1、步步高高考物理大一轮 第十二章 第2课时 机械波 新人教版选修34第2课时机械波导学目标 1.理解机械波的概念，会分析横波的图象.2.掌握波速、波长和频率(周期)的关系.3.理解波的干涉和衍射现象，掌握产生干涉和衍射的条件理解多普勒效应的概念一、机械波基础导引图1是某绳波形成过程的示意图质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2,3,4，各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端已知t0时，质点1开始向上运动；t时，质点1到达最上方，质点5开始向上运动问：图1(1)t时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？(2)t时，质点8、12、16的运动状态如何？(3)tT时，
2、质点8、12、16的运动状态如何？知识梳理1波的形成：机械振动在介质中传播，形成机械波(1)产生条件：_；_.(2)特点机械波传播的只是振动的_和_，质点只在各自的平衡位置附近做简谐运动，并不随波_介质中各质点的振幅相同，振动周期和频率都与_振动周期和频率相同各质点开始振动(即起振)的方向均_一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为_，位移为_2机械波的分类(1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互_的波，有_(凸部)和_(凹部)(2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在_上的波，有_和_3波长、波速、频率及其关系(1)波长在波动中，振动相位总是_的两个相邻质点间的距离，用表示(2)波速
3、波在介质中的传播速度由_本身的性质决定(3)频率由_决定，等于_的振动频率(4)波长、波速和频率的关系：vf.特别提醒(1)机械波从一种介质进入另一种介质，频率不变，波速、波长都改变(2)机械波的波速仅由介质来决定，在固体、液体中波速比在空气中大波速的计算方法：v或v.二、波的图象基础导引一列横波某时刻的波形如图2甲所示，图乙表示介质中某质点此后一段时间内的振动图象图2(1)若波沿x轴的正方向传播，图乙为K、L、M、N四点中哪点的振动图象？(2)若波沿x轴的负方向传播，图乙为K、L、M、N四点中哪点的振动图象？知识梳理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_；用纵坐标表示某一时刻
4、，各质点偏离平衡位置的_，简谐波的图象是_(或余弦)曲线2物理意义：某一时刻介质中_相对平衡位置的位移三、波特有的现象基础导引1在图3所描述的时刻，M是波峰与波峰相遇的点，是凸起最高的位置之一图3(1)随着时间的推移，这个凸起最高的位置在向哪个方向移动？ 是不是M质点在向那个方向迁移？M质点在哪个方向上运动？(2)指出图中哪个位置是凹下最低的位置(只需指出一个)随着时间的推移，这个凹下最低的位置在向哪个方向移动？(3)由图中时刻经过时，M质点的位移为多少？2火车上有一个声源发出频率一定的乐音当火车静止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调以下情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来降
5、低的是()A观察者静止，火车向他驶来B观察者静止，火车远离他驶去C火车静止，观察者乘汽车向着火车运动D火车静止，观察者乘汽车远离火车运动知识梳理1波的干涉(1)产生稳定干涉的条件：频率相同的两列同性质的波相遇(2)现象：两列波相遇时，某些区域的振动总是_，某些区域的振动总是_，且加强区和减弱区互相间隔(3)对两个完全相同的波源产生的干涉来说，凡到两波源的路程差为一个波长的_时，振动加强；凡到两波源的路程差为半个波长的_时，振动减弱2波的衍射(1)产生明显衍射现象的条件：障碍物的尺寸或孔(缝)的宽度跟波长_，或者比波长_(2)现象：波绕过障碍物继续传播3多普勒效应(1)由于波源和观察者之间有相对
6、运动，使观察者接收到的波的频率发生变化的现象叫多普勒效应(2)波源的频率不变，只是观察者接收到的波的频率发生变化如果二者相互接近，观察者接收到的波的频率变大；如果二者相互远离，观察者接收到的波的频率变小考点一对波动图象的理解考点解读1振动图象与波动图象的比较振动图象波动图象研究对象一振动质点沿波传播方向的所有质点研究内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图象物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)各时刻某一质点的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该
7、时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判形象比喻记录着一个人一段时间内活动的录像带记录着许多人某时刻动作表情的集体照片图象变化随时间推移，图象延续，但已有形状不变随时间推移，波形沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长2质点的振动方向与波的传播方向的互判图象方法(1)微平移法：沿波的传播方向将波的图象进行一微小平移，然后由两条波形曲线来判断例如：波沿x轴正向传播，t时刻波形曲线如图中实线所示将其沿v的方向移动一微小距离x，获得如图中虚线所示的图线可以判定：t时刻质点A振动方向向下，质点B振动方向向上，质点C振动方向向下.(2)“上、下坡”法：沿着波的传播方向看，上坡
8、的点向下振动，下坡的点向上振动即“上坡下、下坡上”例如：图中A点向上振动，B点向下振动，C点向上振动(3)同侧法质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧如图所示.典例剖析例1(2010天津理综4)一列简谐横波沿x轴正向传播，传到M点时波形如图4所示，再经0.6 s，N点开始振动，则该波的振幅A和频率f为 ()图4AA1 mf5 Hz BA0.5 mf5 HzCA1 mf2.5 Hz DA0.5 mf2.5 Hz跟踪训练1在O点有一波源，t0时刻开始向y方向振动，形成沿x轴正方向传播的一列简谐横波距离O点为x13 m的质点A的振动图象如图5甲所示；距离O点为x24 m的质点B的振动图象如图
9、乙所示；距离O点为x35 m的质点C的振动图象如图丙所示由此可知 ()图5A该波的波长为6 mB该波的周期为12 sC该波的波速为1 m/sD10 s末A点的振动速度大于B点的振动速度例2有一列向右传播的简谐横波，某时刻的波形如图6所示，波速为0.6 m/s，P点的横坐标x0.96 m，从图示时刻开始计时，图6此时波刚好传到C点(1)此时刻质点A的运动方向和质点B的加速度方向是怎样的？(2)经过多少时间P点第二次到达波峰？(3)画出P质点开始振动后的振动图象探究所得1.根据振动图象可以确定某一质点的初始位置和振动方向.2.根据波动图象和波的传播方向可确定出介质中的质点在某时刻的位置和振动方向跟
10、踪训练2在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点，相邻两质点间的距离均为0.1 m，如图7(a)所示一列横波沿该直线向右传播，t0时刻到达质点1，质点1开始向下运动，振幅为0.2 m，经过时间0.3 s第一次出现如图(b)所示的波形(a)(b)图7(1)求该列横波传播的速度；(2)在图8中画出质点5从t0到t0.3 s的振动图象图8考点二波的干涉与波的衍射的比较考点解读 内容衍射和干涉定义现象可观察到明显现象的条件相同点波的衍射波可以绕过障碍物继续传播的现象波能偏离直线而传到直线传播以外的空间缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长干涉和衍射是波特有的现象波的干涉频率相同的两
11、列波叠加，使某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱，而且加强和减弱的区域相间分布的现象会产生振动强弱相间的区域某些区域总是加强，某些区域总是减弱两列波的频率相同典例剖析例3如图9表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示波峰，虚线表示波谷，c和f分别为ae和bd的中点，则：图9(1)在a、b、c、d、e、f六点中，振动加强的点是_振动减弱的点是_(2)若两振源S1和S2振幅相同，此时刻位移为零的点是_(3)画出此时刻ace连线上，以a为起点的一列完整波形，标出e点方法归纳1在稳定的干涉图样中，加强区的点始终加强，减弱区的点始终减弱，但加强点的位移时刻在改变，某时刻可能
12、为零，相同的两列波的干涉，减弱区域的点一直静止不动从干涉图样中区分波峰和波谷，画图象2波的特有现象指的是波的干涉、衍射、多普勒效应，掌握好它们发生的条件及特性是关键跟踪训练3(1)如图10所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处的人感受到的声波的频率为f2，则f1、f2与f的关系为_图10(2)图11如图11所示，横波1沿BP方向传播，B点的振动图象如图12甲所示；横波2沿CP方向传播，C点的振动图象如图乙所示P与B相距40 cm，P与C相距50 cm，波速都为20 cm/s.两横波在P处相遇，两横波振动方向相同，P点振幅为_ cm.图12
13、17.忽视波的周期性和双向性造成漏解例4一列简谐横波沿直线传播，已知介质中a、b两质点平衡位置间的距离为2 m，a、b两质点的振动情况如图13所示，则下列说法中错误的是 ()图13A波长可能为mB波长一定小于mC波速可能为m/sD波速可能大于m/s误区警示错解1：由题图可知，质点b比a落后T，因此波长满足2(n)，即m(n0,1,2)，A、B错；波速vm/s(n0,1,2，)，C对，D错故选A、B、D三项错误的原因是误认为波一定是从a向b传播，忽视了波的传播的双向性错解2：误认为图象中实线为先，虚线为后，因此认为波由b向a传播，同理解得A、D 正确，选B、C两项正确解析波的传播具有双向性，若波
14、从a向b传播，由题图可知，质点b比a落后T，因此波长满足2(n)，即m(n0,1,2，)；波速vm/s(n0,1,2，)若波由b向a传播，则波长满足2(n)，即m(n0,1,2，)；波速vm/s(n0,1,2，)；综上所述可知错误的只有B.答案B正本清源1.造成波动问题多解的主要因素有：,(1)周期性,时间周期性：时间间隔t与周期T的关系不明确.,空间周期性：波传播距离x与波长的关系不明确.,(2)双向性,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.,2.解答此类问题，首先要考虑波传播的“双向性”，例如，nTf(1,4)T时刻向右传播的波形和nTf(3,4)T时刻
15、向左传播的波形相同.其次要考虑波传播的“周期性”，时间、传播距离都要写成周期、波长的整数倍加“零头”的形式.跟踪训练4如图14实线是某时刻的波形图象，虚线是经过0.2 s时的波形图象求：(1)波传播的可能距离；图14(2)可能的周期；(3)可能的波速；(4)若波速是35 m/s，求波的传播方向；(5)当0.2 s小于一个周期时，传播的距离、周期、波速A组波的图象的理解及应用图151. 在同一地点有两个静止的声源，发出声波1和2在同一空间的空气中沿同一方向传播，图15为某时刻这两列波的图象，则下列说法中正确的是 ()A波1速度比波2速度大B相对于同一障碍物，波1比波2更容易发生衍射现象C这两列波
16、传播的方向上，不会产生稳定的干涉现象D这两列波传播的方向上，运动的观察者听到的这两列波的频率可以相同图162如图16所示是一列简谐波在t0时的波形图，介质中的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y10sin 5t cm.关于这列简谐波，下列说法中正确的是 ()A这列简谐波的振幅为20 cmB这列简谐波的周期为5.0 sC这列简谐波在该介质中的传播速度为25 cm/sD这列简谐波沿x轴正向传播B组波的图象与振动图象的综合应用3一列简谐横波在某一时刻的波形图如图17甲所示，图中P、Q两质点的横坐标分别为x11.5 m和x24.5 mP点的振动图象如图乙所示图17在下列四幅图中，Q点的振动图象可能是
17、 ()4(2010北京理综17)一列横波沿x轴正向传播，a、b、c、d为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置某时刻的波形如图18甲所示，此后，若经过周期开始计时，则图乙描述的是 ()甲乙图18Aa处质点的振动图象 Bb处质点的振动图象Cc处质点的振动图象 Dd处质点的振动图象C组波特有现象的应用5一条弹性绳子呈水平状态，M为绳子中点，两端P、Q同时开始上下振动，一小段时间后产生的波形如图19所示，机械波的传播速度由介质决定，对于绳上各点的振动情况，以下判断正确的是 ()图19A波源P的起振方向是向上的B波源Q产生的波将先到达中点MC中点M的振动始终是加强的DM点的位移大小在某时刻可能为零图2
18、06如图20所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有 ()A假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响B假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响C假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响D假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响课时规范训练(限时：30分钟)一、选择题1医院通过彩超对人体进行体检时，彩超机向人体内发射频率已精确掌握的超声波，超声波经血液反射后被专用仪器接收，然后通过反射波频率变化
19、就可知血液的流速，这一技术主要体现了哪一种物理现象 ()A共振 B波的衍射C多普勒效应 D波的干涉2关于振动和波的关系，下列说法中正确的是 ()A振动是波的成因，波是振动的传播B振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联系起来呈现的运动现象C波的传播速度就是质点振动的速度D波源停止振动时，波立即停止传播3关于波的衍射现象，下列说法正确的是 ()A当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象B只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象C只有波才有衍射现象D以上说法均不正确4. 有一列简谐横波在弹性介质中沿x轴正方向以速率v5.0 m/s传播，t0时刻的波形如图1所示，
20、下列说法中正确的是 ()图1A该列波的波长为0.5 m，频率为5 HzBt0.1 s时，波形沿x轴正方向移动0.5 mCt0.1 s时，质点A的位置坐标为(1.25 m,0)Dt0.1 s时，质点A的速度为零图25如图2所示，S1、S2为两个振动情况完全一样的波源，两列波的波长都为，它们在介质中产生干涉现象，S1、S2在空间共形成6个振动减弱的区域(图中虚线处)，P是振动减弱区域中的一点，从图中可看出 ()AP点到两波源的距离差等于1.5B两波源之间的距离一定在2.5个波长到3.5个波长之间CP点此时刻振动最弱，过半个周期后，振动变为最强D当一列波的波峰传到P点时，另一列波的波谷也一定传到P点
21、图36在坐标原点处有一质点O做简谐振动，它形成沿x轴传播的简谐横波，波长为16 m，在其右侧相距4 m处的质点P的振动图象如图3所示，使用与P质点相同的计时起点，那么当t5 s时的波动图象是下图中的 ()7一列简谐横波沿x轴正方向传播，P点振动周期为0.5 s，在某一时刻波形如图4所示，可判断 ()图4AP点此时刻振动方向沿y轴负方向B该波波速为8 m/sC在离波源为11 m的Q点开始振动时沿y轴负方向运动D当Q点达到波峰时，E点也达到波峰二、非选择题8如图5为一列简谐横波在t0时刻的波的图象，A、B、C是介质中的三个质点已知波是沿x轴正方向传播的，波速为v20 m/s.请回答下列问题：图5(
22、1)判断质点B此时的振动方向；(2)求出质点A在01.65 s内通过的路程及t1.65 s时刻相对于平衡位置的位移9某时刻的波形图如图6所示，波沿x轴正方向传播，质点p的坐标x0.32 m从此时刻开始计时(1)若每间隔最小时间0.4 s重复出现波形图，求波速图6(2)若p点经0.4 s第一次达到正向最大位移，求波速(3)若p点经0.4 s到达平衡位置，求波速复习讲义基础再现一、基础导引(1)t时，质点8开始向上运动，质点12、16没有运动(2)tT时，质点8到达最上方，质点12开始向上运动，质点16没有运动(3)tT时，质点8向下运动，质点12到达最上方，质点16开始向上运动知识梳理1.(1)
23、波源介质(2)形式能量迁移波源的相同4A零2.(1)垂直波峰波谷(2)同一直线密部疏部3.(1)相同(2)介质(3)波源波源二、基础导引(1)若波沿x轴正方向传播，图乙为点L的振动图象(2)若波沿x轴负方向传播，图乙为点N的振动图象知识梳理1.平衡位置位移正弦2各质点三、基础导引1.(1)凸起的最高点在图中由M向P移动；不是；M在竖直方向上运动(2)K点；凹下最低的位置由K向Q移动(3)0.2.BD知识梳理1.(2)加强减弱(3)整数倍奇数倍2.(1)相差不多更小课堂探究例1D跟踪训练1BC例2(1)均沿y轴正方向(2)1.9 s(3)见解析图解析(3)P质点振动图象如图所示跟踪训练2(1)4
24、 m/s(2)见解析解析(1)根据题意，说明0.3 s1.5T，T0.2 s从图中可以看出，波长0.8 m根据波速公式，vm/s4 m/s(2)如图所示例3(1)a、c、eb、d、f(2)b、d(3)见解析图解析(2)因为S1、S2振幅相同，振动最强区的振幅为2A，最弱区的振幅为零，位移为零的是b、d.(3)图中对应时刻a处在两波谷的交点上，即此刻a在波谷，同理e 在波峰，所以所对应的波形如图所示跟踪训练3(1)f2ff1(2)70跟踪训练4(1)(4n3) m或(4n1) m，(n0、1、2、)(2) s或s(n0、1、2、)(3)(20n15) m/s或(2n5) m/s，(n0、1、2、)(4)向左(5)见解析解析(5)若0.2 s小于一个周期，说明波在0.2 s内传播的距离小于一个波长则：向左传播时，传播的距离x3 m；传播的时间t，得周期T0.267 s；波速v15 m/s.向右传播时，传播的距离为1 m；传播的时间t，得周期T0.8 s；波速v5 m/s.分组训练1BC2.D3.BC4.B5.AD6.AD课时规范训练1C2.AB3BC4B5ABD6C7BCD8(1)沿y轴正方向(2)4.4 cm0.4 cm9(1)2 m/s(2)0.3 m/s(3)(0.8n) m/s(n0,1,2,3，)
