1、第2講 機(jī)械波,【知識(shí)梳理】 知識(shí)點(diǎn)1 機(jī)械波、橫波和縱波 1.機(jī)械波的形成和傳播： (1)產(chǎn)生條件。 有_。 有_,如空氣、水、繩子等。,波源,介質(zhì),(2)傳播特點(diǎn)。 傳播_、能量和信息。 質(zhì)點(diǎn)不_。 介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率、振幅、起振方向等都與_相同。,振動(dòng)形式,隨波遷移,波源,2.機(jī)械波的分類：,垂直,波峰,波谷,在同一條直線上,密部,疏部,知識(shí)點(diǎn)2 橫波的圖像 1.坐標(biāo)軸：橫軸表示各質(zhì)點(diǎn)的_,縱軸表示該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的 _。如圖。,平衡位置,位移,2.物理意義：表示在波的傳播方向上,某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)_ 的位移。 3.圖像應(yīng)用： (1)直接讀取_和_,以及該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移。 (2)確定某時(shí)刻

2、各質(zhì)點(diǎn)加速度和速度的_,并能比較大小。 (3)結(jié)合波的傳播方向可確定各質(zhì)點(diǎn)的_或由各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng) 方向確定波的_。,平衡位置,振幅A,波長(zhǎng),方向,振動(dòng)方向,傳播方向,知識(shí)點(diǎn)3 波速、波長(zhǎng)和頻率(周期)的關(guān)系 1.波長(zhǎng)：在波動(dòng)中,振動(dòng)相位總是_的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。 2.波速v：波在介質(zhì)中的傳播速度,機(jī)械波的波速僅由_本身的性 質(zhì)決定。波速的計(jì)算方法為 或 3.頻率f：由波源決定,等于_的振動(dòng)頻率。 4.波長(zhǎng)、波速和頻率(周期)的關(guān)系： (1)v=_。 (2)v= 。,相同,介質(zhì),波源,f,知識(shí)點(diǎn)4 波的干涉和衍射現(xiàn)象、多普勒效應(yīng) 1.波的干涉和衍射：,相同,尺寸,干涉圖樣,繞過(guò)障礙物,2.多普

3、勒效應(yīng)： (1)定義：當(dāng)波源與觀察者互相靠近或者互相遠(yuǎn)離時(shí),觀察者接收到 的_會(huì)發(fā)生變化。 (2)規(guī)律。 波源與觀察者如果相互靠近,觀察者接收到的_; 波源與觀察者如果相互遠(yuǎn)離,觀察者接收到的_; 波源和觀察者如果相對(duì)靜止,觀察者接收到的頻率_波源的 頻率。 (3)實(shí)質(zhì)：聲源頻率_,觀察者接收到的頻率_。,波的頻率,頻率增大,頻率減小,等于,不變,變化,【思維診斷】 (1)在機(jī)械波的傳播中,各質(zhì)點(diǎn)隨波的傳播而遷移。() (2)機(jī)械波在傳播過(guò)程中,各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期、振幅都相等。() (3)機(jī)械波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。() (4)兩列波在介質(zhì)中疊加,一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。() (5)一

4、切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。() (6)多普勒效應(yīng)說(shuō)明波源的頻率發(fā)生變化。(),提示：(1)。在機(jī)械波中各質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近振動(dòng),并不隨波的傳播而發(fā)生遷移。 (2)。機(jī)械波在傳播過(guò)程中,各質(zhì)點(diǎn)都重復(fù)波源的振動(dòng),它們的振幅、周期都相等。 (3)。機(jī)械波在一個(gè)周期內(nèi)向遠(yuǎn)處傳播的距離就是一個(gè)完整的波形,其距離為一個(gè)波長(zhǎng)。,(4)。頻率相同是干涉的必要條件。 (5)。衍射是一切波的特有現(xiàn)象,且不需條件。 (6)。多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),觀察者感到頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。,【小題快練】 1.“隔墻有耳”現(xiàn)象是指隔著墻,也能聽(tīng)到墻另一側(cè)傳來(lái)的聲音,因?yàn)槁暡?) A.發(fā)生了干涉,聽(tīng)者處于振動(dòng)加強(qiáng)處

5、 B.發(fā)生了干涉,聽(tīng)者處于振動(dòng)減弱處 C.波長(zhǎng)較短,無(wú)法發(fā)生明顯衍射 D.波長(zhǎng)較長(zhǎng),發(fā)生了明顯衍射,【解析】選D?！案魤τ卸爆F(xiàn)象是指隔著墻,也能聽(tīng)到墻另一側(cè)傳來(lái)的聲音,因?yàn)槁暡úㄩL(zhǎng)較長(zhǎng),發(fā)生了明顯衍射,選項(xiàng)D正確。,2.介質(zhì)中有一列簡(jiǎn)諧機(jī)械波傳播,對(duì)于其中某個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)() A.它的振動(dòng)速度等于波的傳播速度 B.它的振動(dòng)方向一定垂直于波的傳播方向 C.它在一個(gè)周期內(nèi)走過(guò)的路程等于一個(gè)波長(zhǎng) D.它的振動(dòng)頻率等于波源的振動(dòng)頻率,【解析】選D。簡(jiǎn)諧機(jī)械波在介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)都做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),由振動(dòng)和波的關(guān)系可知：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度,而波的傳播速度是指“振動(dòng)”這種形式的傳播速度,A錯(cuò)誤;橫波的振動(dòng)

6、方向垂直于波的傳播方向,而縱波的振動(dòng)方向與波的傳播方向在一條直線上,B錯(cuò)誤;簡(jiǎn)諧機(jī)械波在介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)一個(gè)周期內(nèi)走過(guò)的路程等于四倍振幅,而波一個(gè)周期傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng),C錯(cuò)誤;簡(jiǎn)諧機(jī)械波在介質(zhì)中的各質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的頻率都相等,都等于波源的振動(dòng)頻率,所以D正確。,3.如圖所示,向左勻速運(yùn)動(dòng)的小車發(fā)出頻率為f的聲波,車左側(cè)A處的靜止的人感受到的聲波的頻率為f1,車右側(cè)B處的靜止的人感受到的聲波的頻率為f2,則() A.f1f C.f1f,f2f D.f1f,f2f,【解析】選D。本題考查的是對(duì)多普勒效應(yīng)的認(rèn)識(shí),波源朝向觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí),觀測(cè)頻率大于波源的頻率,波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí),觀測(cè)頻率小于波源

7、的頻率,D正確。,4.位于原點(diǎn)的波源在t=0開(kāi)始沿y軸做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),它激起橫波沿x軸傳播,當(dāng)t=0.15s時(shí),波的圖像如圖所示,此時(shí)波恰好傳到P點(diǎn),則() A.該波源的頻率是0.2Hz B.波長(zhǎng)是0.4m C.P點(diǎn)將向下運(yùn)動(dòng) D.P點(diǎn)將向右運(yùn)動(dòng),【解析】選B。根據(jù)波形圖可判斷 =0.3m,即=0.4m,選項(xiàng)B對(duì)。 對(duì)應(yīng)的傳播時(shí)間t=0.15s= T,周期T=0.2s,頻率f= =5Hz,選項(xiàng)A 錯(cuò)。根據(jù)傳播方向和振動(dòng)方向在波形圖同一側(cè),質(zhì)點(diǎn)P沿y軸正方向 振動(dòng),選項(xiàng)C、D錯(cuò)。,5.如圖所示為振源的振動(dòng)圖像,該振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的波長(zhǎng)為4m,則這列波的頻率和波速分別是() A.20 Hz,40 m/

8、sB.10 Hz,40 m/s C.20 Hz,80 m/sD.10 Hz,20 m/s,【解析】選B。由振源的振動(dòng)圖像知振源振動(dòng)的周期(即波的 周期)T=0.1s,故波的頻率f= =10Hz,由v=f知波速v=4 10m/s=40m/s。B對(duì)。,考點(diǎn)1 機(jī)械波的傳播與圖像 1.波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向判斷： (1)若已知某時(shí)刻A點(diǎn)振動(dòng)方向向上,則波向x軸負(fù)方向傳播。 (2)若已知波向x軸正方向傳播,則該時(shí)刻B點(diǎn)向上振動(dòng)。,2.由t時(shí)刻的波形確定t+t時(shí)刻的波形： (1)波向右傳播t= T的時(shí)間和向左傳播t= T的時(shí)間波形相同。 (2)若tT,可以采取“舍整取零頭”的辦法。,3.波速公式：振

9、源經(jīng)過(guò)一個(gè)周期T完成一次全振動(dòng),波恰好向前傳播 一個(gè)波長(zhǎng)的距離,所以有v= =f。,4.波的圖像特點(diǎn)： (1)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)nT(波傳播n)時(shí),波形不變。 (2)在波的傳播方向上,當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為n時(shí)(n=1,2,3), 它們的振動(dòng)步調(diào)總相同;當(dāng)兩質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離為 (2n+1) (n=0,1,2,3)時(shí),它們的振動(dòng)步調(diào)總相反。 (3)波源質(zhì)點(diǎn)的起振方向決定了它后面的質(zhì)點(diǎn)的起振方向,各質(zhì)點(diǎn)的 起振方向與波源的起振方向相同。,【典例1】(多選)(2014山東高考)一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線傳播。以波源O由平衡位置開(kāi)始振動(dòng)為計(jì)時(shí)零點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)A的振動(dòng)圖像如圖所示,已知O、A的平衡位置相距0.9m。以下

10、判斷正確的是() A.波長(zhǎng)為1.2 m B.波源起振方向沿y軸正方向 C.波速大小為0.4 m/s D.質(zhì)點(diǎn)A的動(dòng)能在t=4s時(shí)最大,【解題探究】 (1)從題中的y-t圖像能直接讀出哪些信息? 提示：振幅、周期、A的起振時(shí)間。 (2)計(jì)算波速有哪兩個(gè)公式? 提示：,【解析】選A、B。由A的振動(dòng)圖像可知,A經(jīng)過(guò)3s開(kāi)始振動(dòng),O、A間 距0.9m,波速v= m/s=0.3 m/s;振動(dòng)的周期T=4s,所以波長(zhǎng) =vT=0.34m=1.2 m;介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的起振方向和波源的起振方向 相同,由A質(zhì)點(diǎn)的起振方向可以判斷波源的起振方向沿y軸的正方 向;t=4s時(shí),A距離平衡位置最遠(yuǎn),速度最小,動(dòng)能最小,正確

11、選項(xiàng)為A、B。,【總結(jié)提升】判斷波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向的三種常見(jiàn)方法 (1)上下坡法：沿波的傳播方向,上坡時(shí)質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng),下坡時(shí)質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng),如圖甲所示。,(2)同側(cè)法：波形圖上某點(diǎn)表示傳播方向和振動(dòng)方向的箭頭在圖線 同側(cè),如圖乙所示。 (3)微平移法：將波形圖沿傳播方向平移x(x ),再由x軸上 某一位置的兩波形曲線上的點(diǎn)來(lái)判定,如圖丙所示。,【變式訓(xùn)練】(2013北京高考)一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧機(jī)械橫波,波速為4m/s。某時(shí)刻波形如圖所示,下列說(shuō)法正確的是() A.這列波的振幅為4cm B.這列波的周期為1s C.此時(shí)x=4m處質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng) D.此時(shí)x=4m處質(zhì)點(diǎn)的加速度

12、為0,【解析】選D。由圖像可知波的振幅為2cm,波長(zhǎng)為8 m,故A錯(cuò)誤;根據(jù) v= 可得該波的周期為2s,故B錯(cuò)誤;根據(jù)波的形狀和波的傳播方向 的關(guān)系或“同側(cè)法”可知x=4m處的質(zhì)點(diǎn)沿y軸正方向運(yùn)動(dòng),C錯(cuò)誤;由于 x=4m處的質(zhì)點(diǎn)的位移為零,說(shuō)明回復(fù)力為零,即加速度為零,D正確。,【加固訓(xùn)練】一列簡(jiǎn)諧波沿x軸正方向傳播,在t=0 時(shí)波形如圖所示,已知波速為10m/s。則t=0.1s時(shí)正 確的波形應(yīng)是圖中的(),【解析】選C。由t=0時(shí)刻的波形圖可知該列波的波長(zhǎng)為4.0m,所以波 的傳播周期為 =0.4s,所以 由于波沿x軸正方向傳 播,所以從t=0時(shí)刻的波形沿x軸正方向移動(dòng)四分之一個(gè)波長(zhǎng),故C

13、正確。,考點(diǎn)2 振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像的綜合應(yīng)用 振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像的比較：,【典例2】(多選)(2014新課標(biāo)全國(guó)卷)圖甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0.10s時(shí)刻的波形圖,P是平衡位置在x=1.0m處的質(zhì)點(diǎn),Q是平衡位置在x=4.0m處的質(zhì)點(diǎn);圖乙為質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像。下列說(shuō)法正確的是(),A.在t=0.10s時(shí),質(zhì)點(diǎn)Q向y軸正方向運(yùn)動(dòng) B.在t=0.25s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P的加速度方向與y軸正方向相同 C.從t=0.10s到t=0.25s,該波沿x軸負(fù)方向傳播了6m D.從t=0.10s到t=0.25s,質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程為30cm E.質(zhì)點(diǎn)Q簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y=0.10sin10t(國(guó)際單位制),【解題探究

14、】 (1)如何分析波傳播的距離? 提示：先由圖像讀出波長(zhǎng)、周期,從而求出波速,再由x=vt求出波傳播的距離。 (2)質(zhì)點(diǎn)P若振動(dòng) T,通過(guò)的路程一定是3A嗎?為什么? 提示：不一定。當(dāng)從平衡位置或位移最大處計(jì)時(shí),才是3A。,【解析】選B、C、E。由Q點(diǎn)的振動(dòng)圖像可知,t=0.10s時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q向y軸負(fù) 方向振動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由波動(dòng)圖像可知,波向左傳播,t=0.10s時(shí)質(zhì)點(diǎn)P 向上振動(dòng),再經(jīng)過(guò)0.15s時(shí),即t=0.25s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P振動(dòng)到x軸的下方,加速 度沿y軸向上,選項(xiàng)B正確;波速v= m/s=40 m/s,所以從t=0.10s 到t=0.25s時(shí)間內(nèi),該波沿x軸負(fù)方向傳播的距離x=vt=400

15、.15m=6m, 選項(xiàng)C正確;由于在t=0.10s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P既不在波峰、波谷,也不在平衡位 置,因此在 T的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程不等于3A=30cm,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)Q 的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為y=0.10sin10t(國(guó)際單位制),選項(xiàng)E正確。,【易錯(cuò)提醒】(1)圖甲是t=0.1s時(shí)刻的波形圖,要注意哪一時(shí)刻。 (2)圖乙是質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像,不是質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖像。 (3)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí),經(jīng)過(guò)一個(gè)周期通過(guò)的路程一定是4A,經(jīng)過(guò)半個(gè)周期也 一定是2A,但經(jīng)過(guò) T、 T時(shí),通過(guò)的路程就不一定是A、3A。,【總結(jié)提升】“一分、一看、二找”巧解波動(dòng)圖像與振動(dòng)圖像綜合類問(wèn)題 (1)分清振動(dòng)圖像與波動(dòng)圖像。只要看清橫

16、坐標(biāo)即可,橫坐標(biāo)為x則為波動(dòng)圖像,橫坐標(biāo)為t則為振動(dòng)圖像。 (2)看清橫、縱坐標(biāo)的單位。尤其要注意單位前的數(shù)量級(jí)。 (3)找準(zhǔn)波動(dòng)圖像對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。 (4)找準(zhǔn)振動(dòng)圖像對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)。,【變式訓(xùn)練】(2014北京高考)一簡(jiǎn)諧機(jī)械橫波沿x軸正方向傳播,波 長(zhǎng)為,周期為T(mén)。t=0時(shí)刻的波形如圖甲所示,a、b是波上的兩個(gè)質(zhì) 點(diǎn)。圖乙是波上某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像。下列說(shuō)法中正確的是(),A.t=0時(shí)質(zhì)點(diǎn)a的速度比質(zhì)點(diǎn)b的大 B.t=0時(shí)質(zhì)點(diǎn)a的加速度比質(zhì)點(diǎn)b的小 C.圖乙可以表示質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng) D.圖乙可以表示質(zhì)點(diǎn)b的振動(dòng),【解析】選D。質(zhì)點(diǎn)在平衡位置處的振動(dòng)速度是最大的,所以在零時(shí)刻a的速度小于b的速度,A錯(cuò)誤

17、;而質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置越遠(yuǎn)加速度越大,a的加速度大于b的加速度,B錯(cuò)誤;根據(jù)波的圖像“同側(cè)法”可以判斷在零時(shí)刻,b在平衡位置且向下振動(dòng),D正確,C錯(cuò)誤。,【加固訓(xùn)練】(多選)如圖甲所示是一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻的波形圖,P是離原點(diǎn)x1=2m的一個(gè)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn),Q是離原點(diǎn)x2=4m的一個(gè)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn),此時(shí)離原點(diǎn)x3=6m的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)剛剛要開(kāi)始振動(dòng)。圖乙是該簡(jiǎn)諧波傳播方向上的某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像(計(jì)時(shí)起點(diǎn)相同)。由此可知(),A.這列波的波長(zhǎng)=4m B.這列波的周期T=3s C.這列波的傳播速度v=2m/s D.這列波的波源起振方向?yàn)橄蛏?E.乙圖可能是圖甲中質(zhì)點(diǎn)Q的振動(dòng)圖像,【解析】選A、C

18、、E。由圖像可知波長(zhǎng)=4m,周期T=2s,傳播速度 v= =2m/s,選項(xiàng)A、C正確,B錯(cuò)誤。由波動(dòng)圖像可知質(zhì)點(diǎn)起振方向 向下,結(jié)合波動(dòng)圖像與振動(dòng)圖像的關(guān)系可知Q質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向向上,形 式與振動(dòng)圖像完全一致,選項(xiàng)D錯(cuò)誤,E正確。,考點(diǎn)3 波的多解問(wèn)題 1.造成波動(dòng)問(wèn)題多解的主要因素： (1)周期性。 時(shí)間周期性：時(shí)間間隔t與周期T的關(guān)系不確定,必有系列解,若t與T有一定的約束關(guān)系,可使系列解轉(zhuǎn)化為有限解或唯一解。 空間周期性：波形移動(dòng)的距離x與波長(zhǎng)的關(guān)系不確定,必有系列解,若x與有一定的約束關(guān)系,可使系列解轉(zhuǎn)化為有限解或唯一解。,(2)雙向性。 傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定。 振動(dòng)方向雙向性：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。 a.質(zhì)點(diǎn)達(dá)到最大位移處,則有正向和負(fù)向最大位移兩種可能。 b.質(zhì)點(diǎn)由平衡位置開(kāi)始振動(dòng),則起振方向有向上、向下(或向左、向右)兩種可能。 c.只告訴波速不指明波的傳播方向,應(yīng)考慮沿兩個(gè)方向傳播的可能,即沿x軸正方向或沿x軸負(fù)方向傳播。 d.只給出兩時(shí)刻的波形,則有多次重復(fù)出現(xiàn)的可能。,(3)波形的隱含性形成多解：在波動(dòng)問(wèn)題中,往往只給出