新教材适用2024版高考物理一轮总复习第7章机械振动与机械波第2讲机械波课件
展开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______和______,质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动,并不随波______。(2)介质中各质点的振幅相同,振动周期和频率都与_________振动周期和频率相同。(3)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为_____,位移为零。
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______的波,有______(凸部)和______(凹部)。(2)纵波:质点的振动方向与波的传播方向在____________上的波,有______和______。
1.横波的图像(1)坐标轴:横轴表示各质点的____________,纵轴表示该时刻各质点的______。(2)意义:表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开____________的位移。(3)图像
(4)应用①直接读取______和______,以及该时刻各质点的______。②确定某时刻各质点加速度______,并能比较大小。③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定波的____________。
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______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______本身的性质决定。(3)频率f:由波源决定,等于波源的____________。(4)波长、波速和频率的关系①v=______;②v=___。
1.波的叠加:观察两列波的叠加过程可知:几列波相遇时,每列波都能够保持各自的状态继续传播而不____________,只是在重叠的区域里,质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的_________________。
注意:发生衍射是无条件的,发生明显衍射是有条件的。
3.多普勒效应:(1)定义:由于波源和观察者之间有__________,使观察者感受到波的频率____________的现象。(2)实质:声源频率______,观察者接收到的频率____________。(3)规律:①波源与观察者如果相互靠近,观察者接收到的____________;②波源与观察者如果相互远离,观察者接收到的____________;③波源和观察者如果相对静止,观察者接收到的频率______波源的频率。
1.在水平方向传播的波为横波。( )2.在机械波中各质点不随波的传播而迁移。( )3.通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移。( )4.机械波在传播过程中,各质点振动的周期、起振方向都相同。( )5.机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。( )6.波速表示介质中质点振动的快慢。( )7.两列波在介质中叠加,一定产生干涉现象。( )8.一切波都能发生衍射现象。( )9.多普勒效应说明波源的频率发生变化。( )
二、对点激活1.(多选)(2023·海南西南大学东方实验中学模拟预测)下列说法正确的是( )A.夏日雷声有时轰鸣不绝,这是声波的衍射现象B.闻其声而不见其人,是声波的干涉现象C.围绕正在发声的音叉走一圈,就会听到声音忽强忽弱,是声波的干涉现象D.在较大的空房子里的讲话,有时会余音缭绕,是声波的反射现象
[解析]夏日雷声有时轰鸣不绝,这是回声,是声波的反射现象,故A错误;闻其声而不见其人,是声波的衍射现象,故B错误;围绕正在发声的音叉走一圈,就会听到声音忽强忽弱,是声波的干涉现象,故C正确;在较大的空房子里的讲话,有时会余音缭绕,是声波的反射现象,故D正确。
2.(2023·北京北师大二附中模拟预测)一列沿x轴正方向传播的简谐横波,波速为4 m/s。某时刻波形如图所示,下列说法正确的是( )A.这列波的振幅为4 cmB.这列波的周期为1 sC.此时x=4 m处质点沿y轴正方向运动D.此时x=4 m处质点的加速度为0
3.(2023·江苏模拟预测)战绳训练被称为身体训练的“综合训练神器”,如图所示,训练者跨步蹲,双手各正握同一材质的两绳一端,在竖直方向上下甩动,在绳子上交替做出不同的波动,其运动状态可视为简谐振动。由于初练者双手肌肉力量不一致,左手每秒抖动3下,右手每秒抖动4下,则在左、右两绳上传播的波( )A.周期之比为34 B.速度之比为43C.波长之比为43 D.振幅之比为34
[解析]左手每秒抖动3下,右手每秒抖动4下,左右手的频率之比为34,则左右绳的周期之比为43,故A错误;因为两绳是同一材质,由波的传播速度由介质决定,所以左右绳的波速之比为11;故B错误;由λ=vT,可知左右绳的波长之比为4:3,故C正确;由于未知左右手甩动的幅度,无法判断两振幅之比,故D错误。
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,它的波长和波速可以改变,但频率和周期都不会改变。(4)振源经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传播一个波长
3.波的传播方向与质点的振动方向的判断方法
(多选)(2023·河南模拟预测)B超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波,遇到人体组织会产生不同程度的反射。探头接收到的超声波信号形成B超图像。如图为血管探头沿x轴正方向发送的简谐超声波图像,t=0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为1×107 Hz,下列说法正确的是( )A.0~1.25×10-7 s内质点M运动的路程为2 mmC.超声波在血管中的传播速度为1.4×103 m/sD.t=1.5×10-7 s时质点N恰好处于波谷
〔变式训练1〕 (2021·重庆卷)如图所示,a、b、c、d是一简谐横波上的质点,某时刻a、d位于平衡位置且相距为9 m,c在波谷,该波的波速为2 m/s。若此时a经平衡位置向上振动,则( )A.此波向右传播B.b点振动周期为3 sC.c点运动速度大小为2 m/sD.此波在a、d两点之间传播需3 s
(2021·江苏卷)渔船上的声呐利用超声波来探测远方鱼群的方位。某渔船发出的一列超声波在t=0时的波动图像如图1所示,图2为质点P的振动图像,则( )A.该波的波速为1.5 m/sB.该波沿x轴负方向传播C.0~1 s时间内,质点P沿x轴运动了1.5 mD.0~1 s时间内,质点P运动的路程为2 m
〔变式训练2〕 (多选)(2023·湖北襄阳模拟预测)一列简谐横波沿x轴传播,在t=0.125 s时的波形如图甲所示,M、N、P、Q是介质中的四个质点,已知N、Q两质点平衡位置之间的距离为16 m。如图乙所示为质点P的振动图像。下列说法正确的是( )A.该波的波速为120 m/sB.该波沿x轴正方向传播C.质点P的平衡位置位于x=3 m处
1.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。
如:a.质点达到最大位移处,则有正向和负向最大位移两种可能。b.质点由平衡位置开始振动,则起振方向有向上、向下(或向左、向右)两种可能。c.只告诉波速不指明波的传播方向,应考虑沿两个方向传播的可能,即沿x轴正方向或沿x轴负方向传播。 d..只给出两时刻的波形,则有多次重复出现的可能。(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部分,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。
2.解决波的多解问题的思路一般采用从特殊到一般的思维方法,即找出一个周期内满足条件的关系Δt或Δx,若此关系为时间,则t=nT+Δt(n=0,1,2,…),若此关系为距离,则x=nλ+Δx(n=0,1,2,…)。
(2021·全国乙卷)图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线,经过0.3 s后,其波形曲线如图中虚线所示。已知该波的周期T大于0.3 s。若波是沿x轴正方向传播的,则该波的速度大小为_________ m/s,周期为_________ s;若波是沿x轴负方向传播的,该波的周期为_________ s。
解题的一般思路有如下情况:(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多个不同质点的振动情况完全相同,它们之间的距离为波长的整数倍。(2)波的时间周期性。由波的特性可知,波在t=nT时间内,向外传播Δx=nλ的距离,所以经过整数倍周期时,其波形图线完全相同。(3)波的双向性。若题中没有已知波的传播方向,也无法由题意确定波的传播方向,则在解题时要注意考虑波的传播方向的不确定性。
〔变式训练3〕 (多选)(2023·江西高三阶段检测)一列简谐横波沿x轴传播,已知x轴上x1=1 m和x2=7 m 处质点的振动图像分别如图1、图2所示,则此列波的传播速率可能是( )A.7 m/s B.2 m/sC.1.2 m/s D.1 m/s
[解析]由振动图像可知周期T=4 s,零时刻x1处质点在平衡位置且向下振动,而x2处质点在正的最大位移处。①若沿x轴正向传播,其波形如图所示,x2处质点的平衡位置可能在A1或A2或A3……
波的干涉中振动加强点和减弱点的判断(1)图像法:在某时刻的波形图上,波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点,一定是加强点,而波峰与波谷的交点一定是减弱点,各加强点或减弱点各自连接形成以两波源为中心向外辐射的连线,形成加强线和减弱线,两种线互相间隔,这就是干涉图样,加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。
(2020·全国Ⅰ理综)一振动片以频率f做简谐振动时,固定在振动片上的两根细杆同步周期性地触动水面上a、b两点,两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样。c是水面上的一点,a、b、c间的距离均为l,如图所示。已知除c点外,在ac连线上还有其他振幅极大的点,(1)波的波长;(2)波的传播速度。
对振动加强、减弱理解不透彻引起错解
波的叠加满足矢量法则,当振动情况相同则相加,振动情况相反则相减,且两列波互不干扰。例如两个等幅波的波峰与波峰相遇时,此处相对平衡位置的位移为振幅的二倍;当波峰与波谷相遇时此处的位移为零。判断振动加强或减弱的条件:振幅最大的点为振动加强点,振幅最小的点为振动减弱点。需要特别指出的是:(1)振动加强点的振幅一定大于振动减弱点的振幅;(2)振动加强点的位移不一定大于振动减弱点的位移。这点在判断振动位置及振动速度大小时容易出错。
〔变式训练4〕 (多选)(2023·陕西西北工业大学附属中学模拟预测)如图所示,有两列频率相同、振动方向相同、振幅均为A、传播方向互相垂直的平面波相遇发生干涉,两列波的传播方向如图中箭头所示。图中实线表示波峰,虚线表示波谷,a为波谷与波谷相遇点,b、c为波峰与波谷相遇点,d为波峰与波峰相遇点,e、g是a、d连线上的两点,其中e为连线的中点,则下列描述正确的是( )A.a、d处的质点振动加强,b、c处的质点振动减弱B.图示时刻,e正处于波峰位置C.从图示时刻经过半个周期,e处质点将处于平衡位置D.e处的质点振幅为2AE.图示时刻,g处质点正向波峰位置移动
[解析]a为波谷与波谷相遇点,b、c为波谷与波峰相遇点,d为波峰与波峰相遇点,故a、d处的质点振动加强,b、c处的质点振动减弱。故A正确;依题意由图可知,图示时刻,e为两列波的平衡位置相遇点,处于平衡位置向下运动,故图示时刻g处质点位移为正,在向平衡位置运动。从图示时刻经过半个周期,e仍为两列波的平衡位置相遇点处,仍处于平衡位置。故BE错误;C正确;根据几何关系可知,两波的波谷同时传到e点,故e为振动加强点,振幅为2A。故D正确。
1.(2022·辽宁卷)一列简谐横波沿x轴正方向传播,某时刻的波形如图所示,关于质点P的说法正确的是( )A.该时刻速度沿y轴正方向B.该时刻加速度沿y轴正方向
2.(多选)(2022·山东卷)一列简谐横波沿x轴传播,平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如下图所示。当t=7 s时,简谐波的波动图像可能正确的是( )
3.(2022·全国甲卷)一平面简谐横波以速度v=2 m/s沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形图如图所示。介质中平衡位置在坐标原点的质点A在t=0时刻的位移y= cm。该波的波长为____ m,频率__________ Hz。t=2 s时刻,质点A_____________(填“向上运动”“速度为零”或“向下运动”)。
4.(2022·全国乙卷)介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源S1和S2,二者做简谐运动的振幅相等,周期均为0.8 s。当S1过平衡位置向上运动时,S2也过平衡位置向上运动。若波速为5 m/s,则由S1和S2发出的简谐横波的波长均为____ m。P为波源平衡位置所在水平面上的一点,与S1、S2平衡位置的距离均为10 m,则两波在P点引起的振动总是相互_______(填“加强”或“削弱”)的;当S1恰好在平衡位置向上运动时,平衡位置在P处的质点______(填“向上”或“向下”)运动。
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