新教材物理一轮总复习-第八章机械振动与机械波第2讲机械波学案.docx

第2讲机械波课 程 标 准1.通过观察，掌握机械波的特征；会区别横波和纵波；能用图像描述横波；理解波速、波长和频率的特征2.知道波的反射和折射现象通过实验，了解波的干涉和衍射现象素 养 目 标物理观念：了解机械波的概念，知道波的干涉和衍射的特点科学思维：会运用简谐运动的规律辅助机械振动图像和波动图像，解决生活中与机械振动、机械波相关的问题；能用波的叠加理论解释生活中的干涉现象必备知识·自主落实一、机械波1机械波(1)机械波的形成条件有发生机械振动的_有传播_，如空气、水等(2)传播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_各质点的振幅相同波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向_介质中每个质点都做_振动，因此，任一质点的振动频率和周期都和波源的振动频率和周期_波源经过一个周期T完成一次_，波恰好向前传播一个波长的距离2波的图像(1)坐标轴：横轴表示各质点的_，纵轴表示该时刻各质点的_(2)意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开_的位移最大位移为A或A(3)图像(如图)3波长、波速、频率及其关系(1)波长：在波的传播方向上，振动相位总是_的两个相邻质点间的距离 由介质本身的性质决定(2)波速v：波在介质中的传播速度(3)频率f：由波源决定，等于波源的_(4)波长、波速和频率(周期)的关系：v_二、波的干涉、衍射和多普勒效应1波的干涉和衍射波的干涉波的衍射条件两列波的频率必须_明显条件：障碍物或孔的_ 比波长小或相差不多衍射无条件，明显衍射有条件现象形成加强区和减弱区相互隔开的_波能够_或孔继续向前传播2.多普勒效应(1)定义：波源与观察者_，接收到的频率_的现象(2)实质：波源频率_，观察者接收到的频率_(3)规律：波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率变大波源频率不变波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的频率变小波源频率不变波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率_波源的频率走进生活汽车无人驾驶技术最常用的是ACC自适应巡航控制系统，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去其使用的传感器主要有毫米波雷达，通过发射和接收调制过的无线电波来判断前车的距离、方位和移动速度等信息ACC自适应巡航控制系统利用了(1)波的折射现象()(2)波的衍射现象()(3)波的多普勒效应()(4)波的干涉现象()关键能力·精准突破考点一波的传播及波的图像波的传播方向判定质点的振动方向的方法方法内容图像“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“同侧”法波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧“微平移”法将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向考向1波的形成及传播例12022·北京卷在如图所示的xOy坐标系中，一条弹性绳沿x轴放置，图中小黑点代表绳上的质点，相邻质点的间距为a.t0时，x0处的质点P0开始沿y轴做周期为T，振幅为A的简谐运动tT时的波形如图所示下列说法正确的是()At0时，质点P0沿y轴负方向运动BtT时，质点P4速度最大CtT时，质点P3和P5相位相同D该列绳波的波速为解题心得考向2波的图像例22022·辽宁卷一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，关于质点P的说法正确的是()A该时刻速度沿y轴正方向B该时刻加速度沿y轴正方向C此后周期内通过的路程为AD此后周期内沿x轴正方向迁移为解题心得例32022·浙江6月(多选)位于x0.25 m的波源P从t0时刻开始振动，形成的简谐横波沿x轴正负方向传播，在t2.0 s时波源停止振动，t2.1 s时的部分波形如图所示，其中质点a的平衡位置xa1.75 m，质点b的平衡位置xb0.5 m下列说法正确的是()A沿x轴正负方向传播的波发生干涉Bt0.42 s时，波源的位移为正Ct2.25 s时，质点a沿y轴负方向振动D在0到2 s内，质点b运动总路程是2.55 m解题心得针 对 训 练1.2023·河南南阳镇平一中月考波源S位于坐标原点，t0时刻开始沿y轴做简谐运动，一段时间后形成一列沿x轴正方向传播的机械波t0.8 s时，形成如图所示的波形(由于x1.5 m至x7.5 m处被遮挡，波形未能完全显示)下列说法正确的是()A波源的起振方向沿y轴正方向B被遮挡部分中，y0.5 cm处的质点有4个Cx4.5 m处的质点速度方向与回复力方向相反D再经过 s，x7 m处质点运动的路程为105 cm考点二波的图像与振动图像的综合应用振动图像和波的图像的比较比较项目振动图像波的图像研究对象一个质点波传播方向上的所有质点研究内容某质点位移随时间的变化规律某时刻所有质点在空间分布的规律图像横坐标表示时间表示各质点的平衡位置物理意义某质点在各时刻的位移某时刻各质点的位移振动方向的判断(看下一时刻的位移)(同侧法)t后的图形随时间推移，图像延伸，但已有形状不变随时间推移，图像沿波的传播方向平移，原有波形做周期性变化联系(1)纵坐标均表示质点的位移(2)纵坐标的最大值均表示振幅(3)波在传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动例42022·山东卷(多选)一列简谐横波沿x轴传播，平衡位置位于坐标原点O的质点振动图像如图所示当t7 s时，简谐波的波动图像可能正确的是()解题心得方法技巧求解波的图像与振动图像综合问题三关键：“一分、一看、二找”针 对 训 练2.一列沿x轴正方向传播的简谐横波，其波源的平衡位置在坐标原点，波源在04 s内的振动图像如图(a)所示，已知波的传播速度为0.5 m/s.(1)求这列横波的波长；(2)求波源在4 s内通过的路程；(3)在图(b)中画出t4 s时刻的波形图考点三波的多解问题1波动问题多解的主要因素(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：波传播的距离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解决波的多解问题的思路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，则tnTt(n0、1、2、)；若此关系为距离，则xnx(n0、1、2、)例5 如图甲所示，某宇航员在太空中进行实验，左边为弹簧振动系统，弹簧振子连接一根很长的软绳，取沿绳方向为x轴，沿弹簧轴线方向为y轴(x轴与y轴垂直)，振子从平衡位置(坐标原点O点)沿y轴方向振动，某时刻绳子的波形如图乙中实线所示(t00)，经过t10.2 s后的波形如图乙中虚线所示，P为x4 m处的质点，则()A.绳子上产生的波的传播速度可能为35 m/sB质点P的振动频率可能为1.25 HzC从t0开始，质点P经过0.8 s沿x轴正方向运动4 mDt0.4 s时，质点P的位置在y4 cm处解题心得针 对 训 练3.(多选)一列简谐横波沿x轴正方向传播，图(a)是t0时刻的波形图，图(b)和图(c)分别是x轴上某两处质点的振动图像由此可知，这两质点平衡位置之间的距离可能是()A mB1 mC2 mD m考点四波的干涉、衍射多普勒效应1波的叠加在波的叠加中，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2波的干涉现象中加强点、减弱点的判断方法(1)公式法：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.当两波源振动步调一致时若rn(n0，1，2，)，则振动加强；若r(2n1)(n0，1，2，)，则振动减弱当两波源振动步调相反时若r(2n1)(n0，1，2，)，则振动加强；若rn(n0，1，2，)，则振动减弱(2)图像法：在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点针 对 训 练4.(多选)下列说法正确的是()A在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大B单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关C火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高D当水波通过障碍物时，若障碍物的尺寸与波长差不多，或比波长大的多时，将发生明显的衍射现象52022·浙江1月(多选)两列振幅相等、波长均为、周期均为T的简谐横波沿同一绳子相向传播，若两列波均由一次全振动产生，t0时刻的波形如图1所示，此时两列波相距，则()At时，波形如图2甲所示Bt时，波形如图2乙所示Ct时，波形如图2丙所示DtT时，波形如图2丁所示62023·广东广州模拟频率恒定且同步振动的两个声源S1、S2相距12 m放置一观测者在S1、S2之间的连线上移动，听到音量大小起伏变化，且其中一个音量最小的位置与S1相距5 m若声速为340 m/s，求声源振动的最小频率第2讲机械波必备知识·自主落实一、1(1)波源介质(2)形式能量迁移相同受迫相同全振动2(1)平衡位置位移(2)平衡位置3(1)相同(3)振动频率(4)f二、1相同尺寸稳定的干涉图样绕过障碍物2(1)相互靠近或者相互远离时会发生变化(2)不变发生变化(3)等于走进生活答案：(1)×(2)×(3)(4)×关键能力·精准突破例1解析：由tT时的波形图可知，波刚好传到质点P6，根据“上下坡法”，可知此时质点P6沿y轴正方向运动，故波源起振的方向也沿y轴正方向，故t0时，质点P0沿y轴正方向运动，A错误；由图可知，在tT时质点P4处于正的最大位移处，故速度为零，B错误；由图可知，在tT时，质点P3沿y轴负方向运动，质点P5沿y轴正方向运动，故两个质点的相位不相同，C错误；由图可知2a解得8a，故该列绳波的波速为v，D正确答案：D例2解析：波沿x轴正向传播，由“同侧法”可知，该时刻质点P的速度方向沿y轴正向，加速度沿y轴负向，A正确，B错误在该时刻质点P不在特殊位置，则在周期内的路程不等于A，C错误质点只能在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，D错误答案：A例3解析：沿x轴正、负方向传播的波，不能相遇，不能发生干涉，A错误；根据题述可知，在t2.0 s时波源停止振动，t2.1 s时的部分波形如图所示，可知在t0.1 s的时间内波传播的距离为x00.50 m0.25 m0.25 m，波速v2.5 m/s，由波形图可知，波长1.0 m，波振动的周期T0.4 s，结合波形图可知，t0时波源从平衡位置向上运动，t0.42 s时，波源的位移为正，B正确；2.1 s到2.25 s内波传播的距离为x10.375 m，即2.1 s时平衡位置位于1.375 m处质点的振动状态在2.25 s时传播到质点a处，故2.25 s时a沿y轴正方向振动，C错误；经0.3 s，振动传播到b点，在0到2 s内，质点b振动了1.7 s，为4T，02 s内质点b振动的总路程为s17A17×15 cm2.55 m，D正确答案：BD1解析：由题图可知，x8 m处的质点即将沿y轴负方向振动，故波源的起振方向也是沿y轴负方向，A错误根据正弦函数知识可知，x7.5 m处质点纵坐标为y5 cm，把被遮挡部分的波形图补全，如图所示，故被遮挡部分中，y0.5 cm处的质点有3个，B错误x4.5 m处的质点速度方向沿y轴负方向，回复力指向平衡位置，也沿y轴负方向，C错误根据题意知，周期T s， s2T s，故质点完全两次全振动，质点经过的路程为80 cm，再经过 s，x7 m处的质点纵坐标y5 cm，经过的路程为25 cm，总路程为105 cm，D正确答案：D例4解析：由振动图像可知波的振幅A20 cm，波的周期T12 s，从振动图像上可以看出t7 s时平衡位置位于原点O的质点相对平衡位置的位移为y7A，且向下运动A图该质点位移符合条件，且当波沿x轴负方向传播时向下运动，符合题意，A项正确；C图该质点位移符合条件，且当波沿x轴正方向传播时向下运动，符合题意，C项正确答案：AC2解析：(1)由题知图(a)为波源的振动图像，则可知A4 cm，T4 s由于波的传播速度为0.5 m/s，根据波长与速度关系有vT2 m.(2)由(1)可知波源的振动周期为4 s，则4 s内波源通过的路程为s4A16 cm.(3)由题图可知在t0时波源的起振方向向上，由于波速为0.5 m/s，则在4 s时根据xvt2 m可知该波刚好传到位置为2 m的质点，且波源刚好回到平衡位置，且该波沿正方向传播，则根据“上坡、下坡”法可绘制出t4 s时刻的波形图如下图所示答案：(1)2 m(2)16 cm(3)见解析例5解析：振源在坐标原点，绳子上产生的波只能向右传播，由t0到t1波传播的距离xn(4n1) m(n0、1、2、)，0.2 snTT(n0、1、2、)，则波速v(20n5) m/s(n0、1、2)，Ts(n0、1、2、)，据以上分析可知，该波的波速不可能为35 m/s，故A错误当n0时，该波振动周期为0.8 s，则质点P的振动频率为1.25 Hz，故B正确根据机械波的传播特点可知，各质点并不随波迁移，而是在平衡位置附近做简谐运动，故C错误根据波的图像和以上分析可知，t0.4 s时，质点P的位置在坐标原点O处，故D错误答案：B3.解析：题图(b)所示质点在t0时在正向最大位移处，图(c)所示质点在t0时，y0.05 m，运动方向沿y轴负方向，结合波形图找到对应的点，如图所示若题图(b)所示质点为图中左侧波峰上的点，则两点距离为 m m，若题图(b)所示质点为图中右侧波峰上的点，则两点距离为 m m，考虑到空间周期性，则xn (m)2n (m)，或xn (m)2n (m)(n0，1，2)，因此A、D正确，B、C错误答案：AD4解析：在干涉现象中，振动加强点振幅最大，位移在变化，所以振动加强点的位移不是总比减弱点的位移大，故A错误；单摆在周期性外力作用下做受迫振动，单摆的振动周期与驱动力的周期相等，与固有周期无关，故与单摆的摆长无关，故B正确；火车鸣笛向我们驶来时，根据多普勒效应知，我们听到的笛声频率大于声源发声的频率，故C正确；当水波通过障碍物时，若障碍物的尺寸与波长差不多，或比波长小的多时，将发生明显的衍射现象，故D错误答案：BC5解析：经过两列波还未相遇，又波在传播过程中，波形保持不变，故选项A错误；经过T两列波向前传播的距离均为，两列波的波前端刚好相遇，故选项B正确；经过T两列波向前传播的距离均为，根据波的叠加原理可知，在两列波之间的区域为两列波的振动加强区域，处于处的质点向下的位移为2A，故选项C错误；经过T两列波完全相遇，根据叠加原理，所有质点的位移均为零，故选项D正确答案：BD6解析：设声波的波长为，声源振动的频率为f，声波的波速为v，p为其中一个音量最小的位置观察者与S1、S2之间的路程差lpS2pS1(125) m5 m2 mp处音量最小，必须满足l(2n1)(n0、1、2、3)又vf联立代入数据得f85×(2n1) Hz(n0、1、2、3)当n0时，声源振动的最小频率为85 Hz.答案：85 Hz