选修选修34 选考部分选考部分第第2讲机械波讲机械波一、机械波的形成、传播与描述一、机械波的形成、传播与描述1定义：定义：机械振动在机械振动在_中传播，形成机械波中传播，形成机械波2形成条件形成条件(1)有有_(2)有介质，如空气、水、绳子等有介质，如空气、水、绳子等3传播特点传播特点(1)传播波源的振动形式、能量和信息传播波源的振动形式、能量和信息(2)质点不随波迁移质点不随波迁移介质介质波源波源(3)介介质质中中各各质质点点振振动动频频率率、振振幅幅、起起振振方方向向等等都都与与波波源源_4机械波的分类机械波的分类分类分类质点振动方向和波质点振动方向和波的传播方向的关系的传播方向的关系形状形状举例举例横波横波垂直垂直凹凸相间；有凹凸相间；有波峰、波谷波峰、波谷绳波等绳波等纵波纵波在同一条直线上在同一条直线上疏密相间；有疏密相间；有密部、疏部密部、疏部弹簧波、声弹簧波、声波等波等相同相同相同相同无关无关【跟踪训练】【跟踪训练】1(多选多选)下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A在水平方向传播的波为横波在水平方向传播的波为横波B在机械波中各质点随波的传播而迁移在机械波中各质点随波的传播而迁移C机机械械波波在在传传播播过过程程中中，各各个个质质点点振振动动的的周周期期、振振幅幅都都相等相等D机械波在一个周期内传播的距离就是一个波长机械波在一个周期内传播的距离就是一个波长E波速表示介质中质点振动的快慢波速表示介质中质点振动的快慢【答案】【答案】CD【解解析析】振振动动方方向向与与传传播播方方向向垂垂直直的的波波为为横横波波，A错错；在在机机械械波波中中各各质质点点在在平平衡衡位位置置附附近近振振动动，并并不不随随波波的的传传播播发发生生迁迁移移，B错错；机机械械波波在在传传播播过过程程中中，各各质质点点都都重重复复波波源源的的振振动动，它它们们的的振振幅幅、周周期期都都相相等等，C对对；机机械械波波在在一一个个周周期期内内向向远远处处传传播播的的距距离离为为一一个个完完整整的的波波形形，其其距距离离为为一一个个波波长长，D对对；波波速速表表示示振振动动在在介介质质中中传传播播的的快快慢慢，与与质质点点振振动动的的快快慢慢无无关关，E错错二、简谐横波的图象二、简谐横波的图象1坐标轴的意义坐标轴的意义横横坐坐标标x表表示示在在波波的的传传播播方方向向上上各各个个质质点点的的_，纵纵坐标坐标y表示该时刻各个质点偏离平衡位置的表示该时刻各个质点偏离平衡位置的_2图象特点图象特点简谐波的波形曲线是简谐波的波形曲线是_(或余弦或余弦)曲线曲线图图1221平衡位置平衡位置位移位移正弦正弦3横波图象的应用横波图象的应用(1)直直接接读读取取波波动动中中质质点点的的振振幅幅A和和波波长长，以以及及任任意意一一质质点点此刻的位移、加速度方向此刻的位移、加速度方向(2)若若已已知知波波的的传传播播方方向向，可可知知介介质质质质点点的的_，反反之亦然之亦然(3)若若知知波波速速v，可可求求此此时时刻刻以以后后某某一一时时刻刻的的波波形形图图，方方法法是把波形图平移是把波形图平移xvt的距离的距离振动方向振动方向A质点质点P的振动周期为的振动周期为0.25 sB经过任意时间，质点经过任意时间，质点Q和和P的振动情况总是相同的的振动情况总是相同的C经过经过t0.4 s，质点，质点P向右移动向右移动0.8 mD经经过过t0.4 s，质质点点P将将在在平平衡衡位位置置，它它通通过过的的路路程程为为0.2 m【答案】【答案】B三、波的特有现象三、波的特有现象1波的干涉和衍射波的干涉和衍射波的干涉波的干涉波的衍射波的衍射条条件件两列波的频率必须两列波的频率必须_明显条件：障碍物或孔的明显条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多尺寸比波长小或相差不多现现象象形成加强区和减弱区相互隔开形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的的稳定的_波能够绕过障碍物或孔继波能够绕过障碍物或孔继续向前传播续向前传播注注意意(1)振动加强和减弱区域不变；振动加强和减弱区域不变；(2)加强和减弱的是振幅，而不加强和减弱的是振幅，而不是位移；是位移；(3)干涉现象出现是有条件的干涉现象出现是有条件的.(1)衍射不需要条件，明显衍射不需要条件，明显衍射才需要；衍射才需要；(2)障碍物或孔本身不一定障碍物或孔本身不一定很小，只是与很小，只是与_相比相比小小.相同相同干涉图像干涉图像波长波长2.多普勒效应多普勒效应(1)条件：声源和观察者之间有条件：声源和观察者之间有_(2)现象：观察者感到波的频率发生变化现象：观察者感到波的频率发生变化(3)实质：声源频率不变，观察者接收到的频率变化实质：声源频率不变，观察者接收到的频率变化(4)规规律律：当当波波源源与与观观察察者者二二者者相相互互接接近近，观观察察者者接接收收到到的的频率频率_；二者远离时，观察者接收到的频率；二者远离时，观察者接收到的频率_相对运动相对运动变大变大变小变小【跟踪训练】【跟踪训练】3(多多选选)(2015年年湖湖北北模模拟拟)关关于于波波的的干干涉涉，衍衍射射等等现现象象，下列说法正确的是下列说法正确的是()A有的波只能发生干涉现象，有的波只能发生衍射现象有的波只能发生干涉现象，有的波只能发生衍射现象B产产生生干干涉涉现现象象的的必必要要条条件件之之一一，就就是是两两列列波波的的频频率率相相等等C能能观观察察到到明明显显的的衍衍射射现现象象的的条条件件是是障障碍碍物物的的尺尺寸寸与与波波长比较相差不多或比波长更小长比较相差不多或比波长更小D在在干干涉涉图图样样中中，振振动动加加强强区区域域的的质质点点，其其位位移移始始终终保保持最大；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小持最大；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小E当当观观测测者者靠靠近近波波源源时时，接接收收到到的的波波的的频频率率会会大大于于波波源源的振动频率的振动频率【答案】【答案】BCE【解解析析】干干涉涉、衍衍射射是是波波共共有有的的特特性性，所所以以A错错误误干干涉涉具具备备两两波波频频率率相相同同、波波源源性性质质相相同同的的条条件件，B正正确确；当当满满足足d时时产产生生明明显显的的衍衍射射现现象象，C正正确确在在干干涉涉图图样样中中，位位移移随随时时间间时时刻刻发发生生变变化化，加加强强和和减减弱弱的的是是振振幅幅，D错错误误在在多多普普勒勒效效应应中中，观观测测者者与与波波源源相相对对靠靠近近时时，接接收收到到的的波波的的频频率率大大于于波波源源的的振动频率，相对远离时，接收到的频率变小，选项振动频率，相对远离时，接收到的频率变小，选项E正确正确波的图象和传播波的图象和传播(3)各质点的起振方向与波源的起振方向相同各质点的起振方向与波源的起振方向相同(4)质点振动质点振动nT(波传播波传播n)时，波形不变时，波形不变(5)若若知知波波速速v，可可求求此此时时刻刻以以后后某某一一时时刻刻的的波波形形图图，即即把把波形图平移波形图平移xvt的距离的距离2波的传播方向与质点的振动方向的判断方法波的传播方向与质点的振动方向的判断方法 (多多选选)(2015年年云云南南调调研研)在在坐坐标标原原点点的的波波源源产产生生一一列列沿沿x轴轴正正方方向向传传播播的的简简谐谐横横波波，波波速速v10 m/s，已已知知在在t0时时刻刻的的波波形形如如图图1223所所示示，此此时时波波刚刚好好传传播到播到x5 m处下列说法中正确的是处下列说法中正确的是()A这列波的波长为这列波的波长为4 mB这列波的振幅为这列波的振幅为20 cmC这列波的频率为这列波的频率为2.5 HzD波源起振方向沿波源起振方向沿y轴正方向轴正方向E再经过再经过0.2 s的时间，质点的时间，质点a到达质点到达质点b现在所处的位置现在所处的位置 (多多选选)(2011年年海海南南卷卷)一一列列简简谐谐横横波波在在t0时时的的波波形形图图如如图图1224所所示示介介质质中中x2 m处处的的质质点点P沿沿y轴轴方方向向做做简简谐谐运运动动的的表表达达式式为为y10 sin(5t) cm.关关于于这列简谐波，下列说法正确的是这列简谐波，下列说法正确的是()A周期为周期为4.0 s B振幅为振幅为20 cmC传播方向沿传播方向沿x轴正向轴正向 D传播速度为传播速度为10 m/s【答案】【答案】CD【答案】【答案】C【解解析析】根根据据题题意意可可知知，波波沿沿x轴轴正正、负负两两方方向向传传播播，波波形形图图关关于于y轴轴对对称称，A、B两两项项错错误误，在在t0.6 s1.5 T时时，波波沿沿x轴轴正正、负负方方向向传传播播了了1.5，由由波波源源的的起起振振方方向向沿沿y轴轴正正方方向向可可知知，此此时时离离坐坐标标原原点点1.5处处的的质质点点的的振振动动方方向向也也为为沿沿y轴轴正正方方向向，C项正确项正确振动图象与波的图象比较振动图象与波的图象比较振动图象和波动图象的综合运用振动图象和波动图象的综合运用类型类型振动图象振动图象波的图象波的图象图象图象信息信息(1)质点振动周期、振幅质点振动周期、振幅(2)各时刻的位移各时刻的位移(3)各时刻的速度、加速各时刻的速度、加速度方向度方向(1)波长、振幅波长、振幅(2)任意一质点的位移任意一质点的位移(3)任意一质点加速度任意一质点加速度方向方向图象图象变化变化随时间推移、图象延续，随时间推移、图象延续，但已有形状不变但已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 (2014年年全全国国卷卷)图图1225甲甲为为一一列列简简谐谐横横波波在在t2 s时时的的波波形形图图，图图1225乙乙为为媒媒质质中中平平衡衡位位置置在在x1.5 m处处的的质质点点的的振振动动图图象象，P是是平平衡衡位位置置为为x2 m的质点下列说法正确的是的质点下列说法正确的是_A波速为为波速为为0.5 m/sB波的传播方向向右波的传播方向向右C02 s时间内，时间内，P运动的路程为运动的路程为8 cmD02 s时间内，时间内，P向向y轴正方向运动轴正方向运动E当当t7 s时，时，P恰好回到平衡位置恰好回到平衡位置(1)从从该该时时刻刻开开始始计计时时，画画出出x7.5103m处处质质点点做做简简谐谐运动的振动图象运动的振动图象(至少一个周期至少一个周期)(2)现现测测得得超超声声波波信信号号从从渔渔船船到到鱼鱼群群往往返返一一次次所所用用的的时时间间为为4 s，求鱼群与渔船间的距离，求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动忽略船和鱼群的运动)【答案】【答案】(1)图见解析图见解析(2)3 000 m造成波动问题多解的常见因素造成波动问题多解的常见因素(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(3)两两质质点点空空间间关关系系不不确确定定：在在波波的的传传播播方方向向上上两两质质点点间间的的距离不确定，或者所处的位置不确定距离不确定，或者所处的位置不确定波的多解问题波的多解问题波的干涉和衍射波的干涉和衍射 2干涉现象务必注意以下几点干涉现象务必注意以下几点(1)振动加强和减弱区域不变；振动加强和减弱区域不变；(2)加强和减弱的是振幅，而不是位移；加强和减弱的是振幅，而不是位移；(3)干涉现象出现是有条件的干涉现象出现是有条件的3发生明显衍射的条件发生明显衍射的条件(1)若若障障碍碍物物的的尺尺寸寸与与波波长长差差不不多多或或比比波波长长小小，则则发发生生明明显显衍射；衍射；(2)波波的的衍衍射射是是不不需需要要条条件件的的，没没达达到到上上述述条条件件的的只只是是不不明明显显AA点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动减弱点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动减弱BB点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强CC点点为为振振动动加加强强点点，经经过过半半个个周周期期，这这一一点点振振动动仍仍加加强强DD点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强E若若这这两两列列波波遇遇到到尺尺寸寸为为该该波波波波长长的的障障碍碍物物，这这两两列列波波都能发生明显衍射现象都能发生明显衍射现象【答案】【答案】B【解解析析】由由于于波波在在传传播播过过程程中中形形成成以以波波源源为为圆圆心心的的分分别别表表示示波波峰峰和和波波谷谷的的同同心心圆圆，B侧侧波波在在传传播播过过程程中中遇遇到到带带有有窄窄缝缝的的挡挡板板后后会会发发生生衍衍射射，A侧侧水水波波是是衍衍射射波波，选选项项A错错误误同同种种机机械械波波在在相相同同介介质质中中的的传传播播速速度度相相同同，选选项项B正正确确减减小小挡挡板板间间距距离离，衍衍射射现现象象会会更更明明显显，但但是是衍衍射射波波的的波波速速不不变变，频频率率不不变变，故故波波长长不不变变，选选项项C错错误误当当增增大大挡挡板板间间距距离离时时，衍衍射射现现象象将将变得不明显，选项变得不明显，选项D错误错误