新教材高考物理一轮复习第7章机械振动和机械波第2节机械波课件

这是一份新教材高考物理一轮复习第7章机械振动和机械波第2节机械波课件，共53页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础增分策略，增素能精准突破，同一直线，振动频率，平衡位置，干涉图样，绕过障碍物，相对运动，BCD等内容，欢迎下载使用。
一、机械波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　　　　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波源的振动周期和频率相同。 波的传播方向上各质点起振的方向与波源的起振方向相同(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　　。 　　　　　　　个周期内,振动质点通过的路程不一定为A
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　　部和　　部。 
4.波速、波长和频率的关系(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=λf;②v= 。
5.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
易错辨析 (1)在机械波的传播中,各质点随波的传播而迁移。(　　)(2)机械波的频率等于振源的振动频率。(　　)(3)机械波的传播速度与振源的振动速度相等。(　　)(4)机械波在介质中传播的速度由介质本身决定。(　　)(5)质点振动的方向总是垂直于波传播的方向。(　　)(6)在一个周期内,沿着波的传播方向,振动在介质中传播一个波长的距离。(　　)
应用提升1.A、B为同一波源发出的两列波,某时刻在不同介质、相同距离上的波形如图所示,则两列波的波速大小之比vA∶vB是(　　)A.1∶3B.1∶2C.2∶1D.3∶1
解析 由题图读出两列波的波长之比λA∶λB=2∶1,同一波源发出的两列波频率f相同,则由波速公式v=λf得到,两列波的波速大小之比vA∶vB=λA∶λB=2∶1,故选项C正确。
2.一列简谐横波沿x轴正方向传播,其波速为10 m/s,t=0时刻的波形如图所示。下列说法正确的是(　　)A.0~0.6 s时间内,质点P运动的路程为18 cmB.t=0.6 s时刻,质点P相对平衡位置的位移是6 cmC.t=1.2 s时刻,质点Q加速度最大D.t=1.4 s时刻,质点M沿y轴负方向运动
二、波的干涉和衍射现象　多普勒效应1.波的干涉和衍射
2.多普勒效应(1)条件:声源和观察者之间有　　　　　　　　。 (2)现象:观察者感到　　　　发生变化。 (3)实质:声源频率　　　　,观察者接收到的频率　　　　。 易错辨析 (7)火车鸣笛减速向我们驶来时,我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低。(　　)
应用提升3.(多选)(2023福建福州模拟)两列频率相同、振幅分别为5 cm和7 cm的横波发生干涉时,某一时刻的图样如图所示,实线表示波峰,虚线表示波谷,下列关于K、M、N三点的说法正确的是(　　 )A.质点K为振动减弱的点B.经过一段时间,质点M、N的位移大小可能相等C.质点N的振幅为2 cmD.由图中时刻再经过 周期时,质点M的位移为零
解析 质点K为波谷与波谷的相遇点,为振动加强的点,选项A错误;质点M是振动加强点,质点N是振动减弱点,此时质点M的位移为12 cm,质点N的位移为2 cm;经过一段时间,质点M、N的位移大小可能相等,选项B正确;质点N是振动减弱点,振幅为7 cm-5 cm=2 cm,选项C正确;题图中时刻质点M在波峰,再经过 周期时,质点M的位移为零,选项D正确。
1.波的图像信息(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= =λf。
3.波的传播方向与质点的振动方向的判断方法
【典例突破】典例1.(2022北京卷)在如图所示的xOy坐标系中,一条弹性绳沿x轴放置,图中小黑点代表绳上的质点,相邻质点的间距为a。t=0时,x=0处的质点P0开始沿y轴做周期为T、振幅为A的简谐运动。t= T时的波形如图所示。下列说法正确的是(　　)A.t=0时,质点P0沿y轴负方向运动
典例2.(多选)(2023重庆卷)一列简谐横波在介质中沿x轴传播,波速为2 m/s,t=0时的波形图如图所示,P为该介质中的一质点。则(　　)A.该波的波长为14 mB.该波的周期为8 sC.t=0时质点P的加速度方向沿y轴负方向D.0~2 s内质点P运动的路程有可能小于0.1 m
向平衡位置,故质点P的加速度方向沿y轴正方向,故C错误;质点P振动的周期为8 s,0~2 s内质点P振动的时间为四分之一周期,若向y轴负向振动则运动的路程小于0.1 m(振幅为0.1 m),若向y轴正向振动则运动的路程大于0.1 m,综上所述,0~2 s内质点P运动的路程是有可能小于0.1 m的,故D正确。
【对点演练】1.(2023江苏南京雨花台中学月考)如图所示的x轴上,波源在原点O处,Oa=3 m,Ob=4 m,Oc=6 m。t=0时,波源从平衡位置开始竖直向上振动,形成分别沿x轴向正方向和负方向传播的简谐横波,t=6 s时,质点a第一次到达最高点,同时质点c刚好开始振动。下列说法正确的是(　　)A.该波的周期为12 sB.该波的波速为0.5 m/sC.t=6 s时质点b正在向下运动D.若波源停止振动,则a、b、c三质点将同时停止振动
2.(2023辽宁葫芦岛期末)已知某横波的频率为1.0×105 Hz,某时刻该波在某介质中沿x轴传播的波动图像如图所示,此时质点P正沿y轴负方向运动,则(　　)A.该波在沿x轴负方向传播B.P点下一时刻的速度变大C.P点下一时刻的加速度变小D.该波的传播速度为1.5×103 m/s
解析 质点P正沿y轴负方向运动,根据波形平移法可知波沿x正向传播,故A错误;质点P正沿y轴负方向运动,远离平衡位置,则其位移变大,速度变小,加速度变大,故B、C错误;根据题波形图可知该波的波长为λ=15×10-3 m,则波速为v=λf=1.5×103 m/s,故D正确。
波的图像和振动图像的比较
【典例突破】典例3.(2022北京丰台十二中期中)一列简谐波在t=0时刻的图像如图甲所示,这列波上的质点P的振动图像如图乙所示。
(1)求波的传播方向和波速大小。(2)在图丙中画出经过2.7 s后波的图像,并求出质点P的位移和运动的路程。
答案 (1)波沿x轴正方向传播　5 m/s　(2)图像见解析　10 cm　270 cm解析 (1)因t=0时刻质点P沿y轴负方向振动,根据平移法可知该波沿x轴正方向传播。由波的图像可知波长λ=2 m,由振动图像可知周期T=0.4 s,
【对点演练】3.(2023广东韶关期末)某同学为了研究水波的传播特点,在水面上放一稳定波源,产生的水波沿水平方向传播(视为简谐波),在波源的右侧某位置有一浮标,内有速度传感器,某一时刻的波形图如图甲所示(波源为坐标原点),从该时刻开始计时的v-t图像如图乙所示,向上为正方向,则(　　)A.水波的波长为8 cmB.水波的波长为16 cmC.水波的周期为0.1 sD.水波的传播速度大小为8 m/s
解析 由题图甲得水波的波长λ=16 cm,故A错误,B正确;由题图乙可得波的周期为0.2 s,故C错误;
4.(2023湖南名校联盟期末)一列简谐横波沿x轴传播,该波在t=0时刻的波形图如图甲所示,质点M的平衡位置坐标为x=3 m,质点M的振动图像如图乙所示,则下列说法正确的是(　　)A.该波沿x轴正方向传播,且t=9 s时质点M位于波谷B.0在0~7 s内质点M通过的路程为23.8 cmC.在0~7 s内该波传播的距离为21 mD.质点M的振动方程为y=3.4sin 0.5πt(cm)
1.造成波的多解问题的主要因素(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。(3)波形的隐含性在波的多解问题中,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。
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Δt或Δx,若时间关系不明确,则有t=nT+Δt(n=0,1,2…);若距离关系不明确,则有x=nλ+Δx(n=0,1,2…)。步骤如下:　　　　　　　　　　　　　　　　(1)根据初、末两时刻的波形确定传播距离与波长的关系通式;(2)根据题设条件判断是唯一解还是多解;
【典例突破】典例4.(多选)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甲、图乙所示,则此列波的传播速率可能是(　　)A.7 m/sB.2 m/s C.1.2 m/sD.1 m/s
思维点拨 本题属于波的传播方向不确定、波传播距离Δx与波长λ的关系不明确造成多解;根据两个质点的振动图像,分析两质点间可能的波形,分析求解。
【对点演练】5.(2022辽宁模拟)一列简谐横波沿x轴传播,t=0时的波形如图中实线所示,t=0.6 s时的波形如图中虚线所示,则其波速大小的可能值是(　　) A.15 m/sB.25 m/sC.30 m/sD.45 m/s
6.(2022福建龙岩月考)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甲、乙所示,则此列波的传播速率可能是(　　)A.7 m/sB.3 m/sC.2 m/sD.1 m/s
1.波的干涉中振动加强点和减弱点的判断某质点的振动是加强还是减弱,取决于该点到两相干波源的距离之差Δr。(1)当两波源振动步调一致时若Δr=nλ(n=0,1,2,3,…),则振动加强;若Δr=(2n+1) (n=0,1,2,3,…),则振动减弱。(2)当两波源振动步调相反时若Δr=(2n+1) (n=0,1,2,3,…),则振动加强;若Δr=nλ(n=0,1,2,3,…),则振动减弱。
2.波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。3.多普勒效应的成因分析(1)接收频率:观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大,当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小。
【对点演练】7.(多选)水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况如图所示,以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线);S1的振幅A1=3 cm,S2的振幅A2=2 cm,下列说法正确的是(　　)A.质点D是振动减弱点B.质点A、D在该时刻的高度差为10 cmC.再过半个周期,质点B、C是振动加强点D.质点C此刻以后将向下运动
答案 BD解析 两个波源的振动步调一致,图中质点A、D到两个波源路程差为零,是振动加强点,而质点B、C是波峰与波谷相遇,是振动减弱点,故A错误;图示时刻,质点A的位移为+3 cm+2 cm=+5 cm,质点D的位移为-3 cm-2 cm= -5 cm,故质点A、D在该时刻的高度差为10 cm,B正确;振动的干涉图像是稳定的,质点A、D一直是振动加强点,而质点B、C一直是振动减弱点,故C错误;质点C是振动减弱点,此刻在上方最大位移处,故质点C此刻以后将向下运动,D正确。