1、第2讲机械波,知识梳理?一、机械波1.机械波的形成条件(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)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做简谐运动,并不随波迁移。(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)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A,位移为零。,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的波,有波峰(凸部)和波谷(凹部)。(2)纵波:质点的振动方向与波的传播方向在同一直线的波,有密部和疏部。,4.波长、波速、频率及其关系(1)波长:在波动中,振动相位总是相同
2、的两个相邻质点间的距离,用表示。(2)波速:波在介质中的传播速度。由介质本身的性质决定。(3)频率:由波源决定,等于?波源的振动频率。(4)波长、波速和频率的关系:v=f。,二、波的图像,三、波的特有现象,1.波的干涉和衍射,2.多普勒效应(1)波源不动?(2)观察者不动,1.一列简谐横波沿x轴正方向传播,某一时刻的波形图如图所示,此时质点P、S跟质点Q、R的振动位移大小相等、方向相反。由图可知,在此后的任一时刻?()A.质点P和S的振动加速度大小和方向总相同B.质点P和Q的振动位移大小总相同、方向总相反C.质点P和S的振动速度大小和方向总相同D.质点P和R的振动加速度大小总相同、方向总相反,
3、D,答案D相隔波长整数倍距离的两质点,振动状态总相同,相隔半波长奇数倍距离的两质点,振动状态总相反。由波动图像可得,P、R两点相隔半个波长,所以在振动过程中的位移、加速度总是大小相等、方向相反,D对。,2.如图所示是一列简谐波在t=0时的波形图,介质中的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y=10 sin 5t cm。关于这列简谐波,下列说法中正确的是?()A.这列简谐波的振幅为20 cmB.这列简谐波的周期为5.0 sC.这列简谐波在该介质中的传播速度为25 cm/sD.这列简谐波沿x轴正向传播,D,答案D由图可知,质点偏离平衡位置的最大距离即振幅为10 cm,A错;由质点P振动的表达式可知
4、这列简谐波的周期为T=?=? s=0.4 s,B错;由题图可知,该波的波长为 =4 m,波速 v=?=? m/s=10 m/s,C错;由质点P做简谐运动的表达式可知,t=0时刻质点P正在向上运动,由此可判断波沿x轴正向传播,D正确。,3.一列简谐横波沿x轴负方向传播,图a是t=1 s时的波形图,图b是某振动质点的位移随时间变化的图像,则图b可能是图a中哪个质点的振动图像?()?A.x=0处的质点 B.x=1 m处的质点C.x=2 m处的质点D.x=3 m处的质点,A,答案A由题图b知,t=1 s时,质点的位移为零,振动方向向下,由于波向左传播,故图b可能是图a中x=0、x=4 m、x=8 m等
5、处的质点的振动图像,正确选项为A。,4.(多选)如图所示,实线表示两个相干波源S1、S2产生的波的波峰位置,则图中a、b两点?()A.a为振动加强位置B.b为振动减弱位置C.b为振动加强位置D.a为振动减弱位置,答案CD由题图可以看出,在图示时刻,两列波的波谷在b点相遇,所以b点为振动加强点;在a点,S2传到的是波峰,S1传到的是波谷,所以a点为振动减弱点。,CD,深化拓展,考点一对机械波和波的图像的理解及应用,考点二波的图像与振动图像的区别,考点三质点的振动方向与波的传播方向的互判,考点四波的多解性问题,考点五波的干涉和衍射,深化拓展考点一对机械波和波的图像的理解及应用1.波的形成及特点波源
6、把自己的振动形式通过介质的质点由近及远向外传播,就形成了波。(1)质点只在自己的平衡位置附近振动,并不随波的传播向前迁移;(2)介质中每个质点的起振方向都和波源的起振方向相同;(3)每个质点的振动周期都等于波源的振动周期,质点振动一个周期波传播一个波长;(4)波传播的是波源的振动形式和能量,也能传递信息。,2.对波的图像的认识波的图像描述的是在波的传播方向上,介质中的各个质点在某一时刻相对各自平衡位置的位移。,3.波长、波速和频率(1)关系式:v=f。(2)机械波的波速取决于介质,与波的频率无关。在同一均匀介质中,机械波的传播是匀速的。(3)机械波的频率取决于波源振动的频率,当波从一种介质进入
7、另一种介质时,波的频率不变。(4)在波的传播方向上,介质中各质点都做受迫振动,其频率都等于波源的振动频率。,【情景素材教师备用】横波:,纵波:,1-1用手握住较长软绳的一端连续上下抖动,形成一列简谐横波。某一时刻的波形如图所示,绳上a、b两质点均处于波峰位置。下列说法正确的是?()?A.a、b两点之间的距离为半个波长B.a、b两点振动开始时刻相差半个周期C.b点完成全振动次数比a点多一次D.b点完成全振动次数比a点少一次,D,答案D相邻的两个波峰之间的距离为一个波长,A错误。波在一个周期内向前传播的距离为一个波长,a点比b点早振动一个周期,完成全振动的次数也比b点多一次,故B、C错误,D正确。
8、,1-2(2015北京理综,15,6分)周期为2.0 s的简谐横波沿x轴传播,该波在某时刻的图像如图所示,此时质点P沿y轴负方向运动。则该波?(),A.沿x轴正方向传播,波速v=20 m/sB.沿x轴正方向传播,波速v=10 m/sC.沿x轴负方向传播,波速v=20 m/sD.沿x轴负方向传播,波速v=10 m/s,B,答案B由质点P沿y轴负方向运动,可知波沿x轴正方向传播,波速v=?=?=10 m/s,B项正确。,考点二波的图像与振动图像的区别,2-1(2014北京理综,17,6分)一简谐机械横波沿x轴正方向传播,波长为,周期为T。t=0时刻的波形如图1所示,a、b是波上的两个质点。图2是波
9、上某一质点的振动图像。下列说法中正确的是?()A.t=0时质点a的速度比质点b的大B.t=0时质点a的加速度比质点b的小C.图2可以表示质点a的振动,D.图2可以表示质点b的振动,D,答案D由图1可知,t=0时,a在正向最大位移处,v=0,加速度最大,速度最小为零;b在平衡位置,速度最大,加速度最小且为0,振动方向沿y轴负向,图2可以表示质点b的振动,选项A、B、C都错误,选项D正确。,2-2一列简谐横波沿x轴正方向传播,图甲是t=3 s时的波形图,图乙是波中某质点P的振动图像(两图用同一时间起点),下列判断正确的是?( )?A.质点P在t=3 s时正向y轴负方向振动B.质点P在t=3 s时的
10、速度为零C.质点P的平衡位置可能是x=0D.质点P的平衡位置可能是x=2 m,C,答案C由乙图知,当t=3 s时,质点P处于平衡位置且向上振动,即质点P正向y轴正方向振动,速度最大;t=3 s时的波形图中满足此特征的有 x=0、x=4 m处的质点。故只有C正确。,考点三质点的振动方向与波的传播方向的互判,3-1(2013北京理综,15,6分)一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4 m/s。某时刻波形如图所示,下列说法正确的是?()?A.这列波的振幅为4 cmB.这列波的周期为1 s,C.此时x=4 m处质点沿y轴负方向运动D.此时x=4 m处质点的加速度为0,B,答案D由波动图像知,波的
11、振幅为2 cm,A选项错误;波长=8 m,周期T=?=? s=2 s,B选项错误;由于波沿x轴正向传播,由波传播方向和质点振动方向的关系知,x=4 m处质点此时向y轴正方向运动,C选项错误;此时x=4 m处的质点处于平衡位置,其加速度为零,D选项正确。,3-2一列简谐横波某时刻波形如图所示,此时质点P的速度方向沿y轴正方向,则?()?A.这列波沿x轴负方向传播B.质点a此时动能最大,加速度最小C.再经过一个周期,质点P运动到x=6 m处D.当质点P运动到最低点时,质点b恰好运动到平衡位置,B,答案B因为质点P的速度方向沿y轴正方向,所以这列波沿x轴正方向传播,选项A错误;因为简谐波中各质点均在
12、自己的平衡位置附近做简谐运动,质点并不随波迁移,且简谐运动中,质点在平衡位置具有最大的速度和最小的加速度,故选项B正确,选项C错误;质点P与质点b在空间上相差一个波长的距离,所以它们的振动步调始终相同,当质点P运动到最低点时,质点b也应该在最低点,选项D错误。,考点四波的多解性问题1.波的周期性:机械波在时间和空间上具有周期性。一方面,每经过一个周期T(或几个周期nT),介质中的质点完成一次(或n次)全振动回到原来的状态,波形图线与原来的图线相同,这在传播时间与周期关系上形成多解;另一方面,波形沿波的传播方向向前推进或n,在波形图上,相距、2、3、n的质点振动步调完全一致,后面的质点好像是前面
13、质点振动情况的“复制”,这在传播距离与波长关系上形成多解。,2.波的传播方向的不确定性当只知波沿x轴传播时,往往有沿x轴正方向和负方向传播两种情况。,3.介质中质点间距离与波长的关系的不确定性已知两质点平衡位置间的距离及某一时刻它们所在的位置,由于波的空间周期性,则两质点间存在着多种可能波形。做这类题时,可先根据题意,在两质点间先画出最简波形,然后再作一般分析,从而写出两质点间的距离与波长关系的通式。,4-1(多选)一列横波沿直线传播,在波的传播方向上有A、B两点。在t时刻A、B两点间形成的波形如图甲所示,在(t+3 s)时刻A、B两点间形成的波形如图乙所示,已知A、B两点间的距离s=9 m,则以下说法中正确的是?( ),A.若周期为4 s,波一定向右传播B.若周期大于4 s,波可能向右传播C.若波速为8.5 m/s,波一定向左传播D.该波波速可能的最小值为0.5 m/s,ACD,答案ACD根据题图可知,波长=?4=
