《高考物理一轮复习 13.4 机械波同步课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 13.4 机械波同步课件（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、机械波的传播一、机械波的传播1波的形成：波的形成：机械振动在介质中传播，形成机械波机械振动在介质中传播，形成机械波2传播特点传播特点 (1)传播振动形式、传递能量、传递信息传播振动形式、传递能量、传递信息 (2)质点质点不随波迁移不随波迁移3分类分类 (1)横波：质点的振动方向与波的传播方向横波：质点的振动方向与波的传播方向 ， 传播中形成波峰和波谷传播中形成波峰和波谷 (2)纵波：质点的振动方向和波的传播方向纵波：质点的振动方向和波的传播方向 ， 传播中形成密部和疏部传播中形成密部和疏部相互垂直相互垂直在同一条直线上在同一条直线上4波长、频率、周期、波速间的关系波长、频率、周期、波速间的
2、关系 (1)波长波长 在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的 距离叫波长用距离叫波长用表示表示 经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于 一个波长一个波长(2)波速波速波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，与波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，与 无关无关在同种介质中，纵波和横波的传播速度不同在同种介质中，纵波和横波的传播速度不同机械波在固体、液体中的传播速度比在空气中的大机械波在固体、液体中的传播速度比在空气中的大波长波长和波源的频率和波源的频率(3)频率频率由波源决定，等于波源的振动频率由波
3、源决定，等于波源的振动频率波中各质点的振动频率都等于波源的振动频率波中各质点的振动频率都等于波源的振动频率当波从一种介质进入另一种介质时，波的频率当波从一种介质进入另一种介质时，波的频率 (4)波速与波长和频率或周期的关系波速与波长和频率或周期的关系vf；v不变不变 机械波从一种介质进入另一种介质，虽机械波从一种介质进入另一种介质，虽然频率不变，但波长、波速都要改变然频率不变，但波长、波速都要改变二、波的图象二、波的图象1物理意义：波在传播过程中各质点在某时刻的位移情况物理意义：波在传播过程中各质点在某时刻的位移情况2振动图象与波的图象的比较振动图象与波的图象的比较两种两种 图象图象比较比较内
4、容内容振动图象振动图象波的图象波的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图象意义图象意义一质点位移随时间一质点位移随时间变化规律变化规律某时刻所有质点相对平衡位某时刻所有质点相对平衡位置的位移置的位移两种两种 图象图象比较比较内容内容振动图象振动图象波的图象波的图象图象特点图象特点图象信息图象信息(1)振动周期振动周期(2)振幅振幅(3)各时刻质点位移、各时刻质点位移、速度、加速度速度、加速度(包括包括大小、方向大小、方向)(1)波长、振幅波长、振幅(2)任意一质点此刻的任意一质点此刻的位移位移(3)任意一质点在该时任意一质点在该时刻加速度
5、方向刻加速度方向两种两种 图象图象比较比较内容内容振动图象振动图象波的图象波的图象图象变化图象变化随时间推移图象延续，随时间推移图象延续，但原有形状不变但原有形状不变随时间推移，图象沿随时间推移，图象沿传播方向平移传播方向平移一完整曲线一完整曲线对应横坐标对应横坐标一个周期一个周期一个波长一个波长三、简谐波中常见问题的分类三、简谐波中常见问题的分类1由由t时刻的波形图画时刻的波形图画(tt)时刻的波形图时刻的波形图 (1)平移法：先算出经时间平移法：先算出经时间t波传播的距离波传播的距离xvt， 再把波形沿波的传播方向平移再把波形沿波的传播方向平移x.当当x，即，即x nx时，可采取去整时，可
6、采取去整(n)留零留零(x)的方法，只需平移的方法，只需平移x 即可即可(2)特殊点法：在特殊点法：在t时刻的波形图上找几个特殊质点时刻的波形图上找几个特殊质点(一个波一个波长范围内长范围内)，如过平衡位置的点、与它相邻的波峰和波谷，如过平衡位置的点、与它相邻的波峰和波谷，判断出这些质点经过判断出这些质点经过t后的位置，画出相应的正弦曲线或后的位置，画出相应的正弦曲线或余弦曲线即可，这种方法只适用于余弦曲线即可，这种方法只适用于 tk 的情况的情况2质点振动方向与波传播方向的互判质点振动方向与波传播方向的互判图象图象方法方法(1)微平移法：沿波的传播方向将波的图象微平移法：沿波的传播方向将波的
7、图象进行一微小平移，然后由两条波形曲线来判进行一微小平移，然后由两条波形曲线来判断断例如：波沿例如：波沿x轴正向传播，轴正向传播，t时刻波形曲线如时刻波形曲线如左图中实线所示将其沿左图中实线所示将其沿v的方向移动一微的方向移动一微小距离小距离x，获得如左图中虚线所示的图线，获得如左图中虚线所示的图线可以判定：可以判定：t时刻质点时刻质点A振动方向向下，质点振动方向向下，质点B振动方向振动方向向上，质点向上，质点C振动方向向下振动方向向下图象图象方法方法(2)“上、下坡上、下坡”法法沿着波的传播方向看，上坡的点向下振动，沿着波的传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向上振动，即下坡的点向上振动，
8、即“上坡下、下坡上上坡下、下坡上”例如：左图中，例如：左图中，A点向上振动，点向上振动，B点向下点向下振动，振动，C点向上振动点向上振动图象图象方法方法(3)逆向描迹法逆向描迹法逆着波的传播方向用铅笔描波形曲逆着波的传播方向用铅笔描波形曲线，笔头向上动，质点的振动方向线，笔头向上动，质点的振动方向向上，笔头向下动，质点的振动方向上，笔头向下动，质点的振动方向就向下向就向下(4)同侧法同侧法质点的振动方向与波的传播方向在质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧如左图所示波的图象的同一侧如左图所示.3波的多解性问题波的多解性问题 造成波动问题多解的主要因素有：造成波动问题多解的主要因素有：
9、(1)周期性周期性 时间周期性：时间间隔时间周期性：时间间隔t与周期与周期T的关系不明确的关系不明确 空间周期性：波传播距离空间周期性：波传播距离x与波长与波长 的关系不明确的关系不明确(2)双向性双向性传播方向双向性：波的传播方向不确定传播方向双向性：波的传播方向不确定振动方向双向性：质点振动方向不确定振动方向双向性：质点振动方向不确定如：如：a.质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能可能b质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下质点由平衡位置开始振动，则起振方向有向上、向下(或或向左、向右向左、向右)两种可能两种可能c只告诉波
10、速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿两个方向传播的可能播的可能d只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找解决此类问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，如知时间关系，到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，如知时间关系，则加则加nT；如知空间关系，则加；如知空间关系，则加n.(3)波形的隐含性形成多解波形的隐含性形成多解在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分，或给出几个在波动问题中，往往只给出完整波形的一部分
11、，或给出几个特殊点，而其余信息均处于隐含状态这样，波形就有多种特殊点，而其余信息均处于隐含状态这样，波形就有多种情况，形成相关波动问题的多解情况，形成相关波动问题的多解 (1)波速的应用，既可应用波速的应用，既可应用vf或或v 也也可以应用可以应用v(2)应用波的图象要注意，波动多解问题一般先考虑波传播的应用波的图象要注意，波动多解问题一般先考虑波传播的“双向性双向性”，再考虑，再考虑“周期性周期性”四、波的叠加、波的干涉四、波的叠加、波的干涉1波的独立传播原理波的独立传播原理 几列波相遇前、相遇过程中和相遇后，各自的传播特性几列波相遇前、相遇过程中和相遇后，各自的传播特性 不发生任何变化，即
12、各列波之间不发生任何变化，即各列波之间不相互干扰不相互干扰2波的叠加原理波的叠加原理 在两列波相遇的区域里，每个质点同时参与两列波引起在两列波相遇的区域里，每个质点同时参与两列波引起 的振动，其位移是两列波分别引起的位移的的振动，其位移是两列波分别引起的位移的 相相 遇后仍保持原来的遇后仍保持原来的 波在相遇区域里互不干扰，波在相遇区域里互不干扰， 具有独立性具有独立性(即保持原有波速、频率、波长、振动方向不变即保持原有波速、频率、波长、振动方向不变)矢量和矢量和运动状态运动状态3波的干涉波的干涉 (1)定义：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加定义：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动
13、加 强，某些区域的振动减弱的现象叫波的干涉强，某些区域的振动减弱的现象叫波的干涉 (2)产生稳定干涉的条件：性质相同且频率相同的两列波产生稳定干涉的条件：性质相同且频率相同的两列波 相遇相遇 (3)现象：两列波相遇时，某些区域振动总是加强，某些现象：两列波相遇时，某些区域振动总是加强，某些 区域振动总是减弱，且加强和减弱区域互相间隔区域振动总是减弱，且加强和减弱区域互相间隔4对波的干涉现象的进一步理解对波的干涉现象的进一步理解 (1)频率不同的两列波可以叠加，但不会出现振动总是加频率不同的两列波可以叠加，但不会出现振动总是加 强或总是减弱的区域，因而不能形成稳定的干涉图样强或总是减弱的区域，因
14、而不能形成稳定的干涉图样 (2)加强区和减弱区都是两列波引起的位移的矢量和，该加强区和减弱区都是两列波引起的位移的矢量和，该 处质点的位移的矢量和也随着波的传播和时间而发生变处质点的位移的矢量和也随着波的传播和时间而发生变 化，它们仍围绕着平衡位置振动，且与波源振动周期相同化，它们仍围绕着平衡位置振动，且与波源振动周期相同(3)加强区振幅最大，等于两列波振幅之和，减弱区振幅最小，加强区振幅最大，等于两列波振幅之和，减弱区振幅最小，等于两列波振幅之差，且加强区、减弱区的位置是固定的，等于两列波振幅之差，且加强区、减弱区的位置是固定的，如果两列波振幅相等，则减弱区质点位移为零，而加强区质如果两列波
15、振幅相等，则减弱区质点位移为零，而加强区质点的位移随时间周期性变化点的位移随时间周期性变化(4)波峰与波峰波峰与波峰(或波谷与波谷或波谷与波谷)相遇处一定是加强的，用一条相遇处一定是加强的，用一条平滑的曲线将以上各点连接起来，这条线上的点都是加强的；平滑的曲线将以上各点连接起来，这条线上的点都是加强的；而波峰与波谷相遇处一定是减弱的，把以上各点用平滑的曲而波峰与波谷相遇处一定是减弱的，把以上各点用平滑的曲线连接起来，这条线上的点都是减弱的；加强点和减弱点之线连接起来，这条线上的点都是减弱的；加强点和减弱点之间各个质点的振幅介于加强点和减弱点的振幅之间间各个质点的振幅介于加强点和减弱点的振幅之间
16、5加强点和减弱点的判断加强点和减弱点的判断 某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波 源的距离之差源的距离之差r. (1)当两波源振动步调一致时当两波源振动步调一致时 若若rn(n0,1,2，)，则振动加强；，则振动加强； 若若r(2n1) (n0,1,2，)，则振动减弱，则振动减弱(2)当两波源振动步调相反时当两波源振动步调相反时若若r(2n1) (n0,1,2，)，则振动加强；，则振动加强；若若rn(n0,1,2，)，则振动减弱，则振动减弱五、波的衍射五、波的衍射1定义：定义：波绕过障碍物继续传播的现象波绕过障碍物继续传播的现象2发生
17、明显衍射的条件：发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸障碍物或孔的尺寸 比波长小或与比波长小或与波长差不多波长差不多3关于衍射的两点说明关于衍射的两点说明 (1)衍射始终存在，只是有的衍射明显，有的衍射不明显衍射始终存在，只是有的衍射明显，有的衍射不明显 (2)衍射和干涉都是波的特有现象，一切波都能发生干涉衍射和干涉都是波的特有现象，一切波都能发生干涉 和衍射和衍射六、多普勒效应六、多普勒效应1现象：现象：波源与观察者波源与观察者 时，接收到时，接收到 的波的频率都会发生变化的波的频率都会发生变化2产生原因：产生原因：当波源与观察者相对静止时，当波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察内通过观察
18、 者的波峰者的波峰(或密部或密部)的数目是一定的，观察到的频率等于的数目是一定的，观察到的频率等于 波源振动的频率；当波源与观察者相向运动时，波源振动的频率；当波源与观察者相向运动时，1 s内通内通 过观察者的波峰过观察者的波峰(或密部或密部)的数目增加，观察到的频率增加；的数目增加，观察到的频率增加； 反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小互相靠近或互相远离互相靠近或互相远离3应用应用 (1)修理铁路的工人可以从火车的汽笛声判断火车的运行修理铁路的工人可以从火车的汽笛声判断火车的运行 方向和快慢方向和快慢 (2)交通警察向行进中的汽车
19、发射一个已知频率的超声波，交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的超声波， 当超声波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生当超声波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生 变化，由此可知汽车的速度变化，由此可知汽车的速度(3)根据光的多普勒效应，由地球上接收到遥远天体发出的光根据光的多普勒效应，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率，可以判断遥远天体相对地球的运动速度波的频率，可以判断遥远天体相对地球的运动速度(4)应用多普勒效应可以跟踪人造地球卫星应用多普勒效应可以跟踪人造地球卫星(5)医用医用“彩超彩超”探测探测血液的速度进行疾病诊断血液的速度进行疾病诊断 (2011江苏模拟江苏模拟)在
20、在t0时刻，质点时刻，质点A开始做简谐运动，其振开始做简谐运动，其振动图象如图动图象如图1221所示质点所示质点A振振动的周期是动的周期是_s；t8 s时，质时，质点点A的运动沿的运动沿y轴的轴的_方向方向(填填“正正”或或“负负”)；质点；质点B在波的传播方向上与在波的传播方向上与A相距相距16 m，已知波的传播速度为已知波的传播速度为2 m/s，在，在t9 s时，质点时，质点B偏离平衡位偏离平衡位置的位移是置的位移是_cm振动周期由图象可直接得出，经过振动周期由图象可直接得出，经过t时间后时间后A、B两两质点的振动情况需要根据波的传播规律及波的周期质点的振动情况需要根据波的传播规律及波的周
21、期性来判断性来判断 解题指导解题指导 题图为质点题图为质点A的振动图象，由图象可知的振动图象，由图象可知周期为周期为4 s，波源的起振方向与各个质点起振方向相同且向，波源的起振方向与各个质点起振方向相同且向上，上，t6 s时质点时质点A在平衡位置且向下振动，故在平衡位置且向下振动，故8 s时质点时质点A在平衡位置且向上振动；波传播到在平衡位置且向上振动；波传播到B点，需要时间点，需要时间t1 8 s，故，故t9 s时，时，B质点又振动了质点又振动了1 s ( 个周个周期期)，处于正向最大位移处，位移为，处于正向最大位移处，位移为10 cm.答案答案 4正正10 (2011上海模拟上海模拟)有两
22、列简谐横波有两列简谐横波a、b在同一媒在同一媒质中沿质中沿x轴正方向传播，波速均为轴正方向传播，波速均为v2.5 m/s.在在t0时，两列时，两列波的波峰正好在波的波峰正好在x2.5 m处重合，如图处重合，如图1222所示所示(1)求两列波的周期求两列波的周期Ta和和Tb.(2)求求t0时，两列波的波峰重合处的所有位置时，两列波的波峰重合处的所有位置分析该题时应明确以下两点：分析该题时应明确以下两点：(1)利用波速公式求周期；利用波速公式求周期；(2)考虑波的空间周期性，利用最小公倍数法找波峰考虑波的空间周期性，利用最小公倍数法找波峰重合处重合处. 解题指导解题指导 (1)由图象可知：由图象可
23、知：a2.5 m，b4 m，根据波速的公式根据波速的公式v 得得Ta 1 s，Tb 1.6 s.(2)由题意可知由题意可知(nm)anb，n、m均为正整数均为正整数即即(nm)2.5n4，得：，得：3n5m，nmin5，mmin3.所以相邻重合处的间距为所以相邻重合处的间距为xnminb54 m20 m.所有重合处的位置为所有重合处的位置为x2.5 kx(2.520k)m (k0,1,2)答案答案 (1)1 s1.6 s(2)见解题指导见解题指导 如图如图1223所示，所示，两列简谐波均沿两列简谐波均沿x轴方向传播，传轴方向传播，传播速度大小相等，其中一列沿播速度大小相等，其中一列沿x轴轴正方
24、向传播正方向传播(图中实线所示图中实线所示)，一列，一列沿沿x轴负方向传播轴负方向传播(图中虚线所示图中虚线所示)这两列波的频率相等，振动方向均沿这两列波的频率相等，振动方向均沿y轴，则图中轴，则图中x1、2、3、4、5、6、7、8各点中振幅最大的是各点中振幅最大的是x_的点，的点，振幅最小的是振幅最小的是x_的点的点在图示时刻，两列波引起介质中各质点的位移的在图示时刻，两列波引起介质中各质点的位移的矢量和都等于零，但各质点的速度并不相同，其矢量和都等于零，但各质点的速度并不相同，其中的一些质点恰好经过平衡位置，两列波引起的中的一些质点恰好经过平衡位置，两列波引起的速度方向总是相同的，即合速度
25、等于两分速度大速度方向总是相同的，即合速度等于两分速度大小之和，属于振动加强点；而另外一些点两列波小之和，属于振动加强点；而另外一些点两列波引起的速度方向总是相反的，即合速度等于两分引起的速度方向总是相反的，即合速度等于两分速度大小之差的绝对值，属于振动减弱点速度大小之差的绝对值，属于振动减弱点. 解题指导解题指导 对对x4处的质点，实线所示的波使该处的质点，实线所示的波使该质点从平衡位置向上运动，而虚线所示的波也使该质点从质点从平衡位置向上运动，而虚线所示的波也使该质点从平衡位置向上运动，因此该质点的振动实际上是同向叠加平衡位置向上运动，因此该质点的振动实际上是同向叠加的，即振幅等于两列波引
26、起的振幅之和；同理的，即振幅等于两列波引起的振幅之和；同理x8处的质处的质点，两列波都使该质点向下振动，也是同向叠加的而点，两列波都使该质点向下振动，也是同向叠加的而x2处与处与x6处的质点均为反向叠加，即两列波引起的振处的质点均为反向叠加，即两列波引起的振动方向始终相反，振动减弱，其他的点速度时而相同时而动方向始终相反，振动减弱，其他的点速度时而相同时而相反，属于过渡的点相反，属于过渡的点答案答案 4和和82和和6 如图如图1224所示，所示，在公路的十字路口东侧路边，甲在公路的十字路口东侧路边，甲以速度以速度v1向东行走，在路口北侧，向东行走，在路口北侧，乙站在路边，一辆汽车以速度乙站在路
27、边，一辆汽车以速度v2通通过路口向东行驶并鸣笛，已知汽车笛声的频率为过路口向东行驶并鸣笛，已知汽车笛声的频率为f0，车速，车速v2v1.甲听到的笛声的频率为甲听到的笛声的频率为f1，乙听到的笛声的频率为，乙听到的笛声的频率为f2，司机自己听到的笛声的频率为司机自己听到的笛声的频率为f3，则此三人听到笛声的频率，则此三人听到笛声的频率由高至低顺序为由高至低顺序为_观察者接收到的频率受其与波源之间相对运动影观察者接收到的频率受其与波源之间相对运动影响响.当波源与观察者相对静止时，观察到的频率与当波源与观察者相对静止时，观察到的频率与波源振动频率相同波源振动频率相同;当二者相向运动时，观察到的当二者
28、相向运动时，观察到的频率增加频率增加;当二者相互远离时，观察到的频率变小当二者相互远离时，观察到的频率变小. 解题指导解题指导由于由于v2v1，所以汽车和甲的相对距离，所以汽车和甲的相对距离减小，甲听到的频率变大，即减小，甲听到的频率变大，即f1f0；由于乙静止不动，则；由于乙静止不动，则汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变低，即汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变低，即f2f0；由于司机和汽车相对静止，所以司机听到的频率不变，即由于司机和汽车相对静止，所以司机听到的频率不变，即f3f0.综上所述，三人听到笛声的频率由高至低顺序为综上所述，三人听到笛声的频率由高至低顺序为f1f3f2.答案答案 f1f3f2
