《高考物理 第12章 第2讲 机械波知识研习 新人教版选修34》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理 第12章 第2讲 机械波知识研习 新人教版选修34（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1机械波(1)定义：机械振动在介质中的 (2)产生条件： (振源)；(3)分类：横波；纵波(4)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能量，而且可以传递 传播传播有机械振动有机械振动有介质有介质运动的形式运动的形式迁移迁移信息信息2描述波的物理量(1)波长：在波动中， 总是相同的两个 质点间的距离，叫做波长，通常用表示(2)频率：在波动中，各个质点的振动频率都是相同的，它们都等于(3)波速波在介质中传播的速度，机械波的波速大小由 决定(4)波长、频率和波速的关系：v.振动相位振动相位相邻相邻振源的频率振源的频率介质介质f3波的衍射(1)定义：波可以绕过继续传
2、播，这种现象叫波的衍射(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 ，才能观察到明显的衍射现象障碍物障碍物波长差不多波长差不多比波长小时比波长小时4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：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动 ，某些区域的振动 ，并且加强区和减弱区相互间隔，这种现象叫波的干涉形成的图样称为 条件：产生干涉的必要条件是两列波的 必须相同位移的矢量
3、和位移的矢量和加强加强减弱减弱干涉图样干涉图样频率频率(即时巩固解析为教师用书独有)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情况2振动图象与波动图象的比较振动图象振动图象波动图象波动图象研究对象研究对象一个振动质点一个振动质点沿波传播方向上的所有质点沿波传播方向上的所有质点研究内容研究内容一个质点位移随时间变化规律一个质点位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律某时刻所有质点的空间分布规律图象图象图象信息图象信息(1)质点振动周期质点振动周期(2)质点振幅质点振幅(3)各时刻质点位移、速度、加各时刻质点位移、速度、加速度速度(包括大小、方向包括大
4、小、方向)(1)波长、振幅波长、振幅(2)任意一质点此刻的位移任意一质点此刻的位移(3)任意一质点在该时刻加速度方向任意一质点在该时刻加速度方向图象变化图象变化随时间推移图象延续，但已有随时间推移图象延续，但已有形状不变形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移随时间推移，图象沿传播方向平移一完整曲线占一完整曲线占横坐标距离横坐标距离表示一个周期表示一个周期表示一个波长表示一个波长3.由t时刻波形图画(tt)时刻的波形图(1)平移法：先算出经t时间波传播的距离xvt，再把波形沿波的传播方向平移x.当x，即xnx时，可采取去整(n)留零(x)的方法，只需平移x即可(2)特殊点法：在t时刻波形图中找几
5、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(tt)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t0.10 s 时刻的波形图，P是平衡位置为x1
6、m 处的质点，Q是平衡位置为x4 m 处的质点，图乙为质点Q的振动图象，则()At0.15 s时，质点Q的加速度达到正向最大Bt0.15 s时，质点P的运动方向沿y轴负方向C从t0.10 s到t0.25 s，该波沿x轴正方向传播了6 mD从t0.10 s到t0.25 s，质点P通过的路程为30 cm【解析】本题考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，t0.15 s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
7、乙图象看出，简谐运动的周期为T0.20 s，t0.10 s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t0.10 s的波形，所以t0.15 s时， 【答案】A、B【即时巩固1】(2010浙江理综)在O点有一波源，t0时刻开始向上振动，形成向右传播的一列横波t14 s时，距离O点为3 m的A点第一次达到波峰；t27 s时，距离O点为4 m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2 mB该横波的周期为4 sC该横波的波速为1 m/sD距离O点为5 m的质点第一次开始向上振动的时刻为6 s末【答案】B、C考点二简谐波中常见多解问题波动问题
8、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)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t0时刻的波形如图
9、中的实线所示，t0.02 s时刻的波形如图中虚线所示若该波的周期T大于0.02 s，则该波的传播速度可能是()A2 m/s B3 m/sC4 m/s D5 m/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12 m，t0时a点为波峰，b点为波谷；t0.5 s 时，a点为波谷，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8 mC周期可能是0.5 sD波速一定是24 m/s当n和n取相同值时，波速为24 m/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，
10、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内容内容衍射和干涉衍射和干涉定义定义现象现象可观察到现可观察到现象的条件象的条件相同点相同点波的衍射波的衍射波可以绕过障碍波可以绕过障碍物继续传播的现象物继续传播的现象波能偏离波能偏离直线而传到直线而传到直线传播以直线传播以外的空间外的空间缝、孔或缝、孔或障碍物的尺障碍物的尺寸跟波长相寸跟波长相差不多或者差不多或者小于波长小于波长干涉和衍干涉和衍射是波特射是波特有的现象有的现象波的干涉波的干涉频率相同的两列频率相同的两列波叠加，使某些区波叠加，使某些区域的振动加强，某域的振动加强，某些区域的振动减弱，些区域
11、的振动减弱，而且加强和减弱的而且加强和减弱的区域相间分布的现区域相间分布的现象象出现振动出现振动强弱相间的强弱相间的区域某些区域某些区域总是加区域总是加强，某些区强，某些区域总是减弱域总是减弱两列波的两列波的频率相同频率相同【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】右图表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷设两列波的振幅均为5 cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1 m/s和0.5 m，C点是BE连线的中点，下列说法正确的
12、是()AC、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20 cmC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0.25 s，B点通过的路程为20 cm【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10 cm，此时的高度差为20 cm，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
13、点向水面(上方表示水面)运动，C选项正确【答案】B、C、D【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，
14、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
15、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5 Hz，水波在水波槽中的传播速度是0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为()A10 cmB5 cmCd1 cmDd1 cm【答案】【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()A增大波源的振动频率B减小波源的振动频率C将N板向右平移一些D将N板向左平移一些【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】B、D
