2019年度高考物理一轮复习第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第2讲机械波学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 2 讲 机械波 一、机械波 1.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)传播振动形式、传播 能量 、传播信息 . (2)质点不随波 迁移 . 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 垂直 ，有波峰和波谷 . (2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向 在同一直线上 ，有疏部和密部 . 4.机械波的描述 (1)波长 ( )：在波动中，振动相位总是 相同 的两个 相邻 质点间的距离 . 在横波中，两个相邻波峰 (或波谷 )间的距离等于 波长 . 在纵波中，两个相邻密部 (或疏部 )

2、间的距离等于 波长 . (2)频率 (f)：波的频率等于 波源 振动的频率 . (3)波速 (v)：波在介质中的传播速度，由 介质 本身的性质决定 . (4)波长、频率 (或周期 )和波速的关系： v T f . 5.波的图象 (1)坐标轴：横坐标表示沿波传播方向上各个质点的 平衡位置 ，纵坐标表示该时刻各个质点离开平衡位置的 位移 . (2)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 . 自测 1 (多选 )下列说法正确的是 ( ) A.在机械波传播过程中，介质中的质点随波的传播而迁移 B.周 期或频率，只取决于波源，而与 v、 无直接关系 C.波速 v 取决于介质的性质

3、，它与 T、 无直接关系 D.一切波都能发生衍射现象 答案 BCD 【 精品教育资源文库 】 自测 2 教材 P28第 1题 (多选 )简谐横波某时刻的波形如图 1所示 .P为介质中的一个质点，波沿 x 轴的正方向传播 .以下说法正确的是 ( ) 图 1 A.质点 P 此时刻的速度沿 x 轴的正方向 B.质点 P 此时刻的加速度沿 y 轴的正方向 C.再过半个周期时，质点 P 的位移为负值 D.经过一个周期，质点 P 通过的路程为 4a 答案 CD 二、波的干涉和衍射现象 多普勒效应 1.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 ，相位差保持不变 产生明显衍射的条件

4、：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 2.多普勒效应 (1)条件：声源和观察者之间有 相对运动 ； (2)现象：观察者感到 频率 发生变化； (3)实质：声源频率不变，观察者接收到的 频率 变化 . 自测 3 教材 P35 第 1 题 (多选 )以下关于波的衍射的说法，正确的是 ( ) A.波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象 B.当障碍物的尺寸比波 长大得多时，会发生明显的衍射现象 C.当孔的大小比波长小时，会发生明显的衍射现象 D.通常讲话产生的声波，经过尺寸为 1 m 左右的障碍物时会发生明

5、显的衍射现象 答案 CD 【 精品教育资源文库 】 命题点一 机械波的形成与传播 1.机械波的传播特点 (1)波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同 . (2)介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期相同 . (3)波从一种介质进入另一种介质，由于介质的情况不同，它的波长和波速可能改变，但频率和周期都不会改变 . (4)波经过一个周 期 T 完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离，所以 v T f . 2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法 内容 图象 “ 上下 坡 ” 法 沿波的传播方向， “ 上坡 ” 时质点向下振动， “

6、下坡 ” 时质点向上振动 “ 同侧 ” 法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧 “ 微平 移 ” 法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一 x 坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向 类型 1 机械波及波速公式的应用 例 1 (多选 )(2016 全国卷 34(1) 某同学漂浮在海 面上，虽然水面波正平稳地以 1.8 m/s 的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近 .该同学发现从第 1 个波峰到第 10 个波峰通过身下的时间间隔为 15 s.下列说法正确的是 ( ) A.水面波是一种机械波 B.该水面波的频率为 6 Hz C.该水面波的波长为 3 m D.水面波没有将该同

7、学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去 E.水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移 【 精品教育资源文库 】 答案 ACE 解析 水面波是机械振动在水面上传播，是一种典型机械波， A 对；从第一个波峰到第十个波峰中经历了九个波形，时间间隔 为 15 s，所以其振动周期为 T 159 s 53 s，频率为 f 1T 0.6 Hz， B 错；其波长 vT 1.8 m/s 53 s 3 m， C 对；波传播过程中，传播的是振动形式，能量可以传送出去，但质点并不随波迁移， D 错， E 对 . 变式 1 (多选 )(2016 天津理综 7) 在均匀介质中坐标原点 O 处

8、有一波源做简谐运动，其表达式为 y 5sin ( 2 t)，它在介质中形成的简谐横波沿 x 轴正方向传播，某时刻波刚好传播到 x 12 m 处，波形图象如图 2 所示，则 ( ) 图 2 A.此后再经 6 s 该波传播到 x 24 m 处 B.M 点在此后第 3 s 末的振动方向沿 y 轴正方向 C.波源开始振动时的运动方向沿 y 轴负方向 D.此后 M 点第一次到达 y 3 m 处所需时间是 2 s 答案 AB 解析 波的周期 T 2 22s 4 s，波长 8 m，波速 v T 2 m/s，则再经过 6 s，波传播的距离为 x vt 12 m，该波传到 x 24 m 处，选项 A 正确； M

9、 点 在此时振动方向沿y 轴负方向，则此后第 3 s 末，即经过了 34T，该点的振动方向沿 y 轴正方向，选项 B 正确；因波传到 x 12 m 处时，质点向 y 轴正方向振动，故波源开始振动时的运动方向沿 y 轴正方向，选项 C 错误； M 点第一次到达 y 3 m 位置时，所需的时间小于 T2 2 s，选项 D 错误 . 类型 2 波动与质点振动的综合分析 例 2 (多选 )(2017 全国卷 34(1) 如图 3，一列简谐横波沿 x 轴正方向传播，实线为t 0 时的波形图，虚线为 t 0.5 s 时的波形图 .已知该简谐波的 周期大于 0.5 s.关于该简谐波，下列说法正确的是 ( )

10、 【 精品教育资源文库 】 图 3 A.波长为 2 m B.波速为 6 m/s C.频率为 1.5 Hz D.t 1 s 时， x 1 m 处的质点处于波峰 E.t 2 s 时， x 2 m 处的质点经过平衡位置 答案 BCE 解析 由题图波形图可知，波长 4 m，故 A 错误；横波沿 x 轴正方向传播，实线为 t 0时的波形图，虚线为 t 0.5 s 时的波形图，又该简谐波的周期大于 0.5 s，则波传播的距离 x 34 ， 34T 0.5 s，故周期 T 23 s，频率为 1.5 Hz，波速 v f 6 m/s，故 B、 C正确； t 1 s 32T 时， x 1 m 处的质点处于波谷位

11、置，故 D 错误； t 2 s 3T 时， x 2 m处的质点正经过平衡位置向上运动，故 E 正确 . 变式 2 (多选 )(2016 全国卷 34(1) 由波源 S 形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播 .波源振动的频率为 20 Hz，波速为 16 m/s.已知介质中 P、 Q 两质点位于波源 S 的两侧，且 P、 Q 和 S 的平衡位置在一条直线上， P、 Q 的平衡位置到 S 的平衡位置之间的距离分别为15.8 m、 14.6 m.P、 Q 开始振动后，下列判断正确的是 ( ) A.P、 Q 两质点运动的方向始终相同 B.P、 Q 两质点运动的方向始终相反 C.当 S 恰好通过平衡位置

12、时， P、 Q 两点也正好通过平衡位置 D.当 S 恰好通过平衡位置向上运动时， P 在波峰 E.当 S 恰好通过平衡位置向下运动时， Q 在波峰 答案 BDE 解析 根据题意可得 T 120 s 0.05 s， v 16 m/s，故波长为 vT 0.8 m，找 P 点关于S 点的对称点 P ，根据对称性可知 P 和 P 的振动情况完全相同， P 、 Q 两点相距 x(15.80.8 14.60.8 ) 32 ，为半波长的整数倍， P 、 Q 两点振动方向始终相反，即 P、 Q 两点振动方向始终相反， A 错误， B 正确； P 点距离 S 点 x 1934 ，当 S 恰好通过平衡位置向上【

13、 精品教育资源文库 】 运动时， P 点在波峰，同理 Q 点相距 S 点 x 1814 ，当 S 恰好通过平衡位置向下运动时，Q 点在波峰， D、 E 正确， C 错误 . 命题点二 波动图象和振动图象的理解和应用 图象类型 振动图象 波动图象 研究对象 一 振动质点 沿波传播方向的所有质点 研究内容 一质点的位移随时间的变化规律 某时刻所有质点的空间分布规律 图象 物理意义 表示同一质点在各时刻的位移 表示某时刻各质点的位移 图象信息 (1)质点振动周期 (2)质点振幅 (3)某一质点在各时刻的位移 (4)各时刻速度、加速度的方向 (1)波长、振幅 (2)任意一质点在该时刻的位移 (3)任意

14、一质点在该时刻的加速度方向 (4)传播方向、振动方向的互判 图象变化 随着时间推移，图象延续，但已有形状不变 随着时间推移，波形沿传播方向平移 一完整曲 线占横坐 标的距离 表示一个周期 表示一个波长 例 3 (多选 )(2017 安徽江南十校联考 )一简谐机械横波沿 x 轴负方向传播，已知波的波长为 8 m，周期为 2 s， t 1 s 时刻波形如图 4 甲所示， a、 b 是波上的两个质点 .图乙是波上某一点的振动图象 .则下列说法正确的是 ( ) 【 精品教育资源文库 】 图 4 A.图乙可以表示 d 质点的振动 B.图乙可以表示 b 质点的振动 C.a、 b 两质点在 t 1.5 s

15、 时速度大小相同 D.该波传播速度为 v 4 m/s E.t 0 时 b 质点速度沿 y 轴正方向 答案 ADE 解析 a、 b、 d 三质点中在 t 1 s 时位于平衡位置的是 b 和 d 质点，其中 d 质点向上振动、b 质点向下振动，则题图乙可以表示 d 质点的振动， A 项正确， B 项错误； t 1.5 s 时的波形图如图 a 所示，则知此时 a 质点速度大于 b 质点速度， C 项错误；由题图甲可知 8 m，由题图乙可知 T 2 s，则波速 v T 4 m/s， D 项正确； t 0 时波形如图 b 所示，此时 b质点速度沿 y 轴正方向， E 项正确 . 变式 3 (多选 )(2017 河南六市一联 )某横波在介质中沿 x 轴传播，图 5 甲为 t