2021版高考物理教科版大一轮复习基础自查学案：选修3-41.2 机 械 波
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第2讲 机 械 波
必备知识
一、机械波 横波和纵波
1.机械波的形成:
(1)有发生机械振动的物体作为波源。
(2)有传播机械振动的介质,如空气、水、绳子等。
2.机械波的传播:
(1)机械波传播的只是振动的形式和能量,质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波发生迁移。
(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。
3.机械波的分类:
分 类 | 质点振动方向和波的传播方向的关系 | 形 状 | 举 例 |
横 波 | 垂直 | 凹凸相间; 有波峰、波谷 | 绳波等 |
纵 波 | 在同一条直线上 | 疏密相间; 有密部、疏部 | 弹簧波、 声波等 |
4.波速、波长和频率(周期)的关系:
(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。
(2)频率f:在波动中,介质中各质点的振动频率都是相同的,都等于波源的振动频率。
(3)波速v、波长λ和频率f、周期T的关系:
公式:v==λf。机械波的波速大小由介质本身的性质决定,与机械波的频率无关。
二、横波的图像
1.坐标轴:横轴表示各质点的平衡位置,纵轴表示该时刻各质点的位移。如图所示。
2.物理意义: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。
三、波特有的现象
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互相干扰,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位移的矢量和。
2.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 | 明显条件: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 |
3.多普勒效应:
(1)定义:由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感受到波的频率发生变化的现象。
(2)实质:声源频率不变,观察者接收到的频率发生变化。
基础小题
1.判断下列题目的正误。
(1)在机械波的传播过程中,各质点随波的传播而迁移。 ( )
(2)在波的传播过程中,介质中质点的振动频率等于波源的振动频率。
( )
(3)两列波在介质中叠加,一定产生干涉现象。 ( )
(4)波的传播在时间和空间上都有周期性。 ( )
(5)机械波传播的是振动形式和能量。 ( )
(6)波的图像描述的是一个质点的位移随时间变化的关系。 ( )
(7)发生多普勒效应是因为波在传播过程中频率发生了变化。 ( )
提示:(1)×。在波的传播过程中,各质点在各自的平衡位置振动,不随波的传播而迁移。
(2)√。每个质点都在重复波源的振动,因此质点的振动频率和波源的振动频率相同。
(3)×。只有频率相同的两列波叠加才会产生干涉现象。
(4)√。波的传播具有周期性,既有时间上的周期性,也有空间上的周期性。
(5)√。波传播的只是振动形式和振动能量,质点不随波迁移。
(6)×。波的图像反映了某一时刻所有质点离开各自平衡位置的位移情况,不是某一质点的位移随时间变化的关系。
(7)×。多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动,使观察者感觉到频率发生变化的现象,但波源的频率并没有发生变化。
2.(教材改编题)如图所示为一简谐横波在某一时刻的图像,设波沿x轴正方向传播,下列说法中正确的是 ( )
A.此时刻质点C振幅为负值
B.此时刻质点B、E的速度相同
C.此时刻质点C、F的加速度、速度都为零
D.此时刻质点D正沿y轴负方向运动
【解析】选D。振幅即振动的幅度,恒为正值,选项A错误;由波的传播方向可知,此时刻质点B、E的速度方向相反,选项B错误;质点在最大位移处时,速度为零,加速度达到最大值,选项C错误;由波的传播方向和波的传播特点,可判断此时刻质点D正沿y轴负方向运动,选项D正确。
3.(多选)“闻其声而不见其人”是因为一般障碍物的尺寸 ( )
A.跟声波波长相差不大,使声波发生明显衍射
B.比声波波长大得多,声波不能发生衍射
C.可以跟光波波长相比较,使光波也发生衍射
D.比光波波长大得多,故光波不能发生明显衍射
【解析】选A、D。“闻其声而不见其人”是因为一般障碍物的尺寸跟声波的波长相差不大,使声波发生明显衍射,而光波的波长很小,不能发生明显衍射,故A、D正确。
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