第第2 2节机械波节机械波-2-一、机械波及分类1.机械波的形成和传播(1)产生条件有波源。有介质,如空气、水、绳子等。(2)传播特点传播振动形式、能量和信息。质点不随波迁移。介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同。-3-2.机械波的分类 -4-二、描述机械波的物理量1.波长:在波动中振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。用“”表示。2.频率f:在波动中,介质中各质点的振动频率都是相同的,都等于波源的振动频率。3.波速v、波长和频率f、周期T的关系:机械波的速度大小由介质决定,与机械波的频率无关。-5-三、机械波的图象1.图象:在平面直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的平衡位置,用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移,连接各位移矢量的末端,得出的曲线即为波的图象,简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线。2.物理意义:为某一时刻介质中各质点相对平衡位置的位移。-6-四、波的衍射和干涉多普勒效应1.波的衍射定义:波可以绕过障碍物继续传播的现象。2.发生明显衍射的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者小于波长时,才会发生明显的衍射现象。3.波的叠加原理:几列波相遇时能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位移的矢量和。4.波的干涉:(1)定义:频率相同的两列波叠加时,某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱,这种现象叫波的干涉。(2)条件:两列波的频率相同。5.干涉和衍射是波特有的现象,波还可以发生反射、折射。-7-6.多普勒效应:(1)条件:声源和观察者之间有相对运动。(2)现象:观察者感到频率发生变化。(3)实质:声源频率不变,观察者接收到的频率变化。-8-生活中有很多波动现象,如水波、上下抖动绳子形成的绳波。以绳波为例,分析波的形成和传播。-9-考点一考点二考点三考点四考点一考点一 波的波的传传播与播与图图象象(师师生共研生共研)1.波动图象的信息(如图所示)(1)直接读取振幅A和波长,以及该时刻各质点的位移。(2)确定某时刻各质点加速度的方向,并能比较其大小。(3)结合波的传播方向可确定各质点的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向。2.波速与波长、周期、频率的关系 -10-考点一考点二考点三考点四例1(2016山东滕州模拟)如图甲所示,某均匀介质中各质点的平衡位置在同一条直线上,相邻两点间距离为d。质点1开始振动时速度方向竖直向上,振动由此开始向右传播。经过时间t,前13个质点第一次形成如图乙所示的波形。关于该波的周期与波长说法正确的是() 答案解析解析关闭 答案解析关闭-11-考点一考点二考点三考点四例2(多选)一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形如图所示,质点P的x坐标为3m。已知任意振动质点连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.4s,下列说法正确的是()A.波速为4m/sB.波的频率为1.25HzC.x坐标为15m的质点在t=0.6s时恰好位于波谷D.x坐标为22m的质点在t=0.2s时恰好位于波峰E.当质点P位于波峰时,x坐标为17m的质点恰好位于波谷 答案解析解析关闭 答案解析关闭-12-考点一考点二考点三考点四方法归纳判断波的传播方向与质点的振动方向的三种方法1.上下坡法:沿波的传播方向,上坡时质点向下振动,下坡时质点向上振动,如图甲所示。2.同侧法:波形上某点表示传播方向和振动方向的箭头都在图线同侧,如图乙所示。-13-考点一考点二考点三考点四3.微平移法:将波形图沿传播方向平移x(x ),再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定,如图丙所示。-14-考点一考点二考点三考点四突破训练突破训练1.(多选)(2016全国理综丙)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、14.6m。P、Q开始振动后,下列判断正确的是()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 答案解析解析关闭 答案解析关闭-15-考点一考点二考点三考点四考点二考点二 波的波的图图象与振象与振动图动图象的关象的关联应联应用用(师师生共研生共研)振动图象与波的图象的比较-16-考点一考点二考点三考点四-17-考点一考点二考点三考点四例3图甲为t=1s时某横波的波形,图乙为该波传播方向上某一质点的振动图象,距该质点x=0.5m处质点的振动图象可能是() 答案解析解析关闭 答案解析关闭-18-考点一考点二考点三考点四例4(多选)(2016河北石家庄调研)图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形,图乙为介质中x=2m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图象。下列说法正确的是()A.这列波的传播方向是沿x轴正方向B.这列波的传播速度是20m/sC.经过0.15s,质点P沿x轴的正方向传播了3mD.经过0.1s,质点Q的运动方向沿y轴正方向E.经过0.35s,质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离 答案解析解析关闭 答案解析关闭-19-考点一考点二考点三考点四规律总结“一分、一看、二找”巧解波的图象与振动图象综合类问题1.分清振动图象与波的图象。只要看清横坐标即可,横坐标是x则为波的图象,横坐标是t则为振动图象。2.看清横、纵坐标的单位。尤其要注意单位前的数量级。3.找准波的图象对应的时刻。4.找准振动图象对应的质点。-20-考点一考点二考点三考点四突破训练突破训练2.图甲为一列沿水平方向传播的简谐横波在t=2s时的波形,图乙是这列波中质点P的振动图线,那么:(1)该波的传播速度为m/s;(2)该波的传播方向为(选填“向左”或“向右”);(3)图甲中质点Q(坐标为x=2.25m处的点)的振动方程为y=cm。 答案解析解析关闭 答案解析关闭-21-考点一考点二考点三考点四考点三考点三 波的多解波的多解问题问题(师师生共研生共研)造成波的问题多解的主要因素有1.周期性(1)时间周期性:时间间隔t与周期T的关系不明确。(2)空间周期性:波传播距离x与波长的关系不明确。2.双向性(1)传播方向双向性:波的传播方向不确定。(2)振动方向双向性:质点振动方向不确定。3.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,形成波动问题的多解性。-22-考点一考点二考点三考点四例5如图实线是某时刻的波形,虚线是经过0.2s时的波形。求:(1)波传播的可能距离。(2)可能的周期。(3)若波速是35m/s,波的传播方向。(4)若0.2s小于一个周期时,传播的距离、周期、波速。-23-考点一考点二考点三考点四解析： (1)由题图知,波长=4m,当波沿x轴向左传播时,传播的距离为(3)若波速是35m/s,则波在0.2s内传播的距离为x=vt=350.2m=7m=1,所以波向左传播。-24-考点一考点二考点三考点四答案： 见解析-25-考点一考点二考点三考点四方法归纳波的多解问题的一般思路(1)根据初、末两时刻的波形确定传播距离与波长的关系通式。(2)根据题设条件判断是唯一解还是多解。(3)根据波速公式求波速。(4)一般采用从特殊到一般的思维方法,即找出一个周期内满足条件的关系t或x,若此关系为时间t=nT+t(n=0,1,2,3,)或此关系为距离x=n+x(n=0,1,2,3,),可找到周期或波长的表达式。-26-考点一考点二考点三考点四突破训练突破训练3.(2016四川绵阳三诊)如图所示,一简谐横波在t=0时的波形是图中实线,在t1=0.2s时的波形是图中虚线,P为介质中x=4m处的质点,则()A.该波一定沿x轴正方向传播B.该波的传播速度可能为5m/sC.从t=0开始,质点P经过0.2s沿x轴正方向运动1mD.t=0.4s时,质点P的位置y=4cm 答案解析解析关闭 答案解析关闭-27-考点一考点二考点三考点四4.(多选)(2016山东青岛模拟)一列横波沿x轴传播,传播方向未知,在t时刻与t+0.4s时刻波形相同,两时刻在x轴上-33m的区间内的波形如图所示。下列说法正确的是()A.该波最大速度为10m/sB.质点振动的最小频率为2.5HzC.在t+0.2s时刻,x=3m处的质点正在经过x轴D.若波沿x轴正方向传播,处在0点的质点会随波沿正方向运动 答案解析解析关闭 答案解析关闭-28-考点一考点二考点三考点四考点四考点四 波的衍射、干涉和多普勒效应波的衍射、干涉和多普勒效应(自主悟透自主悟透)1.波的干涉中振动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源的距离之差r。(1)当两波源振动步调一致时若r=n(n=0,1,2,),则振动加强;若r=(2n+1)(n=0,1,2,),则振动减弱。(2)当两波源振动步调相反时若r=(2n+1)(n=0,1,2,),则振动加强;若r=n(n=0,1,2,),则振动减弱。-29-考点一考点二考点三考点四2.波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长。3.多普勒效应的成因分析(1)接收频率:观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。当波以速度v通过观察者时,时间t内通过的完全波的个数为N=,因而单位时间内通过观察者的完全波的个数,就是接收频率。(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大;当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小。-30-考点一考点二考点三考点四突破训练突破训练5.下列物理现象(1)一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝;(2)“闻其声而不见其人”;(3)学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音;(4)当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高。分别属于波的()A.反射、衍射、干涉、多普勒效应B.折射、衍射、多普勒效应、干涉C.反射、折射、干涉、多普勒效应D.衍射、折射、干涉、多普勒效应 答案解析解析关闭闪电过后,有时雷声轰鸣不绝,属于声波的反射;“闻其声而不见其人”属于声波的衍射;学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音,属于声波的干涉;当正在鸣笛的火车向着我们疾驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高属于多普勒效应,综上所述选项A与以上现象一一对应。 答案解析关闭A-31-考点一考点二考点三考点四6.(多选)如图所示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5cm,且在图示的范围内振幅不变,波速为1m/s,波长为0.5m,C点是BE连线的中点,下列说法正确的是()A.A、E两点始终位于波峰位置B.图示时刻A、B两点的竖直高度差为20cmC.图示时刻C点正处于平衡位置且向下运动D.从图示时刻起经1s,B点通过的路程为80cmE.D点振动频率为2Hz 答案解析解析关闭 答案解析关闭-32-考点一考点二考点三考点四7.(多选)如图甲所示,男同学站立不动吹口哨,一位女同学坐在秋千上来回摆动。由图乙,下列关于女同学的感受的说法正确的是()A.女同学从A向B运动过程中,她感觉哨声音调变高B.女同学从E向D运动过程中,她感觉哨声音调变高C.女同学在点C向右运动时,她感觉哨声音调不变D.女同学在点C向左运动时,她感觉哨声音调变低 答案解析解析关闭女同学荡秋千的过程中,只要她有向右的速度,她都有靠近声源的趋势,根据多普勒效应,她都会感到哨声音调变高;反之,女同学向左运动时,她感到音调变低,选项A、D正确,B、C错误。 答案解析关闭AD