第三章本章整合本章知識包括三部分,第一部分為機械波的形成、特點,第二部分為描述波的圖像和物理量,第三部分為波的現(xiàn)象。波源、介質振動形式遷移垂直在同一直線上網(wǎng)絡構建相同相鄰周期相鄰λf平衡位置位移位移振幅波長相同頻率運動特征矢量和頻率互相間隔nλ(n=0,1,2,…)(2n+1)(n=0,1,2,…)小

大于(或小于)教考銜接1.(2023廣東卷)漁船常用回聲探測器發(fā)射的聲波探測水下魚群與障礙物。聲波在水中的傳播速度為1500m/s,若探測器發(fā)出頻率為1.5×106Hz的聲波,下列說法正確的是(

)A.兩列聲波相遇時一定會發(fā)生干涉B.聲波由水中傳播到空氣中,波長會改變C.該聲波遇到尺寸約為1m的被探測物時會發(fā)生明顯衍射D.探測器接收到的回聲頻率與被探測物相對探測器運動的速度無關B解析

根據(jù)多普勒效應可知,探測器接收到的回聲頻率與被探測物相對探測器運動的速度有關,而兩列聲波發(fā)生干涉的條件是頻率相等,所以兩列聲波相遇時不一定發(fā)生干涉,故A、D錯誤;聲波由水中傳播到空氣中時,聲波的波速發(fā)生變化,所以波長會改變,故B正確;根據(jù)波長的計算公式可得

=1×10-3

m,當遇到尺寸約1

m的被探測物時不會發(fā)生明顯衍射,故C錯誤。試題情境生活實踐類情境必備知識多普勒效應,波的干涉條件,波的折射,波長、波速和頻率的關系,波產(chǎn)生明顯衍射的條件關鍵能力理解能力,推理論證能力教材鏈接波的折射,波的干涉,波的衍射,多普勒效應,人教版選擇性必修第一冊P66、P69、P74思維方法由多普勒效應,探測器接收到的運動的魚群反射回的聲波頻率發(fā)生變化,與探測器發(fā)出的聲波不發(fā)生干涉,波從一種介質進入另一種介質,頻率不變,波速變化,波長變化,根據(jù)波長的計算公式求出波長,與被探測物的尺寸比較,確定會不會發(fā)生明顯衍射2.(2023北京卷)位于坐標原點處的波源發(fā)出一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波。t=0時波源開始振動,其位移y隨時間t變化的關系式為則t=T時的波形圖為(

)D解析

由于t=0時波源從平衡位置開始振動,由振動方程可知,波源起振方向沿y軸正方向,且t=T時波的圖像應和t=0時相同,根據(jù)“上坡下,下坡上”可知,t=T時的波形圖為選項D圖。試題情境學習探索類情境必備知識波的圖像,質點振動方向、波的傳播方向和波形圖的關系關鍵能力理解能力,推理論證能力,分析綜合能力教材鏈接振動方程,波的圖像,人教版選擇性必修第一冊P38、P64思維方法由振動方程可知,波源起振方向沿y軸正方向,由“上下坡”法確定波形圖3.(2023浙江1月卷)主動降噪耳機能收集周圍環(huán)境中的噪聲信號,并產(chǎn)生相應的抵消聲波,某一噪聲信號傳到耳膜的振動圖像如圖所示,取得最好降噪效果的抵消聲波(聲音在空氣中的傳播速度為340m/s)(

)A.振幅為2AB.頻率為100HzC.波長應為1.7m的奇數(shù)倍D.在耳膜中產(chǎn)生的振動與圖中所示的振動同相B解析

主動降噪耳機是根據(jù)波的干涉條件,抵消聲波與噪聲的振幅、頻率相同,相位相反,疊加后相互抵消來實現(xiàn)降噪的。抵消聲波與噪聲的振幅相同,也為A,A錯誤;抵消聲波與噪聲的頻率相同,由

=100

Hz,B正確;抵消聲波與噪聲的波速、頻率相同,則波長也相同,為λ=vT=340×0.01

m=3.4

m,C錯誤;抵消聲波在耳膜中產(chǎn)生的振動與圖中所示的振動反相,D錯誤。試題情境學習探索類情境必備知識波的干涉關鍵能力理解能力,推理論證能力教材鏈接波的干涉,人教版選擇性必修第一冊P69思維方法取得最好降噪效果就是讓抵消聲波與噪聲聲波疊加后振幅為0,需要頻率相同,振幅相同,相位相反專項提升一、波的圖像與振動圖像的結合基本思路點撥1.先看兩軸,確定圖像種類。2.讀取直接信息。振動圖像:周期、振幅;波的圖像:波長、振幅。3.讀取間接信息。振動圖像:確定某一質點在某一時刻的振動方向;波的圖像:波的傳播方向與某一質點振動方向的互判。【例題1】

(2024福建南平高二期末)如圖所示,圖甲是t=5s時刻一簡諧橫波沿x軸正方向傳播的波形圖,圖乙為這列波上某質點的振動圖像,則(

)A.該列波的波速為4m/sB.圖乙可能是質點b的振動圖像C.質點c的振動方程為D.t=10s時,a點的振動方向向上C二、波的多解問題基本思路點撥傳播方向的雙向性等而引起多解,解決這類問題要注意下列情況:1.波的空間周期性。在波的傳播方向上,相距為波長整數(shù)倍的質點的振動情況相同。2.波的時間周期性。由波的傳播特性可知,經(jīng)過整數(shù)倍個周期,波的圖像相同。3.波的傳播方向的雙向性。若根據(jù)題中條件無法確定波的傳播方向,在解題時要注意考慮波的傳播方向可能有兩個方向。4.介質中兩個質點間的距離與波長的關系不確定。5.介質中某質點的振動方向不確定。獲取有效信息

【例題2】

(2024湖北黃岡中學模擬)一列沿x軸傳播的簡諧橫波,在t=0.2s時刻的波形如圖中實線所示,在t1=0.4s時刻的波形如圖中虛線所示。從t到t1時間內(nèi),x=2m處的質點P運動的路程為s,且0.2m<s<0.4m。求:(1)波的傳播的方向和傳播速度的大小;(2)質點P第二次出現(xiàn)波谷的時刻。解析

(1)由題圖可知,波長λ=3

m,振幅A=0.1

m,由t=0.2

s時刻到t1=0.4

s時刻的時間內(nèi),由0.2

m<s<0.4

m知2A<s<4A,故

T<Δt<T,設Δt時間內(nèi)波傳播的距離為Δx,則

λ<Δx<λ,即

m<Δx<3

m,根據(jù)圖像可知,若波沿x軸正方向傳播,則Δx1=nλ+1

m(n=0,1,2,3,…),n無解若波沿x軸負方向傳播,則Δx2=nλ+2

m(n=0,1,2,3,…),n=0符合由上述可知,這列波一定沿x軸負方向傳播且Δx=2

m,又Δt=t1-t=0.2

s,Δx=v·Δt,得v=10

m/s。(2)根據(jù)圖像可知,從t=0.2

s時刻起到質點P第二次出現(xiàn)波谷,波向負方向傳播了Δx'=3.25

m,由Δx'=v·Δt',解得Δt'=0.325

s,故P質點第二次出現(xiàn)波谷的時刻為0.525

s。答案

(1)沿x軸負方向

10m/s

(2)0.525s三、波的干涉問題基本思路點撥波的干涉問題主要涉及波的疊加原理、干涉條件和加強、減弱點的條件等規(guī)律,以這些規(guī)律的直接應用為主。獲取有效信息

【例題3】

(2024江蘇蘇州一中高二期末)某一報告廳主席臺的平面圖如圖所示,AB是講臺,S1、S2是與講臺上話筒等高的喇叭,它們之間的相互位置和尺寸如圖中所示。報告者的聲音放大后經(jīng)喇叭傳回話筒再次放大時可能會產(chǎn)生嘯叫。為了避免嘯叫,話筒最好擺放在講臺上適當?shù)奈恢?在這些位置上兩個喇叭傳來的聲音因干涉而相消。已知空氣中聲速為340m/s,若報告人聲音的頻率為136Hz,問講臺上這樣的位置有多少個?解析

頻率f=136

Hz的聲波的波長為λ==2.5

m如圖所示,O是AB的中點,P是OB上任一點。設S1P-S2P=k·,當k=0,2,4,…時,