第2讲 机 械 波,【知识梳理】 知识点1 机械波、横波和纵波 1.机械波的形成和传播: (1)机械波的产生条件: 要有做机械振动的物体作为波源; 要有_,如空气、水、绳子 等。,能够传播机械振动的介质,(2)机械波的传播特点:,观察如图机械横波的形成过程,可知机械波的传播有如 下特点: 传播的是_、能量和_。 介质中各质点只在自己的平衡位置附近振动,并不 _。 “前带后,后跟前,运动状态向后传”。各介质质点 都做_振动,各质点振动的频率、振幅、起振方向 等都与_相同。,振动形式,信息,随波迁移,受迫,波源,2.机械波的分类:,垂直,在同一条直线上,3.波速、波长和频率(周期)的关系: (1)波长:在波动中_总是相同的两个_ 质点间的距离。 (2)频率f:在波动中,介质中各质点的振动频率都是相 同的,都等于_。,振动相位,相邻,波源的振动频率,(3)波速v、波长和频率f、周期T的关系: 公式: _。机械波的波速大小由_ _决定,与机械波的频率无关。,f,介质本身的,性质,知识点2 横波的图象 1.坐标轴:横轴表示各质点的_,纵轴表示该时 刻各质点的位移。如图。,平衡位置,2.物理意义:表示在波的传播方向上,某时刻各质点离 开_的位移。 3.图象的应用:,平衡位置,根据图可知横波图象有如下应用: (1)直接读取_和_,以及该时刻各质点的位 移。 (2)确定某时刻各质点加速度和速度的_,并能比较 大小。 (3)结合波的传播方向可确定各质点的_或由 各质点的振动方向确定波的_。,振幅A,波长,方向,振动方向,传播方向,知识点3 波的特有现象 1.波的叠加: 观察两列波的叠加过程可知:几列波相遇 时,每列波都能够保持各自的状态继续传 播而不_,只是在重叠的区域里, 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_。,互相干扰,位移的矢量和,2.波的干涉和衍射:,相同,尺寸,干涉图样,绕过障碍物,知识点4 多普勒效应 1.定义:由于波源和观察者之间有_,使观察者 感受到波的频率_的现象。 2.实质:声源频率_,观察者接收到的频率_ _。,相对运动,发生变化,不变,发生变,化,3.规律: (1)波源与观察者如果相互靠近,观察者接收到的 _; (2)波源与观察者如果相互远离,观察者接收到的 _; (3)波源和观察者如果相对静止,观察者接收到的 频率_波源的频率。,频率增大,频率减小,等于,【易错辨析】 (1)在机械波的传播中,各质点随波的传播而迁移。 ( ) (2)机械波的频率等于振源的振动频率。 ( ) (3)机械波的传播速度与振源的振动速度相等。( ) (4)质点振动的方向总是垂直于波传播的方向。( ),(5)在一个周期内,沿着波的传播方向,振动在介质中传播一个波长的距离。 ( ) (6)机械波在介质中传播的速度由介质本身决定。 ( ) (7)部队过桥不能齐步走而要便步走,是为了避免桥梁发生共振现象。 ( ),(8)火车鸣笛减速向我们驶来时,我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低。 ( ),提示:(1)。机械波的传播是振源带动周围介质做受迫振动形成的,介质也是在自己的平衡位置附近振动,不会“随波逐流”。 (2)。机械波的频率是振源的振动频率。 (3)。机械波的传播速度与振源的振动速度无关,一般振动速度是变速,传播速度是匀速。,(4)。波分横波与纵波,纵波的质点振动方向与波的 传播方向在同一条直线上。 (5)。由 可知,沿波的传播方向,振动在介质中 传播一个波长的距离。 (6)。机械波的传播速度由介质本身决定。 (7)。部队过桥不能齐步走而要便步走,防止策动频 率与固有频率相同,出现共振现象。,(8)。火车鸣笛减速向我们驶来时,我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高,是声波的多普勒效应。,考点1 波的形成与传播 【核心要素精讲】 波的传播过程中的特点: (1)振源经过一个周期T完成一次全振动,波恰好向前传 播一个波长的距离,所以有v= =f。 (2)质点振动nT(波传播n)时,波形不变。,(3)在波的传播方向上,当两质点平衡位置间的距离为 n(n=1,2,3)时,它们的振动步调总相同;当两质点 平衡位置间的距离为(2n+1) (n=0,1,2,3)时,它们 的振动步调总相反。 (4)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方 向,各质点的起振方向与波源的起振方向相同。,【高考命题探究】 【典例1】(多选)(2016全国卷)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的频率为20Hz,波速为16m/s。已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧,且P、Q和S的平衡位置在一条直线上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8m、14.6 m。P、Q开始振动后,下列判断正确的是 世纪金榜导学号42722294( ),A.P、Q两质点运动的方向始终相同 B.P、Q两质点运动的方向始终相反 C.当S恰好通过平衡位置时,P、Q两点也正好通过平衡位置 D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰 E.当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q在波峰,【解析】选B、D、E。由题意知T=0.05s,v=16m/s, 故波长=vT=0.8m,找P点关于S的对称点P1,由对称 性可知P1和P的振动情况完全一致,P1Q两点相距x= ,为半波长的整数倍,所以P1、Q两点 的振动方向始终相反,P、Q两点的振动方向也始终相 反,A错误,B正确;P点距离S点x= ,当S恰,好通过平衡位置向上运动时,P在波峰,同理Q点距离S点 x1= ,当S恰好通过平衡位置向下运动时,Q 在波峰,C错误,D、E正确。,【强化训练】 1.一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4m/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 cm B.这列波的周期为1 s C.此时x=4m处质点沿y轴负方向运动 D.此时x=4m处质点的加速度为0,【解析】选D。由题图可得,这列波的振幅为2cm,选项A 错误;由题图得,波长=8m,由T= 得T=2s,选项B错误; 由波动与振动的关系得,此时x=4m处质点沿y轴正方向 运动,且此质点正处在平衡位置,故加速度a=0,选项C错 误、D正确。,2.(多选)(2016天津高考)在均匀介质中坐标原点O处 有一波源做简谐运动,其表达式为y=5sin( t),它在 介质中形成的简谐横波沿x轴正方向传播,某时刻波刚 好传播到x=12m处,波形图象如图所示,则 ( ),A.此后再经6s该波传播到x=24m处 B.M点在此后第3s末的振动方向沿y轴正方向 C.波源开始振动时的运动方向沿y轴负方向 D.此后M点第一次到达y=-3m处所需时间是2s,【解析】选A、B。波的周期T= =4 s,波长=8m,波 速v= =2m/s,则再经过6s,波传播的距离为x=vt=12m, 故该波传到x=24m处,选项A正确;M点在此时振动方向向 下,则第3秒末,即经过了0.75T,该点的振动方向沿y轴 正向,选项B正确;因波传到x=12m处时,质点向y轴正向 振动,故波源开始振动时的运动方向沿y轴正方向,选项,C错误;题图中M点振动方向沿y轴负方向,M点第一次到达y=-3m位置所需要的时间小于半个周期,即小于2s,选项D错误。,【加固训练】 如图中坐标原点处的质点O为一简谐横波波源,当t=0时,质点O开始从平衡位置振动,波沿x轴向两侧传播,P质点的平衡位置在12 m之间,Q质点的平衡位置在23 m之间。t1=2s时刻波形第一次如图所示,此时质点P、Q到平衡位置的距离相等,则 ( ),A.波源的初始振动方向是从平衡位置沿y轴向下 B.当t2=5s时刻,-4m和4 m两处的质点会分别沿波的传播方向传到-0.3m和0.3 m的位置 C.t=2.5s时刻,P、Q两质点的位移、加速度、速度、振幅一定相同 D.如果此波是从密度小的介质中传到密度大的介质中,则波的频率将变大,【解析】选A。据题,t1=2s时刻刚传到4m处,根据4m处 质点向下振动可知波源起振的方向也向下,故A正确;简 谐波向前传播过程中,质点不会“随波迁移”,故B错误; 由题意知,t1=2s时刻,P、Q到平衡位置的距离相等,则 P、Q的平衡位置关于x=2m对称,根据波形图可得波长为 4m,由题意可知周期为2s,在2.5 s时刻,P、Q均振动 0.25个周期,波形向右平移 个波长,x=2m处质点处于,波峰位置,由对称性知,PQ的位移、加速度相同,振幅相同,速度方向相反,故C错误;机械波进入到不同介质时频率不会发生改变,故D错误。,考点2 振动图象与波动图象的综合应用 【核心要素精讲】 振动图象与波动图象的比较:,【高考命题探究】 【典例2】(多选)(2014全国卷)图甲为一列简谐横波在t=2s时的波形图,图乙为媒质中平衡位置在x=1.5m处的质点的振动图象,P是平衡位置为x=2m的质点。下列说法正确的是 世纪金榜导学号42722295( ),A.波速为0.5 m/s B.波的传播方向向右 C. 02 s时间内,P运动的路程为8cm D. 02 s时间内,P向y轴正方向运动 E.当t=7s时,P恰好回到平衡位置,【解析】选A、C、E。本题考查了机械振动与机械波。 v= =0.5 m/s,A正确;x=1.5m处的质点t=2 s时 正在向下振动,根据“上坡下”可判断机械波向左传 播,B错误;02 s是半个周期,P点由波峰运动到波谷, C正确、D错误;7 s是此时刻再经过5 s,即1 T,这时P 点刚好回到平衡位置,E正确。,【强化训练】 1.(2015天津高考)图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,a、b两质点的横坐标分别为xa=2m和xb=6m,图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图象。下列说法正确的是 ( ),A.该波沿+x方向传播,波速为1m/s B.质点a经4s振动的路程为4m C.此时刻质点a的速度沿+y方向 D.质点a在t=2s时速度为零,【解析】选D。由题图甲可知,该波的波长为8m,由题图 乙可知,波振动的周期为8s,并且质点b在开始计时时刻 沿+y轴方向运动,则该波沿-x方向传播,且波速v= m/s=1m/s,故选项A错误;质点a经4s振动半个周期,振 动的路程为两个振幅,即振动的路程为2A=20.5 m= 1 m,故选项B错误;该波沿-x方向传播,则开始计时时刻 质点a的速度沿-y轴方向运动,故选项C错误;质点a在 t=2s时,处于波谷,其速度为零,故选项D正确。,2.一简谐机械横波沿x轴正方向传播,波长为,周期为T。t=0时刻的波形如图甲所示,a、b是波上的两个质点。图乙是波上某一质点的振动图象。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.图乙可以表示质点a的振动 D.图乙可以表示质点b的振动,【解题指导】解答本题应明确以下两点: (1)质点在平衡位置处的振动速度最大,加速度为零; (2)质点在偏离平衡位置位移最大处的速度为零,加速度最大。,【解析】选D。质点在平衡位置处的振动速度是最大的,所以在零时刻a的速度小于b的速度,A错误;而质点偏离平衡位置越远加速度越大,a的加速度大于b的加速度,B错误;根据波的图象“同侧法”可以判断在零时刻,b在平衡位置且向下振动,D正确,C错误。,【规律总结】振动和波动图象的综合应用 (1)“一分”:分清振动图象与波动