1、第2講機械波,知識梳理 一、機械波 1.機械波的形成條件 (1)有發(fā)生機械振動的波源。 (2)有傳播介質(zhì),如空氣、水等。,2.傳播特點 (1)機械波傳播的只是振動的形式和能量,質(zhì)點只在各自的平衡位置附近做簡諧運動,并不隨波遷移。 (2)介質(zhì)中各質(zhì)點的振幅相同,振動周期和頻率都與波源的振動周期和頻率相同。 (3)一個周期內(nèi),質(zhì)點完成一次全振動,通過的路程為4A,位移為零。,3.機械波的分類 (1)橫波:質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直的波,有波峰(凸部)和波谷(凹部)。 (2)縱波:質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線的波,有密部和疏部。,4.波長、波速、頻率及其關(guān)系 (1)波長:在波動中

2、,振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離,用表示。 (2)波速:波在介質(zhì)中的傳播速度。由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定。 (3)頻率:由波源決定,等于波源的振動頻率。 (4)波長、波速和頻率的關(guān)系:v=f。,二、波的圖像,三、波的特有現(xiàn)象,1.波的干涉和衍射,2.多普勒效應(yīng) (1)波源不動 (2)觀察者不動,1.一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,某一時刻的波形圖如圖所示,此時質(zhì)點P、S跟質(zhì)點Q、R的振動位移大小相等、方向相反。由圖可知,在此后的任一時刻() A.質(zhì)點P和S的振動加速度大小和方向總相同 B.質(zhì)點P和Q的振動位移大小總相同、方向總相反 C.質(zhì)點P和S的振動速度大小和方向總相同 D.質(zhì)點P和R的振動

3、加速度大小總相同、方向總相反,D,答案D相隔波長整數(shù)倍距離的兩質(zhì)點,振動狀態(tài)總相同,相隔半波長奇數(shù)倍距離的兩質(zhì)點,振動狀態(tài)總相反。由波動圖像可得,P、R兩點相隔半個波長,所以在振動過程中的位移、加速度總是大小相等、方向相反,D對。,2.如圖所示是一列簡諧波在t=0時的波形圖,介質(zhì)中的質(zhì)點P沿y軸方向做簡諧運動的表達式為y=10 sin 5t cm。關(guān)于這列簡諧波,下列說法中正確的是() A.這列簡諧波的振幅為20 cm B.這列簡諧波的周期為5.0 s C.這列簡諧波在該介質(zhì)中的傳播速度為25 cm/s D.這列簡諧波沿x軸正向傳播,D,答案D由圖可知,質(zhì)點偏離平衡位置的最大距離即振幅為10

4、cm,A錯;由質(zhì)點P振動的表達式可知這列簡諧波的周期為T= s=0.4 s,B 錯;由題圖可知,該波的波長為 =4 m,波速 v= m/s=10 m/s,C錯;由 質(zhì)點P做簡諧運動的表達式可知,t=0時刻質(zhì)點P正在向上運動,由此可判斷波沿x軸正向傳播,D正確。,3.一列簡諧橫波沿x軸負(fù)方向傳播,圖a是t=1 s時的波形圖,圖b是某振動質(zhì)點的位移隨時間變化的圖像,則圖b可能是圖a中哪個質(zhì)點的振動圖像() A.x=0處的質(zhì)點 B.x=1 m處的質(zhì)點 C.x=2 m處的質(zhì)點D.x=3 m處的質(zhì)點,A,答案A由題圖b知,t=1 s時,質(zhì)點的位移為零,振動方向向下,由于波向左傳播,故圖b可能是圖a中x=

5、0、x=4 m、x=8 m等處的質(zhì)點的振動圖像,正確選項為A。,4.(多選)如圖所示,實線表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波的波峰位置,則圖中a、b兩點() A.a為振動加強位置 B.b為振動減弱位置 C.b為振動加強位置 D.a為振動減弱位置,答案CD由題圖可以看出,在圖示時刻,兩列波的波谷在b點相遇,所以b點為振動加強點;在a點,S2傳到的是波峰,S1傳到的是波谷,所以a點為振動減弱點。,CD,深化拓展,考點一對機械波和波的圖像的理解及應(yīng)用,考點二波的圖像與振動圖像的區(qū)別,考點三質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向的互判,考點四波的多解性問題,考點五波的干涉和衍射,深化拓展 考點一對機械波和波的圖

6、像的理解及應(yīng)用 1.波的形成及特點 波源把自己的振動形式通過介質(zhì)的質(zhì)點由近及遠向外傳播,就形成了波。 (1)質(zhì)點只在自己的平衡位置附近振動,并不隨波的傳播向前遷移; (2)介質(zhì)中每個質(zhì)點的起振方向都和波源的起振方向相同; (3)每個質(zhì)點的振動周期都等于波源的振動周期,質(zhì)點振動一個周期波傳播一個波長; (4)波傳播的是波源的振動形式和能量,也能傳遞信息。,2.對波的圖像的認(rèn)識 波的圖像描述的是在波的傳播方向上,介質(zhì)中的各個質(zhì)點在某一時刻相對各自平衡位置的位移。,3.波長、波速和頻率 (1)關(guān)系式:v=f。 (2)機械波的波速取決于介質(zhì),與波的頻率無關(guān)。在同一均勻介質(zhì)中,機械波的傳播是勻速的。 (

7、3)機械波的頻率取決于波源振動的頻率,當(dāng)波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,波的頻率不變。 (4)在波的傳播方向上,介質(zhì)中各質(zhì)點都做受迫振動,其頻率都等于波源的振動頻率。,【情景素材教師備用】 橫波:,縱波:,1-1用手握住較長軟繩的一端連續(xù)上下抖動,形成一列簡諧橫波。某一時刻的波形如圖所示,繩上a、b兩質(zhì)點均處于波峰位置。下列說法正確的是() A.a、b兩點之間的距離為半個波長 B.a、b兩點振動開始時刻相差半個周期 C.b點完成全振動次數(shù)比a點多一次 D.b點完成全振動次數(shù)比a點少一次,D,答案D相鄰的兩個波峰之間的距離為一個波長,A錯誤。波在一個周期內(nèi)向前傳播的距離為一個波長,a點比b點早振動

8、一個周期,完成全振動的次數(shù)也比b點多一次,故B、C錯誤,D正確。,1-2(2015北京理綜,15,6分)周期為2.0 s的簡諧橫波沿x軸傳播,該波在某時刻的圖像如圖所示,此時質(zhì)點P沿y軸負(fù)方向運動。則該波(),A.沿x軸正方向傳播,波速v=20 m/s B.沿x軸正方向傳播,波速v=10 m/s C.沿x軸負(fù)方向傳播,波速v=20 m/s D.沿x軸負(fù)方向傳播,波速v=10 m/s,B,答案B由質(zhì)點P沿y軸負(fù)方向運動,可知波沿x軸正方向傳播,波速v=10 m/s,B項正確。,考點二波的圖像與振動圖像的區(qū)別,2-1(2014北京理綜,17,6分)一簡諧機械橫波沿x軸正方向傳播,波長為,周期為T。

9、t=0時刻的波形如圖1所示,a、b是波上的兩個質(zhì)點。圖2是波上某一質(zhì)點的振動圖像。下列說法中正確的是() A.t=0時質(zhì)點a的速度比質(zhì)點b的大 B.t=0時質(zhì)點a的加速度比質(zhì)點b的小 C.圖2可以表示質(zhì)點a的振動,D.圖2可以表示質(zhì)點b的振動,D,答案D由圖1可知,t=0時,a在正向最大位移處,v=0,加速度最大,速度最小為零;b在平衡位置,速度最大,加速度最小且為0,振動方向沿y軸負(fù)向,圖2可以表示質(zhì)點b的振動,選項A、B、C都錯誤,選項D正確。,2-2一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,圖甲是t=3 s時的波形圖,圖乙是波中某質(zhì)點P的振動圖像(兩圖用同一時間起點),下列判斷正確的 是( ) A.

10、質(zhì)點P在t=3 s時正向y軸負(fù)方向振動 B.質(zhì)點P在t=3 s時的速度為零 C.質(zhì)點P的平衡位置可能是x=0 D.質(zhì)點P的平衡位置可能是x=2 m,C,答案C由乙圖知,當(dāng)t=3 s時,質(zhì)點P處于平衡位置且向上振動,即質(zhì)點P正向y軸正方向振動,速度最大;t=3 s時的波形圖中滿足此特征的有 x=0、x=4 m處的質(zhì)點。故只有C正確。,考點三質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向的互判,3-1(2013北京理綜,15,6分)一列沿x軸正方向傳播的簡諧機械橫波,波速為4 m/s。某時刻波形如圖所示,下列說法正確的是() A.這列波的振幅為4 cm B.這列波的周期為1 s,C.此時x=4 m處質(zhì)點沿y軸負(fù)方向

11、運動 D.此時x=4 m處質(zhì)點的加速度為0,B,答案D由波動圖像知,波的振幅為2 cm,A選項錯誤;波長=8 m,周期T= s=2 s,B選項錯誤;由于波沿x軸正向傳播,由波傳播方向和質(zhì)點 振動方向的關(guān)系知,x=4 m處質(zhì)點此時向y軸正方向運動,C選項錯誤;此時x=4 m處的質(zhì)點處于平衡位置,其加速度為零,D選項正確。,3-2一列簡諧橫波某時刻波形如圖所示,此時質(zhì)點P的速度方向沿y軸正方向,則() A.這列波沿x軸負(fù)方向傳播 B.質(zhì)點a此時動能最大,加速度最小 C.再經(jīng)過一個周期,質(zhì)點P運動到x=6 m處 D.當(dāng)質(zhì)點P運動到最低點時,質(zhì)點b恰好運動到平衡位置,B,答案B因為質(zhì)點P的速度方向沿y

12、軸正方向,所以這列波沿x軸正方向傳播,選項A錯誤;因為簡諧波中各質(zhì)點均在自己的平衡位置附近做簡諧運動,質(zhì)點并不隨波遷移,且簡諧運動中,質(zhì)點在平衡位置具有最大的速度和最小的加速度,故選項B正確,選項C錯誤;質(zhì)點P與質(zhì)點b在空間上相差一個波長的距離,所以它們的振動步調(diào)始終相同,當(dāng)質(zhì)點P運動到最低點時,質(zhì)點b也應(yīng)該在最低點,選項D錯誤。,考點四波的多解性問題 1.波的周期性:機械波在時間和空間上具有周期性。一方面,每經(jīng)過一個周期T(或幾個周期nT),介質(zhì)中的質(zhì)點完成一次(或n次)全振動回到原來的狀態(tài),波形圖線與原來的圖線相同,這在傳播時間與周期關(guān)系上形成多解;另一方面,波形沿波的傳播方向向前推進或n

13、,在波形圖上,相距、2、3、n的質(zhì)點振動步調(diào)完全一致,后面的質(zhì)點好像是前面質(zhì)點振動情況的“復(fù)制”,這在傳播距離與波長關(guān)系上形成多解。,2.波的傳播方向的不確定性 當(dāng)只知波沿x軸傳播時,往往有沿x軸正方向和負(fù)方向傳播兩種情況。,3.介質(zhì)中質(zhì)點間距離與波長的關(guān)系的不確定性 已知兩質(zhì)點平衡位置間的距離及某一時刻它們所在的位置,由于波的空間周期性,則兩質(zhì)點間存在著多種可能波形。做這類題時,可先根據(jù)題意,在兩質(zhì)點間先畫出最簡波形,然后再作一般分析,從而寫出兩質(zhì)點間的距離與波長關(guān)系的通式。,4-1(多選)一列橫波沿直線傳播,在波的傳播方向上有A、B兩點。在t時刻A、B兩點間形成的波形如圖甲所示,在(t+3

14、 s)時刻A、B兩點間形成的波形如圖乙所示,已知A、B兩點間的距離s=9 m,則以下說法中正確的是( ),A.若周期為4 s,波一定向右傳播 B.若周期大于4 s,波可能向右傳播 C.若波速為8.5 m/s,波一定向左傳播 D.該波波速可能的最小值為0.5 m/s,ACD,答案ACD根據(jù)題圖可知,波長=4=6 m。若波向右傳播,則3 s= (n+)T(n=0,1,2,),周期T= s(n=0,1,2,),波速v=(2n+1.5) m/s(n =0,1,2,),可見,當(dāng)n=0時,周期最大為4 s,波速最小為1.5 m/s,n取任何自然數(shù),波速都不等于8.5 m/s;若波向左傳播,則3 s=(n+

15、)T(n=0,1,2,),周 期T= s(n=0,1,2,),波速v=(2n+0.5) m/s(n=0,1,2,),可見,當(dāng)n=0 時,周期最大為12 s,波速最小為0.5 m/s,n=4時,波速v=8.5 m/s;n取任何自然數(shù)周期都不等于4 s。選項A、C、D正確,B錯誤。,4-2如圖所示,實線為一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波在t=0時刻的波形,虛線是該波在t=0.20 s時刻的波形,則此列波的周期可能 為( ) A.0.16 sB.0.20 s C.0.32 sD.0.40 s,答案A由波向右傳播可知,t=0.20 s時傳播了(n+)(n=0,1,2,)個周 期,即(n+)T=0.20

16、s(n=0,1,2,),將n所取值依次代入可知只有A正確。,A,考點五波的干涉和衍射 1.波的干涉 (1)產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件:頻率相同、相位差恒定。 (2)干涉區(qū)域內(nèi)某點是振動加強點還是振動減弱點的充要條件: 加強點:該點到兩個波源的路程之差是波長的整數(shù)倍,即=n(n=0,1,2,)。 減弱點:該點到兩個波源的路程之差是半波長的奇數(shù)倍,即=(2n+1) (n=0,1,2,)。,2.波的衍射 (1)定義:波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 (2)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多,或者比波長更小時,才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。 (3)衍射總是存在,只是明顯與不明

17、顯而已,很不明顯時表現(xiàn)為直線傳播。 【情景素材教師備用】,干涉圖樣,水繞過小孔或障礙物繼續(xù)傳播,5-1(多選)如圖所示是觀察水面波衍射的實驗裝置,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個小孔,O是波源,圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況,每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個波長,則對于波經(jīng)過孔之后的傳播情況,下列描述中正確的是(),AB,A.此時能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象 B.擋板前后波紋間距相等 C.如果將孔AB擴大,還可觀察到明顯的衍射現(xiàn)象 D.如果孔的大小不變,使波源頻率增大,能更明顯觀察到衍射現(xiàn)象,答案AB本題中發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是:小孔尺寸要比波長小或者和波長相差不多,所以此時能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,A對。波穿過小孔后傳播速度不變,頻率不變,故波長不變,所以擋板前后波紋間距相等,B對。如果將孔AB擴大,衍射現(xiàn)象將不明顯,C錯。如果孔的大小不變,使波源振動頻率增大,則波長變短,衍射現(xiàn)象不明顯,D錯。,5-2水平面上有A、