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1、1 机械波 1 产生条件 振源 2 分类 横波 纵波 3 特点 机械波传播的是 质点只在各自的平衡位置附近振动 并不随波 波不但传递 而且可以传递 有机械振动 有介质 运动的形式 迁移 能量 信息 2 描述波的物理量 1 波长 沿着波的传播方向 两个 相对平衡位置的和总是相同的质点间的距离 叫做波长 通常用 表示 2 频率 介质中的质点每秒完成全振动的次数 3 波速 波在介质中传播的速度 决定因素 机械波的波速大小由决定 4 关系 v f 相邻的 位移 振动方向 介质 3 波的干涉 1 波的叠加 几列波相遇时能够保持各自的运动状态 继续传播 在它们重叠的区域里 介质的质点同时参与这几列波引起的
2、振动 质点的位移等于这几列波单独传播时引起的 2 波的干涉 定义 振动频率和振动方向相同的两列波叠加后 振动和振动的区域互相间隔 稳定分布的现象 叫波的干涉 形成的图样称为 位移的矢量和 加强 减弱 干涉图样 产生干涉的必要条件是两列波的必须相同 4 波的衍射 1 定义 波绕过或通过孔隙继续传播的现象 叫做波的衍射 2 发生明显衍射的条件 任何波遇到任何障碍物都能发生衍射 衍射总是存在的 发生明显衍射的条件是 只有缝 孔的宽度或障碍物的尺寸跟或时 才能观察到明显的衍射现象 频率 障碍物 波长差不多 比波 长小 考点一机械波的传播和波的图象1 物理意义波动图象描述的是介质中各质点在某一时刻位移的
3、情况 2 振动图象与波动图象的比较 3 由t时刻波形图画 t t 时刻的波形图 1 平移法 先算出经 t时间波传播的距离 s v t 再把波形沿波的传播方向平移 s 当 s 即 s n s时 可采取去整 n 留零 s 的方法 只需平移s即可 2 特殊点法 在t时刻波形图中找几个特殊质点 即处于平衡位置及波峰 波谷的质点 找到它们经 t后的位置 然后按正弦规律画出 t t 时刻波形 4 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 1 根据波的传播特性判断 由传播方向判定质点振动方向 确定该质点前边相邻的一质点 根据这一质点此时的位置 确定要判定质点的振动方向 由质点的振动方向判定波的传播方向 由某质点
4、的振动方向确定哪边是它前边的点 从而确定波的传播方向 2 上下坡 法 沿波的传播方向看 上坡的点向下振动 下坡的点向上振动 由某一质点的振动方向 也可确定该段是上坡或下坡 即 上坡下 下坡上 案例1 2009 福建理综 图甲为一列简谐横波在t 0 10s时刻的波形图 P是平衡位置为x 1m处的质点 Q是平衡位置为x 4m处的质点 图乙为质点Q的振动图象 则 A t 0 15s时 质点Q的加速度达到正向最大B t 0 15s时 质点P的运动方向沿y轴负方向C 从t 0 10s到t 0 25s 该波沿x轴正方向传播了6mD 从t 0 10s到t 0 25s 质点P通过的路程为30cm 解析 本题考
5、查简谐运动和简谐波的规律 图象及其应用 意在考查考生利用图象获取信息的能力和应用信息分析判断的能力及对简谐运动和简谐波的理解 A选项 由乙图象看出 t 0 15s时 质点Q位于负方向的最大位移处 而简谐运动的加速度大小与位移成正比 方向与位移方向相反 所以加速度为正向最大值 B选项中 由乙图象看出 简谐运动的周期为T 0 20s t 0 10s时 质点Q的速度 方向沿y轴负方向 由甲图可以看出 波的传播方向应该沿x轴负方向 因甲图是t 0 10s的波形 所以t 0 15s时 答案 A B 即时巩固1 2010 浙江理综 在O点有一波源 t 0时刻开始向上振动 形成向右传播的一列横波 t1 4s
6、时 距离O点为3m的A点第一次达到波峰 t2 7s时 距离O点为4m的B点第一次达到波谷 则以下说法正确的是 A 该横波的波长为2mB 该横波的周期为4sC 该横波的波速为1m sD 距离O点为5m的质点第一次开始向上振动的时刻为6s末 答案 B C 考点二简谐波中常见多解问题波动问题一般具有多解性 即题目有多个答案或系列解 出现多解的原因主要有以下几个方面 1 波的空间周期性沿波的传播方向相距波长整数倍的各质点振动情况完全相同 因此在同一波形图上 某一振动状态 位移 速度等 会不断地重复出现 这就是波的空间周期性 2 波动的周期性经过周期整数倍的时间 各质点的振动情况 位移 速度 加速度等
7、与它在t时刻的振动情况完全相同 另外 在波的传播方向上 相距波长整数倍的质点 振动情况也相同 因此必导致波的传播距离 时间 速度等物理量多值 3 波传播的双向性在一维的条件下 机械波既可以向x轴正方向传播 又可以向x轴负方向传播导致多解 案例2 2010 福建理综 一列简谐横波在t 0时刻的波形如图中的实线所示 t 0 02s时刻的波形如图中虚线所示 若该波的周期T大于0 02s 则该波的传播速度可能是 A 2m sB 3m sC 4m sD 5m s 答案 B 即时巩固2 如图所示 一简谐横波在x轴上传播 轴上a b两点相距12m t 0时a点为波峰 b点为波谷 t 0 5s时 a点为波谷
8、b点为波峰 下列判断中正确的是 A 波一定沿x轴正方向传播B 波长可能是8mC 周期可能是0 5sD 波速一定是24m s 当n 和n取相同值时 波速为24m s 若n 和n取不同值时 波速可有无数个可能值 所以选项D错 要判定波传播的方向 除了知道某时刻的波形图外 还需知道该时刻某一质点振动方向 因此本题中无法判定波向哪个方向传播 故选项A也错 答案 B 考点三波的干涉与波的衍射的比较 技巧提示 干涉和衍射是波两个特有的现象 只要是波 一定情况下都能发生干涉和衍射 若某种现象里出现了干涉或衍射现象 这一定是波的行为 但发生干涉和衍射的条件各不相同 应注意区分 案例3 如图表示两列相干水波的叠
9、加情况 图中的实线表示波峰 虚线表示波谷 设两列波的振幅均为5cm 且图示的范围内振幅不变 波速和波长分别为1m s和0 5m C点是BE连线的中点 下列说法错误的是 A C E两点都保持静止不动B 图示时刻A B两点的竖直高度差为20cmC 图示时刻C点正处一平衡位置且向水面上运动D 从图示的时刻起经0 25s B点通过的路程为20cm 解析 由波的干涉知识可知图中加强区是质点A B E的连线处 减弱区是过D F的连线处和过P Q的连线处 显然 C E两点是振动的加强点 不可能保持静止 A选项错误 A B在图示的时刻 A在波峰 B在波谷 它们振动是加强的 振幅均为两列波的振幅之和 均为10c
10、m 此时的高度差为20cm B选项正确 A B C E均在振动加强处 且在同一条直线上 由右图可知波是由E处向A处传播 在图示时刻这些质点的波形图如图所示 由图可知C点向水面 上方表示水面 运动 C选项正确 答案 A 技巧点拨 关于波的干涉 要正确理解稳定的干涉图样是表示加强区和减弱区的相对稳定 但是加强区和减弱区还是在做振动 发生变化的是振幅增大和减小的区别 而且波形图沿着波的传播方向在推进 即时巩固3 如图表示两个相干波源S1 S2产生的波在同一种均匀介质中相遇 图中实线表示波峰 虚线表示波谷 c和f分别为ae和bd的中点 则 1 在a b c d e f六点中 振动加强的点是 振动减弱的
11、点是 2 若两振源S1和S2振幅相同 此时刻位移为零的点是 3 画出此时刻ace连线上 以a为原点的一列完整波形 标出ce两点 解析 在稳定的干涉图样中 加强区的点始终加强 减弱区的点始终减弱 但加强点的位移时刻在改变 某时刻可能为零 相同的两列波的干涉 最弱区域的点一直静止不动 从干涉图样中区分波峰波谷 画图象 1 a e两点分别是波谷与波谷 波峰与波峰相交的点 故此两点为振动加强点 c处在a e连线上 且从运动的角度分析a点的振动形式恰沿该线传播 故c点是振动加强点 同理b d是减弱点 f也是减弱点 2 因为S1 S2振幅相同 振动最强区的振幅为2A 最弱区的振幅为零 该时刻a e的中点c
12、正处在平衡位置 所以位移为零的是b c d f 3 图中对应时刻a处在两波谷的交点上 即此刻a在波谷 同理e在波峰 故a e中点c在平衡位置 所以所对应的波形如图所示 答案 1 a c eb d f 2 b c d f 3 如图所示 案例4 在水波的衍射实验中 若打击水面的振子振动的频率是5Hz 水波在水波槽中的传播速度是0 05m s 为观察到显著的衍射现象 小孔直径d应为 A 10cmB 5cmC d 1cmD d 1cm 解析 要想发生明显的衍射 一定得比较波长与小孔直径d的关系 当d与 相差不多或d 时 可发生明显的衍射 答案 D 即时巩固4 如图所示 S是波源 M N是两块挡板 其中
13、M板固定 N板可以左右移动 两板中间有一狭缝 此时A点没有明显振动 为了使A点能发生明显的振动 可采取的方法是 增大波源的振动频率 减小波源的振动频率 将N板向右平移一些 将N板向左平移一些 A B C D 解析 由题意可知 A点处于挡板M后面的 阴影区 内 要使之有明显的振动 需使波发生明显的衍射 关键在于孔缝的尺寸要跟波长相差不多 或者比波长更小 因此 为使A点明显振动有两条途径 其一 若保持狭缝宽度不变 可减小波的频率以增大波长 当波长大于缝的宽度时 由于衍射而使A点明显振动 其二 若波源振动频率不变 可将N板向左平移 使缝的宽度减小 当缝宽小于波长时 波发生明显衍射 也可使A点明显地振动 答案 C
