高中创新设计物理教科版选修3-4学案：第二章 机械波 章末整合提升.pdf

-章末整合提升章末整合提升机械波波的分类横波：振动方向与传播方向垂直纵波：振动方向与传播方向平行波长描述波的v波速v：vf或 v由介质决定物理量f频率f或周期Tf由振源决定形成条件：波源和介质波的形成形成原因：介质与介质间有相互作用力波的实质：传递振动形式、能量和信息机波的反射：波从两种介质的界面上返回原介质械波波的折射：波从一种介质进入另一种介质时要改变传播方向波的波的干涉：两列波在相遇的区域内叠加而成现波的衍射：波绕过障碍物继续传播象多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时接收到的波的频率会发生变化一、波动图像反映的信息及其应用从波动图像可以看出：物理意义波的图像从波动图像可获得的信息与振动图像的区别(1)波长；(2)振幅 A；(3)该时刻各质点偏离平衡位置的位移情况；(4)如果波的传播方向已知，可判断各质点该时刻的振动方向以及下一时刻的波形；(5)如果波的传播速度大小v已知，可利用图像所得的相关信息进一步求得各质点振动的周期和频率：Tv，f.【例 1】振源 O 起振方向沿y 方向，从振源 O 起振时开始计时，经t0.7 s，x 轴上0 至 6 m 范围第一次出现如图 1 所示简谐波，则()图 1A此波的周期一定是0.4 s7B此波的周期可能是s1560C此列波的波速为m/s7Dt0.7 s 时，x 轴上 3 m 处的质点振动方向沿y 方向解析由图可知波长 4 m，当0 至 6 m 范围第一次出现图示简谐波，说明x4 m 处-3的质点第 1 次位于波峰位置，所以波传播的时间tTT0.7 s，则周期T0.4 s，选项A44 m正确，B 错误；由v 得波速 v10 m/s，选项 C 错误；波向右传播，由“上下坡”T0.4 s法可判断出 t0.7 s 时，x 轴上 3 m 处的质点振动方向沿y 方向，选项 D 错误答案A针对训练 1一列简谐横波在 t0 时刻的波形图如图 2 实线所示，从此时刻起，经 0.1 s波形图如图虚线所示，若波传播的速度为10 m/s，则_图 2A这列波沿 x 轴负方向传播B这列波的周期为 0.4 sCt0 时刻质点 a 沿 y 轴正方向运动D从 t0 时刻开始质点 a 经 0.2 s 通过的路程为 0.4 mEx2 m 处的质点的位移表达式为y0.2sin(5t)m解析从图中可以看出波长等于4 m，由已知得波速等于 10 m/s，周期 T0.4 s，B 正确；经 0.1 s 波形图如题图虚线所示，说明波沿x 轴负方向传播，A 正确；t0 时刻质点 a沿 y 轴负方向运动；从 t0 时刻开始质点 a 经 0.2 s，即半个周期通过的路程为 0.4 m，D正确；由 yAsin(t)易得 E 正确答案ABDE二、波动图像与振动图像的区别和联系面对波的图像和振动图像问题时可按如下步骤来分析：(1)先看两轴：由两轴确定图像种类(2)读取直接信息：从振动图像上可直接读取周期和振幅；从波的图像上可直接读取波长和振幅(3)读取间接信息：利用振动图像可确定某一质点在某一时刻的振动方向；利用波的图像可进行波传播方向与某一质点振动方向的互判(4)利用波速关系式：波长、波速、周期间一定满足v f.T【例 2】(多选)图 3 甲为一列简谐波在某一时刻的波形图，Q、P 是波上的质点，图乙为质点 P 以此时刻为计时起点的振动图像，从该时刻起，下列说法中正确的是()图 3A经过 0.05 s 时，质点 Q 的加速度大于质点P 的加速度B经过 0.05 s 时，质点 Q 的加速度小于质点P 的加速度-C经过 0.1 s 时，质点 Q 的运动方向沿 y 轴负方向D经过 0.1 s 时，质点 Q 的运动方向沿 y 轴正方向1解析由图乙可知，质点的振动周期T0.2 s，经过0.05 s，即周期，质点P 到达负向4的最大位移处，而此时质点 Q 处在正的某一位移处，位移越大，加速度越大，故B 正确；1经过 0.1 s，即 周期，质点Q 在从正的最大位移处回到平衡位置的途中，运动方向沿y 轴负2方向，故 C 正确答案BC针对训练 2(多选)图 4 甲为一列简谐横波在 t0.1 s 时刻的波形图，P 是平衡位置为 x1 m 处的质点，Q 是平衡位置为 x4 m 处的质点，图乙为质点Q 的振动图像，则()图 4A横波的波长是 8 mB横波的频率是 0.2 HzC质点 P 随波迁移的速度大小为40 m/sDt0.1 s 时质点 P 正沿 y 轴正方向运动解析由波动图像可知，横波的波长是8 m，选项A 正确；由质点Q 的振动图像可知，横波的周期为 0.2 s，频率是 5 Hz，选项 B 错误；质点 P 围绕平衡位置振动，不随波迁移，选项 C 错误；根据质点Q 的振动图像，t0.1 s 时刻，质点Q 正沿 y 轴负方向运动，说明波沿 x 轴负方向传播t0.1 s 时质点 P 正沿 y 轴正方向运动，选项D 正确答案AD三、波动问题的多解性波动问题出现多解性的原因：(1)空间周期性：波在均匀介质中传播时，传播的距离 xnx0(n0,1,2)，式中 为波长，x0表示传播距离中除去波长的整数倍部分后余下的那段距离(2)时间周期性：波在均匀介质中传播的时间 tnTt0(n0,1,2)，式中 T 表示波的周期，t0表示总时间中除去周期的整数倍部分后余下的那段时间(3)传播方向的双向性：我们解决的都是仅限于波在一条直线上传播的情况，即有沿 x轴正方向或负方向传播的可能(4)介质中质点间距离与波长的关系的不确定性：已知两质点平衡位置间的距离及某一时刻它们所在的位置，由于波的空间周期性，则两质点存在着多种可能波形 做这类题目时，可根据题意，在两质点间先画出最简波形，然后再做一般分析，从而写出两质点间的距离与-波长关系的通式【例 3】如图 5 所示，实线是某时刻的波形图线，虚线是0.2 s 后的波形图线图 5(1)若波向左传播，求它传播的距离及最小距离；(2)若波向右传播，求它的周期及最大周期；(3)若波速为 35 m/s，求波的传播方向3解析(1)由题图知，4 m，若波向左传播，传播的距离的可能值为xn(4n43)m(n0,1,2，)最小距离为 xmin3 m11n(4n1)m(n0,1,2，)，所用时间为 tnT(2)若波向右传播，x440.80.2 s，故 Ts(n0,1,2，)，所以 Tmax0.8 s.4n1(3)xvt350.2 m7 m(3)m，所以波向左传播答案见解析-