等于波的传播速度B.它的振动方向一定垂直于波的传播方向C.它在一个周期内走过的路程等于一个波长D.它的振动频率等于波源的振动频率3.(波长、周期、频率和波速)如图3所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,从波传到x=5 m的M点时开始计时,已知P点相继出现两个波峰的时间间隔为0.4 s,下面说法中正确的是( )图3A.这列波的波长是4 mB.这列波的传播速度是10 m/sC.质点Q(x=9 m)经过0.5 s才第一次到达波峰D.M点以后各质点开始振动的方向都是向下4.(波的多解性)一列横波在t=0时刻的波形如图4中实线所示,在t=1 s时的波形如图中虚线所示.由此可以判定此波的( )图4A.波长一定是4 cmB.周期一定是4 sC.振幅一定是2 cmD.传播速度一定是1 cm/s题组一波长、周期、频率和波速1.下列等于一个波长的是( )A.在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离B.波峰与波峰间的距离或波谷与波谷间的距离C.一个周期内振动传播的距离D.一个正弦波形的曲线长2.声波在钢轨中传播的速度远大于在空气中传播的速度,则当声音由钢轨传到空气中时( )A.频率变小,波长变大 B.波长变小,频率变大C.频率不变,波长变大 D.频率不变,波长变小3.关于波的频率,下列说法正确的是( )A.波的频率由波源决定,与介质无关B.波的频率与波速无直接关系C.波由一种介质传到另一种介质时,频率要发生变化D.由公式f=vλ可知,频率与波速成正比,与波长成反比4.如图1所示为一列简谐波在某一时刻的波形图,以下判断正确的是( )图1A .B 、C 两点的振幅相同B .C 、E 两点的平衡位置间的距离为半个波长C .A 、C 两质点的位移相同D .波在A 、B 两质点间传播的时间为14周期 5.图2是一列简谐横波在某时刻的波形图,已知图中b 位置的质点起振时间比a 位置的质点晚0.5 s ,b 和c 之间的距离是5 m ,则此列波的波长和频率分别为( )图2A .5 m,1 HzB .10 m,2 HzC .5 m,2 HzD .10 m,1 Hz题组二 波的多解性6.一列简谐横波沿直线传播,某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距6 m ,且这两质点之间的波峰只有一个,则该简谐波可能的波长为( )A .4 m 、6 m 和8 mB .6 m 、8 m 和12 mC .4 m 、6 m 和12 mD .4 m 、8 m 和12 m7.一列简谐横波在t =0时刻的波形如图3中的实线所示,t =0.02 s 时刻的波形如图中虚线所示.若该波的周期T 大于0.02 s ,则该波的传播速度可能是( )图3A .2 m/sB .3 m/sC .4 m/sD .5 m/s8.一列简谐波在t 时刻的波形如图4中实线所示,此时刻质点M 的运动方向向上,经过时间Δt 后的波形如图中虚线所示,若振源周期为T ,则( )图4A .Δt 一定为14TB .Δt 可能为14TC .Δt 一定为34TD .Δt 可能为34T 9.一列波长大于3 m 的横波沿着x 轴正方向传播,处在x 1=1.5 m 和x 2=4.5 m 的两质点A 、B 的振动图象如图5所示.由此可知( )图5A .1 s 末A 、B 两质点的位移相同B .2 s 末A 点的振动速度大于B 点振动速度C .波长为4 mD .波速为1 m/s题组三 综合应用10.一列波沿直线传播,某时刻的波形图如图6所示,处在平衡位置上的a 质点,与坐标原点相距0.6 m ,a 正向上运动,再经0.02 s ,a 将第一次到达波峰,则:图6(1)该波的传播方向;(2)该波的周期;(3)该波的波速.11.如图7所示,甲为某一列波在t =1.0 s 时的图象,乙为参与该波动的P 质点的振动图象.图7(1)求该波波速v;(2)在甲图中画出再经过3.5 s时的波形图;(3)求再经过3.5 s时P质点的路程s和位移.12.如图8所示,实线是某时刻的波形图,虚线是0.2 s后的波形图.图8(1)若波向左传播,求它的可能周期和最大周期;(结果保留两位有效数字)(2)若波向右传播,求它的可能传播速度;(3)若波速是45 m/s,求波的传播方向.2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题:本题共10小题,每小题3分,共30分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的1.下列说法中正确的有________A.阴极射线是一种电磁辐射B.所有原子的发射光谱都是线状谱,不同原子的谱线一定不同C.β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的D.古木的年代可以根据体内碳14放射性强度减小的情况进行推算2.如图所示电路中,电流表A和电压表V均可视为理想电表.现闭合开关S后,将滑动变阻器滑片P向左移动,下列说法正确的是()A.电流表A的示数变小,电压表V的示数变大B.小灯泡L变亮C.电容器C上电荷量减少D.电源的总功率变大3.4月1日,由于太阳光不能照射到太阳能电池板上,“玉兔二号”月球车开始进入第十六个月夜休眠期。
第12章 机械波学案

第12章 第1节机械波的产生与传播1.(2009·嘉兴高二检测)关于波动下列说法正确的是( )A .介质中的质点随波的传播而迁移B .质点振动的方向总是垂直于波的传播方向C .波不但传递能量,还能传递信息D .波传播的速度和质点振动速度相同2.关于横波和纵波,下列说法正确的是( )A .质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波B .质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波C .横波有波峰和波谷,纵波有密部和疏部D .地震波是横波,声波是纵波3.一个小石子投向平静的湖面中心,会激起一圈圈波纹向外传播,如果此时水面上有一片树叶,下列对树叶运动情况的叙述正确的是( )A .树叶慢慢向湖心运动B .树叶慢慢向湖岸漂去C .在原处上下振动D .沿着波纹做圆周运动4.下列说法正确的是( )A .没有机械波就没有机械振动B .月球上两宇航员靠近些就可以听到对方的说话声C .一列波由波源向周围扩展开去,是波源质点的振动形式由近及远传播开去D .机械波的产生需要两个条件:波源和介质5.在敲响古刹里的大钟时,有的同学发现,停止对大钟的撞击后,大钟仍“余音未绝”,分析其原因是( )A .大钟的回声B .大钟在继续振动,空气中继续形成声波C .人的听觉发生“暂留”的缘故D .大钟虽停止振动,但空气仍在振动6.(2010·姜堰市溱潼中学高二期中)关于振动和波的关系,下列说法中正确的是( )A .如果波源停止振动,在介质中传播的波动也立即停止B .物体作机械振动,一定产生机械波C .波的速度即波源的振动速度D .波在介质中的传播频率,与介质性质无关,仅由波源的振动频率决定7.把定好时的闹钟放入玻璃罩里,用抽气机抽出罩内的空气,当闹铃振动时,外面听不到声音,试解释此现象.8.下图是某绳上波形成过程的示意图.质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐振动,带动2、3、4……各个质点依次上下振动,把振动由绳的左端传到右端.已知t =0时,质点1开始向上运动,t =T 4时,质点1到达最上方,质点5开始向上运动.问:(1)t =T 2时,质点8、12、16的运动状态(是否运动,运动方向)如何?(2)t =34T 时,质点8、12、16的运动状态如何? (3)t =T 时,质点8、12、16的运动状态如何?1.如图所示,为波沿着一条固定的绳子向右刚传播到B 点的波形,由图可判断出A 点刚开始的振动方向是( )A .向左B .向右C .向下D .向上2.如图所示为沿水平方向的介质中的部分质点,每相邻两质点间距离相等,其中O 为波源,设波源的振动周期为T ,自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时,经过T 4,质点1开始起振,则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法中正确的是( )A .介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的,但图中质点9起振最晚B .图中所画的质点起振时间都是相同的,起振的位置和起振的方向是不同的C .图中质点8的振动完全重复质点7的振动,只是质点8振动时,通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过相同位置时落后T /4D .只要图中所有质点都已振动了,质点1与质点9的振动步调就完全一致,但如果质点1发生的是第100次振动,则质点9发生的就是第98次振动4.一同学不小心把一只排球打入湖中,若排球离岸8 m ,为使球能漂回岸边,这位同学不断将石头抛向湖中,激起的水波以1 m/s 的速度向周围传播,若石头抛入点距湖岸10 m(石头抛入点与球连线与湖岸垂直),问经多长时间排球可回到岸边?6.中国台北消息:1999年9月21日凌晨,台湾南投地区发生了7.6级大地震,它是由台湾中部大茅一双冬及车笼铺两块断层受到挤压,造成剧烈上升及平行移位而形成的.已知地震波分三种:纵波(P 波),速度v P =9.9 km/s ;横波(S 波),速度v S =4.5 km/s ;波面(L 波),速度v L <v S ,在浅源地震中破坏力最大.(1)位于地震源上方的南投地区某中学实验室内有水平摆A 与竖直摆B ,如图甲所示,地震发生时最先剧烈振动的是哪个摆?(2)台中市地震观测台记录到的地震曲线假若如图乙所示,则由图可知a 、b 、c 三处波形各对应于哪种地震波?若在曲线图上测得P 波与S 波的时间差为7.6 s ,则地震台距地震源多远?(3)假若地震P 波沿直线传播到台中市时,当地地表某标志物振动方向沿如图丙中ZT 方向,测得某时刻该标志物的水平分位移x =23.1 mm ,竖直分位移y =0.4 mm ,试由此估算地震源深度 h .2、波的图像一、选择题1.关于公式ν=λ f,正确的说法是[ ]A.ν=λ f适用于一切波 B.由ν=λ f知,f增大,则波速ν也增大C.由ν、λ、 f三个量中,对同一列波来说,在不同介质中传播时保持不变的只有fD.由ν=λ f知,波长是2m的声波比波长是4m的声波传播速度小2倍2.图1所示是一列波的波形图,波沿x轴正向传播,就a、b、c、d、e五个质点而言,速度为正,加速度为负的点是[ ]A.b B.a C.d D.c E.e3.图2所示是一列横波在某一时刻的波形图,已知D点此时的运动方向如图所示,则[ ]A.波向左传播 B.质点F和H的运动方向相同C.质点B和D的加速度方向相同,而速度方向相反 D.质点G比H先回到平衡位置4.图3所示是一列向右传播的横波在t=0时刻的波形图,已知此波的波速为2.4m/s,则此波传播的过程中,坐标为(0.9,0)的质点到t=1s时,所通过的路程为[ ]A.2.56m B.2.4m C.0.16m D.0.02m5.有一列向左传播的横波,某一时刻的波形如图4所示,可知这一时刻P点的运动方向是[ ]A.y的正向 B.y的负向 C.x的负向 D.沿曲线向左上方6.在波的传播方向上,两质点a、b相距1.05m,已知当a达到最大位移时,b恰好在平衡位置,若波的频率是200Hz,则波的传播速度可能是[ ]A.120m/s B.140m/s C.280m/s D.420m/s7.图5所示是某质点的振动图像及由此质点振动而激起的波的某时刻的波形图,下述说法中正确的是[ ]A.乙是振动图像,甲是波动图像B.由图像可知,振幅是2cm,周期是0.4,波长是0.4mC.P质点在此时刻的速度方向为正,而波源质点在0.2s时速度方向为负D.这列波的速度是1m/s8.一质点作简谐振动,图象如图6所示,由图可知[ ]A.4s末速度为零,加速度负向、最大B.4s末振子的位移为-0.02mC.振动周期是5s,振幅是0.02mD.1s末,振动物体的速度为正向最大9.一列波以速率v传播,如图7所示,t1时刻的波形的实线,t2时刻的波形为虚线,两时刻之差t1-t2=0.03s,且小于一个周期T,有下列各组判断中,可能正确的是:[ ]A.T=0.12s,v=100m/s B.T=0.04s,v=300m/sC.T=0.12s,v=300m/s D.T=0.04s,v=100m/s二、填空题10.一列横波在向右传播过程中,a和b两个质点在某一时刻处于如图8所示的位置,其中b在平衡位置,a在最大位移处,在波的传播方向上,a、b两质点相距35cm,且大于一个波长而小于两个波长,则该波波长可能为____,画出相应波形图.11.一列波的波速为0.5m/s,某时刻的波形图如图10所示,经过一段时间(小于一个周期)后波形如细线所示,这段时间可能是____s或____s.三、计算题12.一列波沿+x轴方向传播,当x1=10m的A点位于波峰时,x2=140m的B点位于波谷,在A、B之间有6个波峰,振源的振动周期为0.2s,求:(1)波的速度;(2)B点从波谷开始经多少时间位于波峰?13.如图11所示,实线为t1=0时刻的图象,虚线为t2=0.1s时刻的波形,求:(1)若波的传播方向为+x方向,波速多大;(2)若波的传播方向为-x方向,波速多大;(3)若波速为450m/s,波沿什么方向传播.。
第十二章 学案55 机械振动 用单摆测定重力加速度.doc

第十二章机械振动机械波光学案55 机械振动用单摆测定重力加速度一、概念规律题组1.简谐运动的平衡位置是指()A.速度为零的位置B.回复力为零的位置C.加速度为零的位置D.位移最大的位置2.悬挂在竖直方向上的弹簧振子,周期为2 s,从最低点的位置向上运动时开始计时,它的振动图象如图1所示,由图可知()图1A.t=1.25 s时振子的加速度为正,速度为正B.t=1.7 s时振子的加速度为负,速度为负C.t=1.0 s时振子的速度为零,加速度为负的最大值D.t=1.5 s时振子的速度为零,加速度为负的最大值二、思想方法题组3.如图2所示两木块A 和B 叠放在光滑水平面上,质量分别为m 和M ,A 与B 之间的最大静摩擦力为F fm ,B 与劲度系数为k 的轻质弹簧连接构成弹簧振子,为使A 和B 在振动过程中不发生相对滑动,则( )图2A .它们的振幅不能大于(M +m )kM F fmB .它们的振幅不能大于(M +m )km F fmC .它们的最大加速度不能大于F fmMD .它们的最大加速度不能大于F fmm一、简谐运动的规律及应用图3情景:如图3所示,一水平方向的弹簧振子在BC之间做简谐运动.以此为例,试分析简谐运动的以下特征:1.受力特征:回复力满足F=-kx,即回复力大小与位移的大小成正比,方向与位移的方向相反.2.运动特征:简谐运动是变速运动,位移x、速度v、加速度a都随时间按正弦规律周期性变化.当振子靠近平衡位置时,a、F、x都减小,v增大;当振子远离平衡位置时,a、F、x都增大,v减小.3.能量特征:振幅越大,能量越大.在运动过程中,动能和势能相互转化,机械能守恒.4.对称性特征:图4(1)如图4所示,振子经过关于平衡位置O对称(OP=OP′)的两点P、P′时,速度的大小、动能、势能相等.相对于平衡位置的位移大小相等.(2)振子由P到O所用时间等于由O到P′所用时间,即t PO=t OP′.(3)振子往复运动过程中通过同一段路程(如OP段)所用时间相等即t OP=t PO.【例1】(2010·全国卷Ⅰ·21)一简谐振子沿x轴振动,平衡位置在坐标原点.t=0时刻振子的位移x=-0.1 m;t=43s 时刻x=0.1 m;t=4 s时刻x=0.1 m.该振子的振幅和周期可能为()A.0.1 m,83s B.0.1 m,8 sC.0.2 m,83s D.0.2 m,8 s二、简谐运动的图象图51.确定振动物体在任一时刻的位移.如图5所示,对应t1、t2时刻的位移分别为x1=+7 cm,x2=-5 cm.2.确定振动的振幅.图象中最大位移的值就是振幅,如图5所示,振动的振幅是10 cm.3.确定振动的周期和频率.振动图象上一个完整的正弦(余弦)图形在时间轴上拉开的“长度”表示周期.由图5可知,OD、AE、BF的间隔都等于振动周期,T=0.2 s,频率f=1/T=5 Hz.4.确定各质点的振动方向.例如:图5中的t1时刻,质点正远离平衡位置向正方向运动;t3时刻,质点正向着平衡位置运动.5.比较各时刻质点加速度的大小和方向.例如:在图5中,t1时刻质点位移x1为正,则加速度a1为负,t2时刻质点位移x2为负,则加速度a2为正,又因为|x1|>|x2|,所以|a1|>|a2|.【例2】(2010·温州模拟)如图6所示为一图6弹簧振子的振动图象,试完成以下要求:(1)写出该振子简谐运动的表达式.(2)在第2 s末到第3 s末这段时间内弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎样变化的?(3)该振子在前100 s的总位移是多少?路程是多少?三、单摆及周期公式1.单摆振动的周期公式T=2πlg,该公式提供了一种测定重力加速度g的方法.2.l为等效摆长,表示从悬点到摆球重心的距离,要区分摆长和摆线长,悬点实质为摆球摆动所在圆弧的圆心.3.g为当地重力加速度.4.T=2πlg只与l及g有关,而与振子的质量及振幅无关.特别提示若单摆没有处于地球表面或所处环境为非平衡态,则g为等效重力加速度,大体有这样几种情况:(1)不同星球表面g=GM/r2;(2)单摆处于超重或失重状态等效g=g0±a,如轨道上运行的卫星a=g0,完全失重,等效g=0;(3)不论悬点如何运动还是受别的作用力,等效g的取值等于在单摆不摆动时,摆线的拉力F与摆球质量m的比值,即等效g=F/m.【例3】(2011·江苏·12B(3))将一劲度系数为k的轻质弹簧竖直悬挂,下端系上质量为m的物块.将物块向下拉离平衡位置后松开,物块上下做简谐运动,其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期.请由单摆的周期公式推算出该物块做简谐运动的周期T.四、实验:用单摆测重力加速度 1.实验原理单摆在摆角很小(小于10°)时,其摆动可以看作简谐运动,其振动周期T =2πlg,其中l 为摆长,g 为当地重力加速度,由此可得g =4π2lT 2,据此,只要测出摆长l 和周期T ,就可计算出当地重力加速度g 的数值.2.注意事项(1)细线的质量要小,弹性要小,选用体积小、密度大的小球,摆角不超过10°.(2)要使摆球在同一竖直面内摆动,不能形成圆锥摆,方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放.(3)测周期的方法:①要从摆球过平衡位置时开始计时,因为此处速度大、计时误差小,而最高点速度小、计时误差大.②要测多次全振动的时间来计算周期.如在摆球过平衡位置开始计时,且在数“零”的同时按下秒表,以后摆球从同一方向通过最低位置时计数1次.(4)由公式g =4π2lT 2,分别测出一系列摆长l 对应的周期T ,作出l —T 2的图象,如图7所示,图象应是一条通过原点的直线,求出图线的斜率k ,即可求得g 值.图7g =4π2k ,k =l T 2=ΔlΔT2根据图线斜率求g 值可以减小误差.【例4】 某同学想在家里做用单摆测定重力加速度的实验,但没有合适的摆球,他只好找到一块大小为3 cm 左右,外形不规则的大理石块代替小球.实验步骤是:A .石块用细尼龙线系好,结点为M ,将尼龙线的上端固定于O 点B .用刻度尺测量OM 间尼龙线的长度L 作为摆长C .将石块拉开一个大约α=30°的角度,然后由静止释放D .从摆球摆到最高点时开始计时,测出30次全振动的总时间t ,由T =t30得出周期E .改变OM 间尼龙线的长度,再做几次实验,记下相应的L 和TF .求出多次实验中测得的L 和T 的平均值作计算时使用的数据,带入公式g =(2πT )2L求出重力加速度g.(1)你认为该同学在以上实验步骤中有重大错误的是哪些步骤?为什么?(2)该同学用OM 的长作为摆长,这样做引起的系统误差将使重力加速度的测量值比真实值偏大还是偏小?你认为用何方法可以解决摆长无法准确测量的困难?五、受迫振动和共振1.做受迫振动的物体,它的周期或频率等于驱动力的周期或频率,与物体的固有周期或固有频率无关.2.共振:做受迫振动的物体,它的固有频率与驱动力的频率越接近,其振幅就越大,当二者相等时,振幅达到最大,这就是共振现象.图83.共振曲线如图8所示,以驱动力频率为横坐标,以受迫振动的振幅为纵坐标.它直观地反映了驱动力频率对受迫振动振幅的影响,由图可知,f 驱与f 固越接近,振幅A 越大;当f 驱=f 固时,振幅A 最大.【例5】 某振动系统的固有频率为f 0,在周期性驱动力的作用下做受迫振动,驱动力的频率为f .若驱动力的振幅保持不变,下列说法正确的是________(填入选项前的字母)A .当f<f 0时,该振动系统的振幅随f 增大而减小B .当f>f 0时,该振动系统的振幅随f 减小而增大C .该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于f 0D .该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于f【基础演练】1.(2009·天津·8)某质点做简谐运动,其位移随时间变化的关系式为x =Asin π4t ,则质点( )A .第1 s 末与第3 s 末的位移相同B.第1 s末与第3 s末的速度相同C.3 s末至5 s末的位移方向都相同D.3 s末至5 s末的速度方向都相同图92.(2010·衡阳模拟)一质点做简谐运动的振动图象如图9所示,质点的速度与加速度方向相同的时间段是()A.0~0.3 sB.0.3 s~0.6 sC.0.6 s~0.9 sD.0.9 s~1.2 s图103.(2010·安徽合肥一模)如图10所示,弹簧振子在振动过程中,振子从a到b历时0.2 s,振子经a、b两点时速度相同,若它从b再回到a的最短时间为0.4 s,则该振子的振动频率为()A.1 Hz B.1.25 Hz C.2 Hz D.2.5 Hz4.一弹簧振子做简谐运动,周期为T,则()A .若t 时刻和(t +Δt )时刻振子运动的位移大小相等、方向相同,则Δt 一定等于T 的整数倍B .若t 时刻和(t +Δt )时刻振子运动的速度大小相等、方向相反,则Δt 一定等于T2的整数倍C .若Δt =T ,则在t 时刻和(t +Δt )时刻振子运动的加速度一定相等D .若Δt =T2,则在t 时刻和(t +Δt )时刻弹簧的长度一定相等图115.(2010·南京模拟)如图11所示,一单摆悬于O 点,摆长为L ,若在O 点的竖直线上的O ′点钉一个钉子,使OO ′=L/2,将单摆拉至A 处释放,小球将在A 、B 、C 间来回振动,若振动中摆线与竖直方向夹角小于10°,则此摆的周期是( )A .2π Lg B .2π L 2g C .2π ( L g + L 2g ) D .π( L g+ L 2g)图126.如图12所示,AC是一段半径为2 m的光滑圆弧轨道,圆弧与水平面相切于A点,BC=7 cm.现将一个小球先后从曲面的顶端C和圆弧中点D由静止开始释放,到达底端时的速度分别为v1和v2,所用时间分别为t1和t2,则()A.v1>v2,t1=t2B.v1<v2,t1=t2C.v1>v2,t1>t2D.v1=v2,t1=t2图137.(2010·江苏泰州联考)如图13所示为受迫振动的演示装置,当单摆A 振动起来后,通过水平悬绳迫使单摆B 、C 振动,则下列说法正确的是( )A .只有A 、C 摆振动周期相等B .A 摆的振幅比B 摆小C .C 摆的振幅比B 摆大8.有一弹簧振子在水平方向上的BC 之间做简谐运动,已知BC 间的距离为20 cm ,振子在2 s 内完成了10次全振动.若从某时刻振子经过平衡位置时开始计时(t =0),经过14周期振子有正向最大加速度.(1)求振子的振幅和周期;(2)作出该振子的位移—时间图象; (3)写出振子的振动方程.图149.如图14所示是一个单摆的共振曲线.(1)若单摆所处环境的重力加速度g取9.8 m/s2,试求此摆的摆长.(2)若将此单摆移到高山上,共振曲线的“峰”将怎样移动?图1510.(探究创新)(2010·北京海淀区模拟)某同学利用如图15所示的装置测量当地的重力加速度.实验步骤如下:A.按装置图安装好实验装置;B.用游标卡尺测量小球的直径d;C.用米尺测量悬线的长度l;D.让小球在竖直平面内小角度摆动.当小球经过最低点时开始计时,并计数为0,此后小球每经过最低点一次,依次计数1、2、3、….当数到20时,停止计时,测得时间为t;E.多次改变悬线长度,对应每个悬线长度,都重复实验步骤C、D;F.计算出每个悬线长度对应的t2;G.以t2为纵坐标、l为横坐标,作出t2-l图线.结合上述实验,完成下列题目:(1)用游标为10分度(测量值可准确到0.1 mm)的卡尺测量小球的直径.某次测量的示数如图16所示,读出小球直径d的值为________cm.图16图17(2)该同学根据实验数据,利用计算机作出图线如图17所示.根据图线拟合得到方程t2=404.0l+3.5.由此可以得出当地的重力加速度g=________m/s2.(取π2=9.86,结果保留3位有效数字)(3)从理论上分析图线没有过坐标原点的原因,下列分析正确的是( )A .不应在小球经过最低点时开始计时,应该在小球运动到最高点时开始计时B .开始计时后,不应记录小球经过最低点的次数,而应记录小球做全振动的次数C .不应作t 2-l 图线,而应作t 2-(l -12d)图线D .不应作t 2-l 图线,而应作t 2-(l +12d)图线学案55 机械振动 用单摆测定重力加速度【课前双基回扣】1.B [简谐运动的物体,平衡位置是回复力为零的位置,而合外力是否为零,不同的系统是不同的,因此加速度不一定为零,比如单摆在平衡位置时存在向心加速度.简谐运动的物体经过平衡位置时速度最大,位移为零.]2.C [弹簧振子振动时,加速度的方向总是指向平衡位置,且在最大位移处,加速度值最大,在平衡位置处加速度的值为0,由图可知,t =1.25 s 时,振子的加速度为负,t =1.7 s 时振子的加速度为正,t =1.5 s 时振子的加速度为零,故A 、B 、D 均错误,只有C 正确.]3.BD [为使A 和B 在振动过程中不发生相对滑动,在最大振幅时,是加速度的最大时刻,这时对A 研究则有:F fm =ma m ,得a m =F fmm,故C 错误,D 正确;对整体研究,最大振幅即为弹簧的最大形变量,kA =(M +m)a m ,得A =(M +m )kmF fm ,A 错误,B 正确.]思维提升1.简谐运动的概念:如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图象(x -t)图象是一条正弦曲线这样的振动叫简谐运动.描述简谐运动的物理量有振幅A 、周期T 、频率f 等.2.回复力F =-kx.回复力为效果力.3.振动图象表示质点离开平衡位置的位移随时间变化的规律,它不是质点的运动轨迹.【核心考点突破】例1 ACD [若振幅A =0.1 m ,T =83 s ,则43 s 为半周期,从-0.1 m 处运动到0.1 m ,符合运动实际,4 s -43 s =83 s 为一个周期,正好返回0.1 m 处,所以A 项正确.若A =0.1 m ,T =8 s ,43 s 只是T 的16,不可能由负的最大位移处运动到正的最大位移处,所以B 项错.若A =0.2 m ,T =83 s ,43 s =T 2,振子可以由-0.1 m 运动到对称位置,4 s -43 s =83 s =T ,振子可以由0.1 m 返回0.1 m ,所以C 项对.若A =0.2 m ,T =8 s ,43 s =2×T12,而Asin ⎝⎛⎭⎫2πT ·T 12=12A ,即T 12时间内,振子可以从平衡位置运动到0.1 m 处;再经83 s 又恰好能由0.1 m 处运动到0.2 m 处后再返回0.1 m 处,故D 项正确.]例2 (1)x =5sin π2t (2)见解析 (3)0 5 m解析 (1)由振动图象可得:A =5 cm ,T =4 s ,φ=0 则ω=2πT =π2rad/s故该振子简谐运动的表达式为x =5sin π2t(2)由图可知,在t =2 s 时,振子恰好通过平衡位置,此时加速度为零,随着时间的延续,位移值不断加大,加速度的值也变大,速度值不断变小,动能不断减小,弹性势能逐渐增大.当t =3 s 时,加速度的值达到最大,速度等于零,动能等于零,弹性势能达到最大值.(3)振子经过一个周期位移为零,路程为5×4 cm =20 cm ,前100 s 刚好经过了25个周期,所以前100 s 振子位移x =0,振子路程s =20×25 cm =500 cm =5 m.例3 2πm k解析 物块平衡时,弹簧伸长量为L ,则mg =kL ,由单摆周期公式T =2πL g解得T =2πmk例4 见解析解析 (1)实验步骤中有重大错误的是: B :大理石重心到悬挂点间的距离才是摆长 C :最大偏角不能超过10° D :应在摆球经过平衡位置时计时F :应该用各组的L 、T 求出各组的g 后,再取平均值(2)用OM 作为摆长,则忽略了大理石块的大小,没有考虑从结点M 到石块重心的距离,故摆长L 偏小.根据T =2π L g ,g =4π2LT 2,故测量值比真实值偏小.可以用改变摆长的方法,如T =2πLg,T ′=2π L +Δl g ,测出Δl ,则g =4π2ΔlT ′2-T2. 例5 BD [由共振条件及共振曲线可知:驱动力频率f 驱越接近振动系统的固有频率f 0,则振幅越大,故知:当f<f 0时,振幅随f 的↑而↑,A 错;当f>f 0时,振幅随f 的↑而↓,随f 的↓而↑,B 对;系统振动稳定时,振动频率等于驱动力频率f ,与固有频率f 0无关,D 对,C 错,故选B 、D.]思想方法总结1.质点做简谐运动时,在同一位置,振动的位移相同,回复力、加速度、动能和势能也相同,速度大小相等,但方向可能相同,也可能相反.在关于平衡位置对称的两个位置,动能、势能对应相等,回复力、加速度大小相等,方向相反,速度大小相等,方向可能相同,也可能相反;振动质点由平衡位置到该两对称点的时间也对应相等,一个做简谐运动的质点,经过时间t =(2n +1)T2(n =0,1,2,3,…),质点所处位置必与原来位置关于平衡位置对称.2.解决类单摆问题应注意 (1)建立单摆模型.(2)利用等效思想掌握等效摆长和g ′的计算方法. (3)摆角较大时,不能用公式T =2πlg来计算. 3.解答受迫振动和共振的问题时要抓住两点:(1)受迫振动的频率等于驱动力的频率;(2)当受迫振动的频率越接近固有频率时,受迫振动的振幅越大,否则越小.【课时效果检测】 1.AD 2.BD 3.B4.C [设弹簧振子的振动图象如右图所示,B 、C 两点的位移大小相等、方向相同,但B 、C 两点的时间间隔Δt ≠nT(n =1,2,3,…),A 错误;B 、C 两点的速度大小相等、方向相反,但Δt ≠nT/2(n =1,2,3,…),B 错误;因为A 、D 两点的时间间隔Δt =T ,A 、D 两点的位移大小和方向均相等,所以A 、D 两点的加速度一定相等,C 正确;A 、C 两点的时间间隔Δt =T/2,A 点与C 点位移大小相等、方向相反,若在A 点弹簧是伸长的,则在C 点弹簧是压缩的,所以A 、C 两点弹簧的形变量大小相同,而弹簧的长度不相等,D 错误.]5.D [T =T 12+T 22=πL g+π L2g,故选D.] 6.A [小球两次沿光滑圆弧轨道下滑,其重力的切向分力提供回复力,又因弧长远远小于半径,即最大摆角小于10°,小球两次运动均可视为单摆的简谐运动,摆长等于圆弧槽半径,所以有T =2πR g ,则t 1=t 2=T 4.球运动中只有重力做功,机械能守恒,mgh =12mv 2,v =2gh ,因为h 1>h 2,所以v 1>v 2,A 项正确.]7.CD [当单摆A 振动起来后,单摆B 、C 做受迫振动,做受迫振动的物体的固有周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率),选项A 错误而D 正确;当物体的固有频率等于驱动力的频率时,发生共振现象,选项C 正确而B 错误.]8.(1)10 cm 0.2 s (2)见解析图 (3)x =-0.1sin 10πt解析 (1)振子的振幅A =10 cm ,振子的周期T =0.2 s. (2)该振子的位移—时间图象如右图所示 (3)x =-Asin ωt =-0.1sin 10πt9.(1)2.76 m (2)向左移动解析 (1)由图象知,单摆的固有频率f =0.3 Hz. 由f =12πg l得到:l =g4π2f 2≈2.76 m(2)由f =12πg l知,单摆移动到高山上,重力加速度g 减小,其固有频率减小,故“峰”向左移动.10.(1)1.52 (2)9.76 (3)D易错点评1.一个周期内,振子的路程是4个振幅A ,半个周期内,振子的路程是2个振幅,但14周期内,振子的路程不一定是一个振幅.学 海 无 涯2.在分析单摆的周期时,注意周期T 与摆球的质量无关,与摆长和等效重力加速度有关.3.在第6题中,小球沿光滑圆弧下滑,许多同学往往用x =12at 2求时间,想不到利用单摆的简谐运动特性分析问题.4.由于振动的周期性、对称性,在很多题目中存在多解,这点有些同学没能考虑到.。
高三物理选修3-4第十二章机械波第1节波的形成和传播导学案设计

高三物理选修3-4第十二章机械波第1节波的形成和传播导学案【教学目标】1.通过观察和分析,认识波是振动的传播,知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。
2.能区分横波和纵波,知道什么是波峰和波谷、密部和疏部。
3.知道什么是机械波和机械波形成的条件。
【教学重点】机械波的形成过程及传播【教学难点】机械波的形成过程及传播【自主学习】一、波的形成和传播1.振动的传播称为,简称。
2.演示实验:(1)取一条较长的软绳,用手握住一端拉平后向上抖动一次,可以看到绳上形成一个凸起部分,这个凸起部分向另一端传去。
向下抖动一次,可以看到绳上形成一个凹下部分,这个凹下部分也向另一端传去。
连续向上、向下抖动长绳,可以看到一列波的传播。
(2)用红颜色在绳上做个标记,在波传播的过程中,这个标记怎样运动?它是否随着波向绳的另一端移动?3.波的形成(1)引起波动的振动体叫波源。
波源振动带动它相邻质点发生振动,并依次带动离波源更远的质点振动,只是的振动比前一质点的振动迟一些。
于是,波源的振动逐渐传播开去便形成机械波。
离波源远的质点依次重复离波源近的质点的振动,但起振时间上依次落后,即离波源越远的质点起振越晚。
(2)如图所示,一条绳子可以分成一个个小段,一个个小段可以看做一个个相连的质点,这些质点之间存在着相互作用。
当手握绳端上下振动时,绳端带动相邻的质点,使它也上下振动。
这个质点又带动更远一些的质点……绳子上的质点都跟着振动起来,只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动。
这样,绳端这种上下振动的状态就沿绳子传出去了,从整体上看,就是一些凹凸相间的波形。
(3)图中更清楚地描绘了绳中质点的运动与波的传播的关系。
最上面一行中的圆点代表绳中的质点,相邻质点之间有相互作用力,这使得一个质点的运动会影响相邻质点的运动。
(4)质点P0在沿上下方向振动,依次牵动质点P1,P2,P3,…使它们也运动起来。
在t=T/4时刻,质点P0到达了最高点,而P2则刚要开始运动。
2019-2020年高中物理第十二章机械波第56节多普勒效应惠更斯原理教学案新人教版选修3

2019-2020年高中物理第十二章机械波第56节多普勒效应惠更斯原理教学案新人教版选修31.多普勒效应:波源与观察者互相靠近或者互相远离时,观察者接收到的波的频率都会发生变化的现象。
2.波源与观察者如果相互靠近,观察者接收到的频率增大,二者如果远离,观察者接收到的频率减小。
3.利用多普勒效应可以测车辆速度、星球速度、血流速度等。
4.惠更斯原理:介质中任一波面上的各点,都可以看做发射子波的波源,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。
一、多普勒效应1.多普勒效应(1)音调:音调由频率决定,频率高则音调高,频率低则音调低。
(2)多普勒效应:波源与观察者互相靠近或者互相远离时,接收到的波的频率都会发生变化的现象。
2.多普勒效应产生的原因(1)波源与观察者相对静止时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的,观察者观测到的频率等于波源振动的频率。
(2)当波源与观察者相互靠近时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加,观察到的频率增加;反之,当波源与观察者互相远离时,观察到的频率变小。
二、多普勒效应的应用1.测车辆速度:交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率,根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。
2.测星球速度:测量星球上某些元素发出的光波的频率。
然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照,可得星球的速度。
3.测血流速度:向人体内发射已知频率的超声波,超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收,测出反射波的频率变化就可得血流速度。
三、惠更斯原理1.波面与波线(1)波面和波线的概念:①波面:波源发出的波,向四周传开,波峰组成了一个个圆,波谷也组成一个个圆,振动状态相同的点都组成了一个个圆,这些圆叫作一个个波面。
②波线:指与波面垂直的那些线,代表了波的传播方向。
如图1251所示。
图1251(2)波的分类:①球面波:由空间一点发出的波,它的波面是以波源为球心的一个个球面,波线就是这些球面的半径。
第12章机械波第1节波的形成和传播导学案

第12章机械波第1节波的形成和传播导学案一、波的形成和传播1.波:振动的传播称为波动,简称波.2.波的形成和传播(以绳波为例)(1)一条绳子可以分成一个个小段,一个个小段可以看做一个个相连的质点,这些质点之间存在着相互作用.(2)当手握绳端上下振动时,绳端带动相邻质点,使它也上下振动.这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都很快跟着振动起来,只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动.二、横波和纵波定义标识性物理量实物波形横波质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波(1)波峰:凸起的最高处(2)波谷:凹下的最低处纵波质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波(1)密部:质点分布最密的位置(2)疏部:质点分布最疏的位置三、机械波1.介质(1)定义:波借以传播的物质.(2)特点:组成介质的质点之间有相互作用,一个质点的振动会引起相邻质点的振动.2.机械波机械振动在介质中传播,形成了机械波.3.机械波的特点(1)介质中有机械波传播时,介质本身并不随波一起传播,它传播的只是振动这种运动形式.(2)波是传递能量的一种方式.(3)波可以传递信息.知识点一波的形成、传播及特点规律探究:如图所示,手拿绳的一端,上下振动一次,使绳上形成一个凸起状态,随后形成一个凹落状态,可以看到,这个凸起状态和凹落状态在绳上从一端向另一端移动.如果在绳子上某处做一红色标记,观察这一红色标记的运动.(1)红色标记有没有随波迁移?(2)当手停止抖动后,绳上的波会立即停止吗?班级:姓名:例1. 如图所示,是某绳波形成过程的示意图.质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动,带动2、3、4、…各个质点依次上下振动,把振动从绳的左端传到右端.已知t =0时,质点1开始向上运动,t =T4时,1到达最上方,5开始向上运动.问:(1)t =T2时,质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何?(2)t =3T4时,质点8、12、16的运动状态如何? (3)t =T 时,质点8、12、16的运动状态如何? (4)画出t =T 时此绳波的波形。
2020-2021学年高中物理 第十二章 机械波 5 多普勒效应教案1 新人教版选修3-4

2020-2021学年高中物理第十二章机械波5 多普勒效应教案1 新人教版选修3-4年级:姓名:(一)引入新课教师:1842年的一天,奥地利物理学家多普勒在铁路边上散步,一列火车驶过,他发现火车的鸣笛声调发生了变化,于是经过一番研究,他发现了多普勒效应。
下面我们一起听听当年多普勒发现的现象。
[课件演示:生活中的实例]问题1:人听到的音调高低跟什么因素有关系?问题2:以飞机轰鸣声音为例,猜测飞机飞过来和离开时,轰鸣声的频率发生变化了吗?(如果你在飞机上,你听到的轰鸣声的音调会有变化吗?)(二)进行新课一.多普勒效应教师:学习多普勒效应之前,我们首先弄清两个概念。
一、多普勒效应1.两个概念:(1)波源的频率:单位时间内波源发出的完全波的个数(2)观察者接收到的频率:单位时间内观察者接收到的完全波的个数2 .多普勒效应的定义:若波源与观察者相互靠近或远离时,观察者接收到的频率与波源的真实频率不相同,这种现象称为多普勒效应。
为了便于研究,我们可分以下几种情况来讨论多普勒效应。
(1)波源与观察者都静止[课件演示:波源与观察者都静止]结论:观察者接收到的频率等于波源频率。
(2)观察者靠近波源运动[课件演示:观察者靠近波源运动]结论:观察者接收到的频率大于波源频率。
(3)观察者远离波源运动[课件演示:观察者远离波源运动]结论:观察者接收到的频率小于波源频率。
(4)波源靠近观察者运动[课件演示:波源观靠近察者运动]结论:观察者接收到的频率大于波源频率。
(5)波源远离观察者运动[课件演示:波源远离观察者运动]结论:观察者接收到的频率小于波源频率。
小结:1、当观察者与波源相互靠近时,接收到的频率大于波源频率。
2、当观察者与波源相互远离时,接收到的频率小于波源频率【课堂练习】【例1】下面说法中正确的是 ( )A.发生多普勒效应时,波源的频率变化了B.发生多普勒效应时,观察者接收到的频率发生变化C.多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的二、多普勒效应的应用1 .车辆测速:交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率,根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。
2024-2025学年高中物理第十二章机械波3波长、频率和波速教案1新人教版选修3-4

学校
授课教师
课时
授课班级
授课地点
教具
课程基本信息
1.课程名称:高中物理——机械波
2.教学年级和班级:高中物理选修3-4
3.授课时间:2024-2025学年第二学期第6周星期三上午第3节课
4.教学时数:1课时(45分钟)
2.学生的学习兴趣、能力和学习风格:高中生对物理学科普遍有一定的兴趣,尤其是实验和实践环节。学生在分析问题和解决问题方面具有一定的能力,但部分学生可能对复杂概念的理解和运用仍有困难。在学习风格上,学生大多喜欢直观、生动的课堂表现形式。
3.学生可能遇到的困难和挑战:在学习波长、频率和波速之间的关系时,部分学生可能对抽象的概念难以理解。此外,将理论知识运用到实际问题中,解决实际问题的能力也是学生需要提升的地方。在本节课的实验环节,学生可能对实验操作和观察现象、分析问题等方面存在疑问。
(4)利用网络资源,开展互动交流,促进学生之间的学术分享和讨论。
(5)组织学生参加与机械波相关的竞赛、讲座等活动,激发学生的学习兴趣和潜能。
(6)鼓励学生进行实地考察,如参观实验室、观测自然现象等,增强对机械波现象的直观认识。
(7)指导学生进行课题研究,如开展机械波实验、分析实验数据等,提高学生的实践能力。
在实践活动环节,我组织学生进行分组讨论和实验操作。我发现学生在讨论和实验过程中积极投入,互动交流密切。这让我感受到,实践活动有助于提高学生的参与度和动手能力。在今后的教学中,我将更多地设计类似的实践活动,让学生在实践中学习和成长。
此外,在学生小组讨论环节,我作为引导者,帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我发现学生在讨论中提出了许多有深度的问题,展示了他们的思考能力。这让我认识到,学生具有巨大的潜能,只要给予他们足够的空间和引导,他们就能发挥出惊人的创造力。在今后的教学中,我将更加注重培养学生的思考能力和创新精神。
高中物理第十二章机械波第1节波的形成和传播学案新人教版选修3-4(2021年整理)

(浙江专版)2018年高中物理第十二章机械波第1节波的形成和传播学案新人教版选修3-4编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望((浙江专版)2018年高中物理第十二章机械波第1节波的形成和传播学案新人教版选修3-4)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈,这将是我们进步的源泉,前进的动力。
本文可编辑可修改,如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅,最后祝您生活愉快业绩进步,以下为(浙江专版)2018年高中物理第十二章机械波第1节波的形成和传播学案新人教版选修3-4的全部内容。
第1节波的形成和传播[目标早知道]浙江选考·学习要求知识内容考试要求1。
波的形成和传播加试b 2。
波的图象加试b 3.波长、频率和波速加试c 4。
波的衍射和干涉加试b5.多普勒效应加试b6.惠更斯原理加试b波的形成和传播1.形成原因:以绳波为例(如图所示)(1)可以将绳分成许多小部分,将每一部分看做质点。
(2)在无外来扰动之前,各个质点排列在同一直线上,各个质点所在的位置称为各自的平衡位置。
(3)由于外来的扰动,会引起绳中的某一质点振动,首先振动的这个质点称为波源。
(4)由于绳中各质点之间存在着相互作用力,作为波源的质点就带动周围质点振动,并依次带动邻近质点振动,于是振动就在绳中由近及远地传播。
2.介质(1)定义:波借以传播的物质。
(2)特点:组成介质的质点之间有相互作用,一个质点的振动会引起相邻质点的振动。
[辨是非](对的划“√",错的划“×”)1.机械波在传播过程中,各质点振动的周期、起振方向都相同。
(√)2.在机械波的传播过程中,各质点随波的传播而迁移.(×)3.机械波在传播过程中,各个质点振动的振幅都相同.(√)[释疑难·对点练]1.机械波的形成2.波的特点(1)振幅:像绳波这种一维(只在某个方向上传播)机械波,若不计能量损失,各质点的振幅相同.(2)周期:各质点振动的周期均与波源的振动周期相同.(3)步调:离波源越远,质点振动越滞后。
高中物理第十二章机械波章末总结学案新人教选修

第十二章机械波章末总结一、对波的图象的理解从波的图象中可以看出:1.波长λ;2.振幅A ;3.该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况;4.如果波的传播方向已知,可判断各质点该时刻的振动方向以及下一时刻的波形;5.如果波的传播速度大小已知,可利用图象所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率:T =λv,f =v λ. 例1 某波源S 发出一列简谐横波,波源S 的振动图象如图1所示.在波的传播方向上有A 、B 两点,它们到S 的距离分别为45 m 和55 m .测得A 、B 两点开始振动的时间间隔为1.0 s .由此可知:图1(1)波长λ=________ m ;(2)当B 点离开平衡位置的位移为+6 cm 时,A 点离开平衡位置的位移是________ cm.二、波的图象与振动图象的区别和联系面对波的图象和振动图象问题时可按如下步骤来分析:1.先看两轴:由两轴确定图象种类.2.读取直接信息:从振动图象上可直接读取周期和振幅;从波的图象上可直接读取波长和振幅.3.读取间接信息:利用振动图象可确定某一质点在某一时刻的振动方向;利用波的图象可进行波传播方向与某一质点振动方向的互判.4.利用波速关系式:波长、波速、周期、频率间一定满足v =λT=λf. 例2 图2甲为一列简谐横波在t =0.1 s 时刻的波形图,P 是平衡位置为x =1 m 处的质点,Q 是平衡位置为x =4 m 处的质点,图乙为质点Q 的振动图象,则( )图2A.横波的波长是8 mB.横波的频率是0.2 HzC.质点P随波迁移的速度大小为40 m/sD.t=0.1 s时质点P正沿y轴正方向运动三、波动问题的多解性波在传播过程中,由于空间周期性、时间周期性和传播方向的双向性而引起多解,解决这类问题要注意下列情况:1.波的空间周期性:在波的传播方向上,相距为波长整数倍的质点的振动情况相同.2.波的时间周期性:由波的传播特性可知,经过整数倍个周期,波的图象相同.3.波的传播方向的双向性:若根据题中条件无法确定波的传播方向,在解题时要注意考虑波的传播方向可以有两个方向.例3一列简谐横波t1时刻的波形如图3中实线所示,t2时刻的波形如图中虚线所示,已知Δt=t2-t1=0.5 s.问:图3(1)这列波的传播速度是多少?(2)若波向左传播,且3T<Δt<4T,波速是多大?(3)若波速等于68 m/s,则波向哪个方向传播?四、波的干涉和衍射振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时,某点到两波源的波程差为Δx,当Δx=2k·λ2(k=0,1,2,…)时为振动加强点,当Δx=(2k+1)λ2(k=0,1,2,…)时为振动减弱点.若步调相反,则上述结论相反.例4如图4所示为两列相干水波的叠加情况,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,两列波的振幅均为5 cm,且图示范围内振幅不变,波速和波长分别为1 m/s和1 m,则图示时刻C、D点是振动________(填“加强”或“减弱”)点,A、B两质点的竖直高度差为________ cm.图41.(波的干涉和衍射)下列物理现象中:(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急驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高.这些物理现象分别属于波的( )A.反射、衍射、干涉、多普勒效应B.折射、衍射、多普勒效应、干涉C.反射、折射、干涉、多普勒效应D.衍射、折射、干涉、多普勒效应2.(波的图象)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图5所示,介质中质点P、Q分别位于x=2 m,x=4 m处.从t=0时刻开始计时,当t=15 s时质点Q刚好第4次到达波峰.图5(1)求波速;(2)写出质点P做简谐运动的表达式(不要求推导过程).3.(波动问题的多解性)在如图6所示的图象中,实线是一列简谐横波在某一时刻的波形图,虚线是经过t=0.2 s后的波形图.求这列波的波速.图6高考理综物理模拟试卷注意事项:1. 答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
6选修3-4第十二章机械波-波的形成与传播-学案.doc

波的形成与传播适用学科高中物理适用年级高中三年级适用区域全国新课标课时时长(分钟)60知识点1.产生机械波的条件2. 机械波传播每一质点开始振动方向与波源开始振动方向一致3. 机械波传播振动形式和能量、质点不随波迁移4. 简谐波的传播具有时间和空间的周期性、双向性学习目标1・知道直线上机械波的形成过程2 .知道什么是横波,波峰和波谷3 .知道什么是纵波,密部和疏部4 .知道〃机械振动在介质中传播,形成机械波”,知道波在传播运动形式的同时也传递了能量二、过程与方法1. 通过图片、播放录像让学生观察生活中的波动现象,通过思考讨论,能够提岀所要研究问题,培养学生的观察和思考能力2. 通过游戏的体验、实验的观察,体会从现象中探究物理知识的过程,获得成功的体验3 •通过观察实验与多媒体课件比较横波与纵波的异同,学习观察辨析、归纳总结的方法三、情感、态度与价值观1 .通过”人浪的形成"游戏,使学生亲身体验物理过程,激发学习物理的兴趣,并增强相互间的协作意识2 .通过观看视频”地震波”,增强运用物理知识理解生活现象的能力。
学习重点掌握波的形成过程和严生条件学习难点机械波的形成过程及传播规律学习过程我们接触到一种广泛存在的运动形式——波动,请同学们再举出几个有关波的例子,水波、声波、地震波等等。
水波、声波、地震波都是机械波,无线电波、光波都是电磁波。
这一章我们学习机械波的知识,以后还会学习电磁波的知识。
我们之前学过的直线运用、圆周运动 二知识讲解 课程引入:样,都是我们自然界广泛存在的运动形式。
我们把水波、绳波、声波这些波动都叫做机械波,这一章我们就来学习机械波的知识。
首先一起来学习机械波的第一节 内容:波的形成和传播。
绳波的演示:将绳子的一端固定,用手握住绳子的另一端抖动绳子,产生一列凹凸相间的波在绳子上传播。
用手抖动绳子为绳子动起来提供动力和能量,所以从刚才的现象中我们可以知道要形成人浪的波动,就要让一名同学先运动,他就是波形成的一个必备条件,同理手也是绳波形成的条件,我们把这个条件叫做波源。
高中物理 第十二章 机械波 5 多普勒效应课堂互动学案 新人教版选修3-4(2021年最新整理)

高中物理第十二章机械波5 多普勒效应课堂互动学案新人教版选修3-4 编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(高中物理第十二章机械波5 多普勒效应课堂互动学案新人教版选修3-4)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈,这将是我们进步的源泉,前进的动力。
本文可编辑可修改,如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅,最后祝您生活愉快业绩进步,以下为高中物理第十二章机械波5 多普勒效应课堂互动学案新人教版选修3-4的全部内容。
5 多普勒效应课堂互动三点剖析1.多普勒效应(1)多普勒效应中,波源的频率是不改变的,只是由于波源和观察者之间有相对运动,观察者才“感觉”到频率发生了变化。
在介质相对波源静止的情况下,介质中的各个质点的振动情况仍与波源相同。
(2)当波源与观察者有相对运动,两者相互接近时,观察者接收到的频率增大;两者相互远离时,观察者接收到的频率减小.其实,反过来说也是正确的:当观察者根据经验感觉到接收到的频率比波源应有的频率高时,说明波源和观察者的距离正在减小;当观察者根据经验感觉到接收到的频率比波源应有的频率低时,说明波源和观察者的距离正在增大。
(3)波源向观察者匀速靠近时,观察者听到的频率增高,这是跟两者无相对运动时比较而言的.当波源和观察者匀速靠近时,观察者听到一个频率比波源高但频率一定的声波,并非越来越高。
2。
多普勒效应产生原因的定量分析设u 表示波源对介质的速度,v 表示观察者对介质的速度,V 表示波的传播速度;f 和f′分别表示波源频率和观察者接收到的频率。
(1)波源和观察者相对介质都不动:单位时间内波源振动f 次,波传播距离是V ,即发出的波分布在长度V 上,共有f 个波长,观察者接收到的频率是单位时间内通过观察者的完全波数,故f′=λV =f ,即接收到的频率等于波源的频率. (2)波源相对介质不动,而观察者向波源运动:则波对观察者的速度为(v+V ),据公式λ=f V ,知f′=f V v v V )1(+=+λ.即接收到的频率增加为波源频率的(1+Vv )倍。
高中物理选修3-4第十二章机械波全章教案

教学课题:波的形成和传播一.教学目标【知识和技能】1.道机械波的形成过程2.知道什么是横波和纵波,波峰和波谷、密部和疏部3.知道“机械振动在介质中传播,形成机械波”4.知道波在传播过程中的特征。
【过程和方法】1.培养学生进行科学探索的能力2.培养学生观察、分析和归纳的能力3.培养学生的空间想象能力和思维能力【情感、态度、价值观】1.培养学生细心、认真做实验的品质,进而培养学生实事求是的科学态度。
2.培养学生互相团结、分工协作的团队精神二.教学重点、难点重点:波在传播过程中的特征难点:波的运动方向和质点的振动方向之间的关系三.教学仪器绳子、波动演示箱、水平悬挂的长弹簧、音叉、计算机、投影仪、四.教学方法实验、多媒体辅助教学、讲授五.教学过程引入演示:抖动绳子的一端,产生一列凹凸相间的波在绳子上传播新课1.引导学生概括波的形成。
2.师生共同分析,得出波的形成的条件:①波源,②介质3. 波动演示箱演示:横波、纵波的形成过程,分析波的传播原理。
4.机械波的传播特征(学生观察)(1)振动传播途径上的各质点的振动周期相同,且与波源的振动周期相同。
(2)离波源越远的质点的振动越滞后(前带动后)。
(3)各振动质点只在各自的平衡位置附近振动,并不“随波逐流”。
(4)机械波向外传播的是振动的形式,通过振动形式的传播将能量传输出去,通过振动形式的传播将信息传输出去。
(5)机械波向外传播的过程是起伏向远方平移例题与练习见学案小结作业见学案六.教学反思:教学课题:波的图象一.教学目标【知识和技能】1.学会用XOY坐标系来描述波的图像,知道横纵坐标各表示什么物理量。
2.深刻体会简谐波的图像描述过程,体味波反映的是在波的传播方向上各个质点在同一时刻离开平衡位置的位移。
3.已知某一时刻某简谐波的图像和波的传播方向,能画出下一时刻的波的图像,并能指出图像中各个质点在该时刻的运动情况。
【过程和方法】1.在观察实际的波动运动模型中培养学生的观察能力,分析解决问题的能力。
人教版 物理选修3-4 第12章 机械波 学案

12.1 波的形成和传播学案学习目标:①知道直线上机械波的形成过程②知道什么是横波,波峰和波谷③知道什么是纵波,密部和疏部④知道“机械振动在介质中传播,形成机械波”,知道波在传播运动形式的同时也传递了能量教学重点、难点分析:机械波的形成过程及传播规律是本节课的重点,也是本节课的难点。
自主学习:一、波的形成和传播1、机械振动在,形成机械波。
2、产生条件:,。
3、机械振动与波的关系:振动引起波动,有机械波机械振动,有机械振动机械波。
二、机械波的分类按波的传播方向和质点的振动方向可以将波分为两类:和。
4、横波定义:质点的振动方向和波的传播方向(如绳波)波形特点:凹凸相间的的波纹(观察横波演示器)又叫起伏波,凸部称为,凹部称为。
5、纵波定义:质点的振动方向与波的传播方向。
(如声波)波形特点:疏密相间的波形,又叫疏密波。
三、机械波的特点6、机械波传播时介质中的每一质点都以它的平衡位置为中心做简谐运动;后一质点的振动总是于带动它的前一质点的振动。
7、波传播的只是,传递的只是振动的和,介质中的质点随波迁移。
基础达标:1.关于机械波,下列说法正确的是A.各质点都在各自的平衡位置附近振动B.相邻质点间必有相互作用力C.前一质点的振动带动后一质点的振动,后一质点的振动必定落后于前一质点D.各质点随波的传播而迁移2.关于机械波的形成,下列说法正确的是A.物体做机械振动一定产生机械波B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动,只是时间落后一步C.参与振动的质点都有相同的频率D.机械波是介质随波迁移,也是振动能量的传递3.机械波按质点振动方向和传播方向的关系可分为横波和纵波(1)关于介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系,下列说法正确的是A.在横波中二者方向有时相同B.在横波中二者方向一定不同C.在纵波中二者方向有时相同D.在纵波中二者方向一定不同(2)如图所示,若一列波在x轴上传播,a点是波传播方向上的某一质点,则质点aa的传播方向一定上下振动吗?c、d四点在此时刻具有相同运动方向的是A.a和c B.a和d C.b和c D.b和d5.不论横波还是纵波,介质中各个质点发生振动并不随波迁移。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
学案56 机械波一、概念规律题组1.关于机械波的形成,下列说法中正确的是() A.物体做机械振动,一定产生机械波B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动,只是时间落后一步C.参与振动的质点群有相同的频率D.机械波是介质随波迁移,也是振动能量的传递图12.一列简谐横波在x轴上传播,某时刻的波形图如图1所示,a、b、c为三个质元,a正向上运动.由此可知()A.该波沿x轴正方向传播B.c正向上运动C.该时刻以后,b比c先到达平衡位置D.该时刻以后,b比c先到达离平衡位置最远处图23.一列简谐横波沿x轴传播,t=0时的波形如图2所示,质点A与质点B相距1 m,A点速度沿y轴正方向;t=0.02 s时,质点A第一次到达正向最大位移处.由此可知()A.此波的传播速度为25 m/s B.此波沿x轴负方向传播C.从t=0时起,经0.04 s,质点A沿波传播方向迁移1 m D.在t=0.04 s时,质点B处在平衡位置,速度沿y轴负方向4.下面哪些应用是利用了多普勒效应()A.利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波,波被运动的汽车反射回来,根据接收到的频率发生的变化,就知道汽车的速度,以便于进行交通管理C.铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况D.有经验的战士利用炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去二、思想方法题组图35.一列横波某时刻的波形如图3所示,经过0.25 s图中P点第一次到达波峰的位置,此后再经0.75 s,P点的位移和速度可能是()A.位移是2 cm,速度为零B.位移是零,速度方向沿+y的方向C.位移是-2 cm,速度为零D.位移是零,速度方向沿-y的方向6.如图4所示,位于介质Ⅰ和Ⅱ分界面上的波源S,产生两列分别沿x轴负方向与正方向传播的机械波.若在两种介质中波的频率及传播速度分别为f1、f2和v1、v2,则()图4A.f1=2f2v1=v2 B.f1=f2v1=0.5v2C.f1=f2v1=2v2 D.f1=0.5f2v1=v2一、波的形成及传播规律的应用1.波的形成及特点波源把自己的振动方式通过介质的质点由近及远的传播,就形成了波.(1)质点只在自己的平衡位置振动,并不随波的传播向前迁移;(2)介质中每个质点的起振方向都和波源的起振方向相同;(3)每个质点的振动周期都等于波的传播周期,质点振动一个周期波传播一个波长;(4)波传播的是波源的振动形式和能量,也能传递信息.2.波的传播方向与质点的振动方向的判断方法下 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法3.波长、波速和频率的关系 (1)关系式:v=λf(2)机械波的波速取决于介质,与波的频率无关.在同一均匀介质中,机械波的传播是匀速的.(3)机械波的频率取决于波源振动的频率,当波从一种介质进入另一种介质时,波的频率不变.(4)在波的传播方向上,介质中各质点都做受迫振动,其频率都等于振源的振动频率. 【例1】 (2011·北京·16)介质中有一列简谐机械波传播,对于其中某个振动质点( ) A .它的振动速度等于波的传播速度B .它的振动方向一定垂直于波的传播方向C .它在一个周期内走过的路程等于一个波长D .它的振动频率等于波源的振动频率 [规范思维]二、波动图象的应用振动图象和波的图象的比较两种图象振动图象波的图象一完整曲线对应横坐标一个周期一个波长【例2】图5(2011·重庆·17)介质中坐标原点O处的波源在t=0时刻开始振动,产生的简谐波沿x轴正向传播,t0时刻传到L处,波形如图5所示.下列能描述x0处质点振动的图象是()[规范思维]三、波的多解性问题分析波的多解性原因分析:1.波的周期性:机械波在时间和空间上具有周期性.一方面,每经过一个周期T或nT,介质中的质点完成一次(或n次)全振动回到原来的状态,波形图线与原来的图线完全相同,这在传播时间与周期关系上形成多解,t=nT+Δt;另一方面,波形沿波的传播方向向前推进λ或nλ,在波形图上,相距λ、2λ、3λ、…、nλ的质点振动步调完全一致,后面的质点好象是前面质点振动情况的“复制”,这在传播距离与波长关系上形成多解x=nλ+Δx.2.波的传播方向的不确定性当只知波沿x轴传播时,往往有沿x轴正方向和负方向传播两种情况.3.介质中质点间距离与波长的关系的不确定性已知两质点平衡位置间的距离及某一时刻它们所在的位置,由于波的空间周期性,则两质点存在着多种可能波形.做这类题时,可先根据题意,在两质点间先画出最简波形,然后再作一般分析,从而写出两质点间的距离与波长关系的通式.图6【例3】 (2010·镇江模拟)如图6所示的实线是某时刻的波形图象,虚线是经过0.2 s时的波形图象.求:(1)波传播的可能距离;(2)可能的周期(频率);(3)可能的波速;(4)若波速是35 m/s,求波的传播方向;(5)若0.2 s小于一个周期时,求波传播的距离、周期(频率)、波速.[规范思维]四、波的叠加和干涉1.产生稳定干涉现象的条件:频率相同;有固定的相位差.2.干涉区域内某点是振动加强点还是振动减弱点的充要条件:(1)最强:该点到两个波源的路程差是波长的整数倍,即Δs=nλ.(2)最弱:该点到两个波源的路程差是半波长的奇数倍,即Δs=λ2(2n+1).3.加强点的位移变化范围:-|A1+A2|~|A1+A2|. 减弱点的位移变化范围:-|A1-A2|~|A1-A2|. 【例4】 (2010·新课标卷·33(2))图7波源S1和S2振动方向相同,频率均为4 Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA=2 m,如图7所示.两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同.求:(1)简谐横波的波长;(2)OA间合振动振幅最小的点的位置.【基础演练】图81.如图8所示是观察水面波衍射的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个小孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长,则对于波经过孔之后的传播情况,下列描述中正确的是() A.此时能明显观察到波的衍射现象B.挡板前后波纹间距相等C.如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,能更明显观察到衍射现象图92.如图9所示,一个波源在绳的左端发生波甲,另一个波源在同一根绳的右端发生波乙,波速都等于1 m/s.在t=0时刻,绳上的波形如图中的(a)所示,则根据波的叠加原理,下述正确的是()A.当t=2 s时,波形如图(b),t=4 s时,波形如图(c) B.当t=2 s时,波形如图(b),t=4 s时,波形如图(d) C.当t=2 s时,波形如图(d),t=4 s时,波形如图(c) D.当t=2 s时,波形如图(c),t=4 s时,波形如图(d) 3.(2010·天津理综·4)一列简谐横波沿x轴正向传播,传到M点时波形如图10所示,再经0.6 s,N点开始振动,则该波的振幅A和频率f为()图10A.A=1 m,f=5 Hz B.A=0.5 m,f=5 Hz C.A=1 m,f=2.5 Hz D.A=0.5 m,f=2.5 Hz图114.(2011·天津·7)位于坐标原点处的波源A沿y轴做简谐运动.A刚好完成一次全振动时,在介质中形成简谐横波的波形如图11所示,B是沿波传播方向上介质的一个质点,则()A.波源A开始振动时的运动方向沿y轴负方向B.此后的14周期内回复力对波源A一直做负功C.经半个周期时间质点B将向右迁移半个波长D.在一个周期时间内A所受回复力的冲量为零图125.(2009·四川高考)如图12所示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波,实线为t=0时刻的波形图,虚线为t=0.6 s 时的波形图,波的周期T>0.6 s,则()A.波的周期为2.4 sB.在t=0.9 s时,P点沿y轴正方向运动C.经过0.4 s,P点经过的路程为4 m D.在t=0.5 s时,Q点到达波峰位置6.(2011·大纲全国·21)一列简谐横波沿x轴传播,波长为1.2 m,振幅为A.当坐标为x=0处质元的位移为-32A且向y轴负方向运动时,坐标为x=0.4 m处质元的位移为32A.当坐标为x=0.2 m处的质元位于平衡位置且向y轴正方向运动时,x=0.4 m处质元的位移和运动方向分别为()A.-12A、沿y轴正方向 B.-12A、沿y轴负方向C.-32A、沿y轴正方向 D.-32A、沿y轴负方向7.(2009·全国Ⅰ·20)一列简谐横波在某一时刻的波形图如图13甲所示,图中P、Q两质点的横坐标分别为x=1.5 m和x=4.5 m.P点的振动图象如图乙所示.图13在下列四幅图中,Q点的振动图象可能是()8.(2009·广东·14)如图14图14为声波干涉演示仪的原理图.两个U形管A和B套在一起,A管两侧各有一小孔.声波从左侧小孔传入管内,被分成两列频率________的波.当声波分别通过A、B传播到右侧小孔时,若两列波传播的路程相差半个波长,则此处声波的振幅________;若传播的路程相差一个波长,则此处声波的振幅________..【能力提升】图159.(2010·山东理综·37(1))渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位,已知某超声波的频率为1.0×105 Hz,某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图15所示.(1)从该时刻开始计时,画出x=7.5×10-3 m处质点做简谐运动的振动图象(至少一个周期).(2)现测得超声波信从渔船到鱼群往返一次所用的时间为4 s,求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动).10.一列简谐横波沿直线传播,在波的传播方向上有P、Q两个质点,它们相距0.8 m.当t=0时,P、Q两点的位移恰好是正最大值,且P、Q间只有一个波谷.当t=0.6 s 时,P、Q两点正好处于平衡位置,且P、Q两点只有一个波峰和一个波谷,且波峰距Q 点的距离第一次为0.2 m.求:(1)波由P传至Q,波的周期;(2)波由Q传至P,波的速度;(3)波由Q传至P,从t=0时开始观察,哪些时刻P、Q间(P、Q除外)只有一个质点的位移大小等于振幅.学案56机械波【课前双基回扣】1.BC2.AC3.AB4.ABD5.BD[若波向左传播,P点此时向上运动,且经Δt1=0.25 s=T4,P第一次到波峰,可推知再经Δt2=0.75 s=34T,P在平衡位置向上运动.若波向右传播,P点此时向下运动.经Δt1′=0.25 s=34T.P第一次到波峰,可知再经Δt2′=0.75 s=3×34T,P在平衡位置向下运动.由此可知选项B、D正确.] 6.C[介质Ⅰ、Ⅱ中波的振源相同,所以两列波的频率相同,f1=f2,由图象知λ1=2λ2,又因为v=λf,所以v1=2v2,选项C正确.]思维提升1.机械波产生的条件:振源和介质,有波动一定有振动.波的频率决定于振源.2.v=λf=λ/T.波速决定于介质,波长由介质和波源共同决定.3.简谐波图象是正弦或余弦曲线,表示在波的传播方向上,介质中质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移.4.波的干涉和衍射现象都是波特有的现象.5.多普勒效应:波源的频率不变,只是观察者接收到的波的频率发生变化.如果二者相互接近,观察者接收到的频率变大;如果二者相互远离,观察者接收到的频率变小.【核心考点突破】例1 D[机械波在传播过程中,振动质点并不随波迁移,只是在各自的平衡位置附近做简谐运动,选项A、C错误.机械波可能是横波,也可能是纵波,故振动质点的振动方向不一定垂直于波的传播方向,选项B错误.振动质点的振动是由波源的振动引起的,故质点的振动频率等于波源的振动频率,选项D正确.][规范思维]掌握振动与波动的区别和联系是正确解答本题的关键.注意“一同三不同”,即振动的周期或频率与波动的周期或频率相同;振动的方向与波动的方向不同;振动的速度与波动的速度不同;振动的路程与波动路程不同.例2 C[由波动图象可知t0时刻x0处质点正向下振动,下一时刻质点纵坐标将减小,排除B、D选项.x0处质点开始振动时的振动方向向下,故选项A错误,选项C正确.] [规范思维]本题考查振动图象与波动图象的相互转换问题,应从波的图象和题意中提炼出以下三点信息:①波传到x0之前,x0处的质点不振动.②所有质点的起振方向都向下.③t0时刻x0处的质点正向下振动.例3 见解析解析(1)波的传播方向有两种可能:向左传播或向右传播.向左传播时,传播的距离为x=nλ+3λ/4=(4n+3) m (n=0,1,2,…) 向右传播时,传播的距离为x=nλ+λ/4=(4n+1) m (n=0,1,2,…)(2)向左传播时,传播的时间为t=nT+3T/4 得:T=4t/(4n+3)=0.8/(4n+3) (n=0,1,2,…) 向右传播时,传播的时间为t=nT+T/4得:T=4t/(4n+1)=0.8/(4n+1)(n=0,1,2,…) (3)计算波速,有两种方法:v=x/t或v=λ/T向左传播时,v=x/t=(4n+3)/0.2=(20n+15) m/s.或v=λ/T=4(4n+3)/0.8=(20n+15) m/s.(n=0,1,2,…)向右传播时,v=x/t=(4n+1)/0.2=(20n+5) m/s.或v=λ/T=4(4n+1)/0.8=(20n+5) m/s.(n=0,1,2,…) (4)若波速是35 m/s,则波在0.2 s内传播的距离为x=vt=35×0.2 m=7 m=134λ,所以波向左传播.(5)若0.2 s小于一个周期,说明波在0.2 s内传播的距离小于一个波长.则:向左传播时,传播的距离x=3λ/4=3 m;传播的时间t=3T/4得:周期T=0.267 s;波速v=15 m/s.向右传播时,传播的距离为λ/4=1 m;传播的时间t=T/4得:周期T=0.8 s;波速v=5 m/s.[规范思维]解答此类问题,首先要考虑波传播的“双向性”,例如:nT+14T时刻向右传播的波形和nT+34T时刻向左传播的波形相同.其次要考虑波传播的“周期性”,时间、传播距离都要写成周期、波长的整数倍加“零头”的形式.例4 见解析解析(1)设波长为λ,频率为f,则v=λf,代入已知数据,得λ=1 m.(2)以O为坐标原点,设P为OA间的任意一点,其坐标为x,则两波源到P点的波程差为Δl=x-(2-x),0≤x≤2.其中x、Δl以m为单位.合振动振幅最小的点的位置满足Δl=(k+12)λ,k为整数解得:x=0.25 m,0.75 m,1.25 m,1.75 m.思想方法总结1.(1)由波的图象判断该时刻某质点的振动方向:波的图象表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移.沿简谐横波的传播方向,将波分为上坡段和下坡段,则位于上坡段的质点向下振,位于下坡段的质点向上振,即“上坡下振”,“下坡上振”.(2)波长、频率和波速的关系:v=λf.另外,v=λ/T=Δx/Δt.2.对于已知波动图象和波的传播方向上某质点的振动图象的问题,往往是从波动图象上能读出波长,从振动图象上能读出周期,从而可以计算出波的传播速度;再根据某质点的振动图象上所描述的波动的图象对应的时刻的质点的振动方向,就能确定该波的传播方向.3.解决波动图象中的多解问题的一般思路:(1)分析出造成多解的原因.①波动图象的周期性,如由Δx=nλ+x,Δt=nT+t,求v出现多解.②波传播的双向性.(2)由λ=vT进行计算,若有限定条件,再进行讨论.【课时效果检测】1.ABC2.D3.D4.ABD5.D6.C7.BC 8.相同等于零等于原来声波振幅的两倍9.(1)见解析图(2)3 000 m解析(1)因为超声波的频率为f=1.0×105Hz,所以质点振动周期T=1f=10-5s,x=7.5×10-3 m处质点图示时刻处于波谷,所以可画出该质点做简谐运动的图象如右图所示.(2)因为超声波的频率为f=1.0×105Hz,由波的图象可知超声波的波长λ=15×10 m,由v=λf可得超声波的速度v=λf=15×10-3×1.0×105 m/s=1 500 m/s -3所以鱼群与渔船间的距离x=vt2=1 500×4 2 m=3 000 m. 10.见解析解析由题意λ=0.8 m(1)若波由P传至Q,由t=0.6 s=34T,解得T=0.8 s.(2)若波由Q传至P,则t=0.6 s=14T,解得T=2.4 s,波速v=0.8 2.4 m/s =0.33 m/s.(3)若波由Q传至P,则T=2.4 s,从t=0时刻开始,每经过半个周期,P、Q间只有一个质点的位移大小等于振幅,即t=nT/2=1.2n s,式中n=0,1,2,3,….易错点评1.波的干涉和衍射现象都是波特有的现象,但它们的产生的条件不同,现象也不同.要产生稳定的干涉,需要频率相同的两列波相遇.而要发生明显的衍射现象,需要障碍物或孔(缝)的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小.2.波动问题往往具有多解性,或因时间的周期性,或因空间的周期性,或因波的传播方向不固定.某些同学往往考虑不全,造成失误,比如第10题.3.对于波动和振动的综合性问题,把图象看错,符不明意义,从波动图象想象不出振动过程是常见误区.。