2 機(jī)械波—2021屆高中物理一輪復(fù)習(xí)暑假專(zhuān)題學(xué)案（選修3-4）

1、一輪復(fù)習(xí)暑假專(zhuān)題-選修3-4學(xué)案2機(jī)械波一、基礎(chǔ)知識(shí)1.機(jī)械波橫波和縱波 (1)機(jī)械波的形成條件:a.有發(fā)生機(jī)械振動(dòng)的。b.有傳播,如空氣、水等。 (2)機(jī)械波(簡(jiǎn)諧波)的傳播特點(diǎn):a.機(jī)械波傳播的只是振動(dòng)的和,質(zhì)點(diǎn)只在各自的附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),并不隨波發(fā)生遷移。b.介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅相同,振動(dòng)周期和頻率都與振動(dòng)周期和頻率相同。c.一個(gè)周期內(nèi),質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng),通過(guò)的路程為,位移為。 (3)機(jī)械波的分類(lèi):a.橫波,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波,有波峰(凸部)和波谷(凹部)。b.縱波,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波,有密部和疏部?！緶剀疤崾尽坎ㄔ赐Ｖ拐?/p>

2、動(dòng),機(jī)械波沒(méi)有停止傳播,機(jī)械波傳播的是振動(dòng)形式和能量。2.波的圖象 (1)橫波的圖象:簡(jiǎn)諧波的圖象是正、余弦函數(shù)圖象。通過(guò)波的圖象可以得到的物理量:a.波長(zhǎng),振幅A,該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移;b.若知道波的傳播方向,可分析得到質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向;c.若知道質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向,可分析得到波的傳播方向。(2)波動(dòng)圖象問(wèn)題中的多解情況有:a.波的時(shí)間周期性,某一時(shí)刻的波形和經(jīng)過(guò)nT后的波形“相貌”相同。b.波的雙向性,當(dāng)波沿正、負(fù)方向傳播的時(shí)間之和等于周期的整數(shù)倍時(shí),則正、負(fù)方向傳播到那一時(shí)刻的波形相同。c.波的空間周期性,沿波的傳播方向,相距為k的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況完全相同。d.波的對(duì)稱(chēng)性,波源的振

3、動(dòng),會(huì)帶動(dòng)它左、右兩側(cè)相鄰的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng),向兩個(gè)方向傳播。在傳播過(guò)程中,關(guān)于波源對(duì)稱(chēng)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同?！緶剀疤崾尽?1)波的圖象表示波中各質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的位移;振動(dòng)圖象表示某質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。(2)區(qū)分波的圖象和振動(dòng)圖象的關(guān)鍵是看橫軸表示位移x還是時(shí)間t,如果是位移x則為波的圖象,如果是時(shí)間t則為振動(dòng)圖象。3.波速、波長(zhǎng)和頻率(周期)的關(guān)系 (1)波長(zhǎng):在波動(dòng)中,對(duì)平衡位置的總是相等的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。頻率f:波的頻率等于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率,由決定,在任何介質(zhì)中頻率不變。波速v:單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)向外傳播的距離,機(jī)械波的波速由介質(zhì)決定。波長(zhǎng)、頻率和波速的關(guān)系,a.,b.。 (2

4、)波在均勻介質(zhì)中勻速傳播,即在時(shí)間t內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式沿波的傳播方向傳播x=vt,就是把原波形圖沿波的傳播方向平移x?！緶剀疤崾尽繖C(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),頻率不變,但波速、波長(zhǎng)都改變。同種機(jī)械波的波速主要由介質(zhì)來(lái)決定,一般可認(rèn)為無(wú)論波的頻率關(guān)系如何,兩列同性質(zhì)的波在同種介質(zhì)中傳播的波速相同,在固體、液體中的波速比空氣中大。4.波的特有現(xiàn)象 (1)波的衍射現(xiàn)象:波繞過(guò)障礙物的現(xiàn)象。能夠發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng),或者跟波長(zhǎng)差不多。 (2)波的干涉: 相同的兩列波相遇,使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng),某些區(qū)域的振動(dòng)減弱,并且振動(dòng)加強(qiáng)與振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象。 

5、;(3)多普勒效應(yīng):波源的頻率不變,只是觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化。如果二者相互接近,觀察者接收到的波的頻率;如果二者相互遠(yuǎn)離,觀察者接收到的波的頻率。 【溫馨提示】波的干涉與衍射現(xiàn)象的比較:(1)相同點(diǎn),都是一切波所特有的現(xiàn)象。(2)不同點(diǎn),波產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件是障礙物(或縫、小孔)的尺寸比波長(zhǎng)小或差不多。(注意:實(shí)際上,在各種情況下,波的衍射現(xiàn)象都能發(fā)生,只是有明顯和不明顯的區(qū)別。平時(shí)所說(shuō)的條件都是指產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件。)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件是兩列波的頻率必須相同且它們的振動(dòng)方向也相同。答案：波源介質(zhì)形式能量平衡位置波源 4A為零位移波源v=fv=T小 頻率變大變小

6、二、機(jī)械波的形成與傳播1.機(jī)械波的傳播特點(diǎn)(1)波傳到任意一點(diǎn),該點(diǎn)的起振方向都與波源的起振方向相同。(2)介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做受迫振動(dòng),因此,任一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率和周期都與波源的振動(dòng)頻率和周期相同。(3)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),由于介質(zhì)的情況不同,它的波長(zhǎng)和波速可能改變,但頻率和周期都不會(huì)改變。(4)波經(jīng)過(guò)一個(gè)周期T完成一次全振動(dòng),波恰好向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離,所v=T=f。2.波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的互判方法內(nèi)容圖象上下坡法沿波的傳播方向,“上坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向下振動(dòng),“下坡”時(shí)質(zhì)點(diǎn)向上振動(dòng)同側(cè)法波形圖上某點(diǎn)表示傳播方向和振動(dòng)方向的箭頭在圖線同側(cè)微平移法將波形沿傳播方向平移x(x4),再由x

7、軸上某一位置的兩波形曲線上的點(diǎn)來(lái)判斷振動(dòng)方向三、波的圖象和振動(dòng)圖象的理解和應(yīng)用1.振動(dòng)圖象和波的圖象的關(guān)聯(lián)分析:求解波的圖象與振動(dòng)圖象綜合類(lèi)問(wèn)題可采用“一分、一看、二找”的方法。2.兩種圖象的比較圖象類(lèi)型振動(dòng)圖象波動(dòng)圖象研究對(duì)象單一振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)沿波傳播方向的所有質(zhì)點(diǎn)研究?jī)?nèi)容單一質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律某時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的空間分布規(guī)律圖象物理意義表示同一質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移圖象信息(1)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期(2)質(zhì)點(diǎn)振幅(3)某一質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位移(4)各時(shí)刻速度、加速度的方向(1)波長(zhǎng)、振幅(2)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的位移(3)任意一質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的加速度方向(4)傳播方向、振動(dòng)方向的互判圖

8、象變化隨著時(shí)間推移,圖象延續(xù),但已有形狀不變隨著時(shí)間推移,波形沿傳播方向平移橫坐標(biāo)的距離一完整曲線占橫坐標(biāo)的距離表示一個(gè)周期一完整曲線占橫坐標(biāo)的距離表示一個(gè)波長(zhǎng)【溫馨提示】(1)由波的圖象和某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象判斷波的傳播規(guī)律的方法: 首先根據(jù)橫軸是長(zhǎng)度還是時(shí)間分清哪一個(gè)是波的圖象,哪一個(gè)是振動(dòng)圖象,注意各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期和振幅相同;從確定的振動(dòng)圖象中可以找出某質(zhì)點(diǎn)在波的圖象中某一時(shí)刻的振動(dòng)方向,根據(jù)該點(diǎn)振動(dòng)方向確定波的傳播方向。(2)由波的圖象畫(huà)某一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖象的步驟: 由波的圖象求出波的周期,即質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期; 從波的圖象中找出該質(zhì)點(diǎn)在計(jì)時(shí)時(shí)刻相對(duì)平衡位置的位移;根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波傳

9、播方向的關(guān)系,確定質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向;建立y-t坐標(biāo)系,根據(jù)正弦或余弦規(guī)律畫(huà)出質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象。四、波的多解問(wèn)題1.造成波動(dòng)問(wèn)題多解的主要因素(1)周期性時(shí)間周期性:時(shí)間間隔t與周期T的關(guān)系不明確?？臻g周期性:波傳播距離x與波長(zhǎng)的關(guān)系不明確。(2)雙向性:傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定。振動(dòng)方向雙向性:質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。(3)波形的隱含性形成多解在波動(dòng)問(wèn)題中,往往只給出完整波形的一部分,或給出幾個(gè)特殊點(diǎn),而其余信息均處于隱含狀態(tài)。這樣,波形就有多種情況,形成波動(dòng)問(wèn)題的多解性。2.求解波的多解問(wèn)題的一般思路(1)根據(jù)初、末兩時(shí)刻的波形圖確定傳播距離與波長(zhǎng)的關(guān)系通式。(2)根據(jù)題設(shè)條件判斷是唯一解

10、還是多解。(3)根據(jù)波速公式v=xt或v=T=f求波速。五、波的干涉、衍射和多普勒效應(yīng)1.波的干涉現(xiàn)象的判斷(1)公式法,某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是加強(qiáng)還是減弱,取決于該點(diǎn)到兩相干波源的距離之差r。當(dāng)兩波源振動(dòng)步調(diào)一致時(shí),若r=n(n=0,1,2,),則振動(dòng)加強(qiáng);若r=(2n+1)2(n=0,1,2,),則振動(dòng)減弱。當(dāng)兩波源振動(dòng)步調(diào)相反時(shí),若r=(2n+1)2(n=0,1,2,),則振動(dòng)加強(qiáng);若r=n(n=0,1,2,),則振動(dòng)減弱。(2)圖象法,在某時(shí)刻波的干涉的波形圖上,波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點(diǎn),一定是加強(qiáng)點(diǎn),而波峰與波谷的交點(diǎn)一定是減弱點(diǎn),各加強(qiáng)點(diǎn)或減弱點(diǎn)各自連接成以?xún)刹ㄔ礊橹行南蛲廨椛涞倪B

11、線,形成加強(qiáng)線和減弱線,兩種線互相間隔,加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)之間各質(zhì)點(diǎn)的振幅介于加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)的振幅之間。2.波的衍射現(xiàn)象:波繞過(guò)障礙物的現(xiàn)象。能夠發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小,或者跟波長(zhǎng)差不多。3.多普勒效應(yīng)的成因分析(1)接收頻率:觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)。(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí),觀察者接收到的頻率變大;當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí),觀察者接收到的頻率變小。4.解“多普勒效應(yīng)”問(wèn)題的方法(1)當(dāng)波源以速率v勻速靠近靜止的觀察者時(shí),觀察者“感覺(jué)”到的頻率變大了,但不是“越來(lái)越大”。(2)當(dāng)波源靜止,觀察者以速率v勻速靠近波源時(shí),觀察者“感覺(jué)”

12、到的頻率也變大了。(3)當(dāng)波源與觀察者相向運(yùn)動(dòng)時(shí),觀察者“感覺(jué)”到的頻率變大。(4)當(dāng)波源與觀察者背向運(yùn)動(dòng)時(shí),觀察者“感覺(jué)”到的頻率變小。課堂練習(xí)1. (多選)如圖所示為一列向左傳播的橫波的圖象,圖中實(shí)線表示t時(shí)刻的波形,虛線表示又經(jīng)t=0.2 s時(shí)刻的波形,已知波長(zhǎng)為2 m,下列說(shuō)法正確的是()。A.波的周期的最大值為2 s B.波的周期的最大值為29 sC.波的速度的最小值為9 m/s D.這列波不能發(fā)生偏振現(xiàn)象2.(2018甘肅蘭州月考)一列沿 x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻的波形如圖所示,x坐標(biāo)為3 m的質(zhì)點(diǎn)P,連續(xù)2次經(jīng)過(guò)平衡位置的時(shí)間間隔為0.02 s。下列說(shuō)法正確的是()。

13、A.波速為10 m/sB.x=15 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.01 s時(shí)恰好位于波峰C.x=22 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.01 s時(shí)恰好位于波谷D.當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于波峰時(shí),x=17 m的質(zhì)點(diǎn)恰好位于波谷3.(2018河北石家莊調(diào)研)如圖甲為一列簡(jiǎn)諧橫波在某一時(shí)刻的波形圖,圖乙為介質(zhì)中x=2 m 處的質(zhì)點(diǎn)P以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的振動(dòng)圖象。下列說(shuō)法正確的是()。A.這列波的傳播方向是沿x軸負(fù)方向B.經(jīng)過(guò)0.15 s,質(zhì)點(diǎn)P沿x軸的正方向傳播了3 mC.經(jīng)過(guò)0.1 s,質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸正方向D.經(jīng)過(guò)0.35 s,質(zhì)點(diǎn)Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點(diǎn)P距平衡位置的距離4.(多選)一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=0和t

14、=0.20 s時(shí)的波形分別如圖中實(shí)線和虛線所示。已知該波的周期T>0.20 s。下列說(shuō)法正確的是()。A.波速為0.40 m/sB.波長(zhǎng)為0.08 mC.x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.70 s時(shí)位于波谷D.x=0.08 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0.12 s時(shí)位于波谷5.(2018廣東佛山仿真模擬)一列簡(jiǎn)諧橫波在彈性介質(zhì)中沿x軸正方向傳播,波源位于坐標(biāo)原點(diǎn)O,t=0時(shí)開(kāi)始振動(dòng),3 s時(shí)停止振動(dòng), 3.5 s時(shí)的波形如圖所示,其中質(zhì)點(diǎn)a的平衡位置與O的距離為5.0 m。以下說(shuō)法正確的是()。A.波長(zhǎng)為6 mB.波源起振方向沿y軸負(fù)方向C.2.0 s3.0 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)a沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)D.03.0 s內(nèi)

15、質(zhì)點(diǎn)a通過(guò)的總路程為1.4 m一輪復(fù)習(xí)暑假專(zhuān)題-選修3-4學(xué)案2機(jī)械波參考答案1.BC 0.2 m=110,因波向左傳播,則由圖象可知波向左傳播的距離為n+910(n=0,1,2,),所以0.2 s=n+910T(n=0,1,2,),n=0時(shí),周期最大,最大值Tm=29 s,波速最小,最小值vmin=Tm=9 m/s,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B、C兩項(xiàng)正確;橫波可以發(fā)生偏振現(xiàn)象,D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.D 已知任意振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)連續(xù)2次經(jīng)過(guò)平衡位置的時(shí)間間隔為0.02 s,則該波的周期T=2×0.02 s=0.04 s,由圖可知,該波的波長(zhǎng)=4 m,所以波速v=T=100 m/s,A項(xiàng)錯(cuò)誤; x坐標(biāo)為15 m的質(zhì)

16、點(diǎn)在t=0時(shí)刻位于波谷,經(jīng)0.01 s恰好向上運(yùn)動(dòng)到平衡位置,B項(xiàng)錯(cuò)誤; x坐標(biāo)為22 m的質(zhì)點(diǎn)在t=0時(shí)刻位于平衡位置且向上運(yùn)動(dòng),經(jīng)0.01 s恰好向上運(yùn)動(dòng)到波峰位置,C項(xiàng)錯(cuò)誤; x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)到P點(diǎn)的距離x1=17 m-3 m=14 m=3.5,所以x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)與P點(diǎn)的振動(dòng)始終相反,當(dāng)質(zhì)點(diǎn)P位于波峰時(shí),x坐標(biāo)為17 m的質(zhì)點(diǎn)恰好位于波谷,故D項(xiàng)正確。3.D 由圖乙可知,t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)P的速度向下,由波形的平移可知該波向x軸正方向傳播,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖甲知波長(zhǎng)=4 m,由圖乙知周期T=0.2 s,則波速v=T=20 m/s,質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移,只在其平衡位置附近振動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;經(jīng)過(guò)0.1 s=12T,質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向,C項(xiàng)錯(cuò)誤;經(jīng)過(guò)0.35 s=1.75T,質(zhì)點(diǎn)P到達(dá)波峰,而質(zhì)點(diǎn)Q在波谷與平衡位置之間,故D項(xiàng)正確。4.AC 從圖知波長(zhǎng)=0.16 m,B項(xiàng)錯(cuò)誤;波谷傳播距離x=2=0.08 m,所用時(shí)間t=0.20 s,所以波速v=xt=0.4 m/s,A項(xiàng)正確;由v=T得,波的周期T=v=0.4 s,根據(jù)振動(dòng)與波動(dòng)的關(guān)系知t=0時(shí),x=