2020版物理新导学浙江选考大一轮精讲讲义:第十一章 机械振动 机械波 第2讲 Word版含答案.docx
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1、第2讲机械波考试标准知识内容考试要求说明波的形成和传播b1.不要求研究纵波的形成过程.2.不要求掌握振动图象与波的图象之间的相互转换.3.不要求定量计算有关波的干涉问题.4.不要求推导接收频率与波源频率的关系式.5.不要求用惠更斯原理证明波的反射定律和波的折射定律.波的图象b波长、频率和波速c波的衍射和干涉b多普勒效应b惠更斯原理b一、波的形成和传播1.产生条件(1)有波源.(2)有介质,如空气、水、绳子等.2.传播特点(1)传播振动形式、能量和信息.(2)质点不随波迁移.(3)介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同.(4)一个周期内,质点完成一次全振动(振幅为A),通过的路程为4
2、A,位移为0.自测1(多选)下列有关机械振动和机械波的说法中正确的是()A.某物体做机械振动,它周围的介质中就一定产生机械波B.波源停止振动后,已形成的机械波仍能在介质中继续传播C.机械波传播的只是机械振动的形式和能量,参与波动的质点并不随波迁移D.振动是变速的,波动是匀速的答案ABC二、波的图象1.波的图象波的图象反映了在某时刻介质中的各质点离开平衡位置的位移情况,图象的横轴表示各质点的平衡位置,纵轴表示该时刻各质点的位移.2.图象的应用(如图1所示)图1(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
3、的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传播方向.三、波长、频率和波速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.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(1)公式:vf.(2)机械波的速度大小由介质决定,与机械波的频率无关.自测2一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4 m/s.某时刻其波形如图2所示,下列说法正确的是()图2A.这列波的振幅为4 cmB.这列波的周期为1 sC.此时x4 m处质点沿y轴负方向运动D.此时x4 m处质点的加速度为0答案D四、波的干涉和衍射多普勒效应1.波的干涉和衍射波
4、的干涉波的衍射条件两列波的频率必须相同明显条件:障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多现象形成加强区和减弱区相互隔开的稳定的干涉图样波能够绕过障碍物或孔继续传播2.多普勒效应(1)条件:波源和观察者之间有相对运动(距离发生变化).(2)现象:观察者感到频率发生变化.(3)实质:波源频率不变,观察者接收到的频率变化.自测3(多选)图3中S1、S2是两个相干波源,由它们发出的波相互叠加,实线表示波峰,虚线表示波谷.则下列对a、b、c三点振动情况的判断中,正确的是()图3A.b处的振动永远互相减弱B.a处永远是波峰与波峰相遇C.b处在该时刻是波谷与波谷相遇D.c处的振动永远互相减弱答案CD命题点一机械波
5、的传播和图象1.波的图象特点(1)质点振动nT(波传播n)时,波形不变.(2)在波的传播方向上,当两质点平衡位置间的距离为n(n1,2,3)时,它们的振动步调总相同;当两质点平衡位置间的距离为(2n1)(n0,1,2,3)时,它们的振动步调总相反.(3)波源质点的起振方向决定了它后面的质点的起振方向,各质点的起振方向与波源的起振方向相同.2.判断波的传播方向与质点的振动方向的三种常见方法(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4甲所示.图4(2)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,如图乙所示.(3)微平移法:将波形图沿传播方向平移x(
6、x),再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定,如图5所示.图5例1(多选)(2017浙江4月选考15)一列向右传播的简谐横波,当波传到x2.0 m处的P点时开始计时,该时刻波形如图6所示.t0.9 s时观测到质点P第三次到达波峰位置.下列说法正确的是()图6A.波速为0.5 m/sB.经1.4 s质点P运动的路程为70 cmC.t1.6 s时,x4.5 m处的质点Q第三次到达波谷D.与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率一定为2.5 Hz答案BCD解析根据同侧法可知,起振方向为竖直向上.P点第三次到达波峰即(2)T0.9 s,T0.4 s,所以波速v5 m/s,A错误.1.4 s3.5T,每
7、个周期路程为20 cm,B正确.经过t s0.5 s,波传到Q点,再经过2.75T即1.1 s后Q第三次到达波谷,C正确.要发生干涉现象,另外一列波的频率一定与该波相同,即2.5 Hz,D正确.变式1(多选)在O点有一波源,t0时刻开始向上振动,形成向右传播的一列横波,t14 s时,距离O点为3 m的A点第一次达到波峰;t27 s时,距离O点为4 m的B点第一次达到波谷,则以下说法正确的是()A.该横波的波长为4 mB.该横波的周期为2 sC.该横波的波速为1 m/sD.距离O点6 m的质点第一次开始向上振动的时刻为6 s末答案ACD解析设波从O点传到A点的时间为t,由于波是匀速传播的,则波从
8、O点传到B点的时间为t,A、B两点起振的方向均向上,由题意知t1tT4 st2tT7 s联立解得T4 s,t3 s波速为v m/s1 m/s波长vT4 m,故B错误,A、C正确.距离O点6 m的质点第一次开始向上振动的时刻为6 s末,D正确.变式2(多选)(2018金华十校联考)如图7所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形图,x1.0 m处的M质点从该时刻开始经0.6 s第一次到达波谷位置.已知质点P的平衡位置坐标为x2.0 m,质点Q的平衡位置坐标为x3.5 m,则()图7A.该简谐波的波速为5 m/sB.图示时刻质点Q正在沿y轴正方向运动C.从图示时刻开始,质点Q经过0.7 s
9、第一次到达波峰位置D.在某时刻,质点P和Q的速度、加速度可能都相同答案AC解析波沿x轴正方向传播,则M点此时向上振动,M质点从该时刻开始经0.6 s第一次到达波谷位置,可知T0.8 s;波速v m/s5 m/s,选项A正确;由题图可知,图示时刻质点Q正在沿y轴负方向运动,选项B错误;波向前传播3.5 m时Q第一次到达波峰位置,需时间为t s0.7 s,选项C正确;质点P和Q之间的距离不是整波长,则在任何时刻,质点P和Q的速度、加速度不可能都相同,选项D错误.变式3(多选)(2018浙江11月选考16)如图8所示,两种不同材料的弹性细绳在O处连接,M、O和N是该绳上的三个点,OM间距离为7.0
10、m,ON间距离为5.0 m,O点上下振动,则形成以O点为波源向左和向右传播的简谐横波和,其中波的波速为1.0 m/s.t0时刻O点处在波谷位置,观察发现5 s后此波谷传到M点,此时O点正通过平衡位置向上运动,OM间还有一个波谷,则()图8A.波的波长为4 mB.N点振动周期为4 sC.t3 s时,N点恰好处于波谷D.当M点处于波峰时,N点也一定处于波峰答案BD命题点二振动图象和波的图象1.两种图象的比较图象类型振动图象波的图象研究对象一振动质点沿波传播方向上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某质点各个时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象信息
11、(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)各时刻质点位移(4)各时刻速度、加速度方向(1)波长、振幅(2)任意一质点在该时刻的位移(3)任意一质点在该时刻的加速度方向(4)传播方向、振动方向的互判2.“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,横坐标为x则为波的图象,横坐标为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.例2(多选)一列简谐横波在t0时刻的图象如图9甲所示,平衡位置位于x15 m处的A质点的振动图象如图乙所示,下列说法中正确的是()图9A.这
12、列波沿x轴负方向传播B.这列波的波速是 m/sC.从t0开始,质点P比质点Q晚0.4 s回到平衡位置D.从t0到t0.6 s时间内,质点A经过的路程为4 m答案ACD解析由题图乙知,t0时刻质点A的速度方向为沿y轴正方向,在题图甲中,由波形平移法可知该波的传播方向为沿x轴负方向,故A正确;由题图甲读出该波的波长为20 m,由题图乙知周期为:T1.2 s,则波速为:v m/s m/s,故B错误;图示时刻质点P沿y轴负方向运动,质点Q沿y轴正方向运动,所以质点P比质点Q晚回到平衡位置,其时间等于波向左传播所用的时间,即tT0.4 s,故C正确;0.6 sT,故A点的运动路程为2A4 m,故D正确.
13、变式4(多选)一列横波某时刻的波形如图10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,下列说法正确的是()图10A.若波沿x轴正方向传播,图乙为L点的振动图象B.若波沿x轴正方向传播,图乙为M点的振动图象C.若波沿x轴负方向传播,图乙为L点的振动图象D.若波沿x轴负方向传播,图乙为N点的振动图象答案AD变式5(多选)(2018台州市外国语学校期末)如图11所示,是某质点的振动图象及由此质点振动而激起的波在某时刻的波形图,下述说法中正确的是()图11A.乙是振动图象,甲是波动图象B.由图象可知,振幅是2 cm,周期是0.4 s,波长是0.4 mC.P质点在此时刻的速度方向为正,而波源质
14、点在0.2 s时速度方向为正D.这列波的速度是1 m/s答案ABD解析题图乙表示质点的位移与时间的关系,是振动图象,题图甲表示位移与坐标x的关系,是波动图象,故A正确.由题图甲读出振幅A2 cm,波长0.4 m,由题图乙读出周期T0.4 s,故B正确.由振动图象可知波源质点在0.2 s时速度方向为负,因波的传播方向未知,无法判断P点的振动方向,故C错误.波速v m/s1 m/s,故D正确.变式6(多选)如图12甲为一列简谐横波在t0.10 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的振动图象,则()图12A.t0.15 s时,质点Q的加速度达到
15、正向最大B.t0.15 s时,质点P的运动方向沿y轴负方向C.从t0.10 s到t0.25 s,该波沿x轴正方向传播了6 mD.从t0.10 s到t0.25 s,质点P通过的路程为30 cm答案AB解析由题图乙看出,t0.15 s时,质点Q位于负方向的最大位移处,而简谐运动的加速度大小与位移大小成正比,方向与位移方向相反,所以加速度为正向最大值,A项正确;由题图乙看出,简谐运动的周期T0.20 s,t0.10 s时,质点Q的速度方向沿y轴负方向,由题图甲可以看出,波的传播方向应该沿x轴负方向,C项错误;因题图甲是t0.10 s时的波形,所以t0.15 s时,经历了0.05 s的时间,题图甲的波
16、形向x轴负方向平移了2 m的距离,如图所示,因波向x轴负方向传播,则此时P点的运动方向沿y轴负方向,B项正确;由题图甲可以看出,由于t0.10 s时质点P不处于平衡位置或最大位移处,故从t0.10 s到t0.25 s,质点P通过的路程不为30 cm,D项错误.命题点三波传播的多解问题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
17、为时间,则tnTt(n0,1,2);若此关系为距离,则xnx(n0,1,2).例3(多选)简谐横波在均匀介质中沿直线传播,P、Q是传播方向上相距10 m的两质点,波先传到P,当波传到Q开始计时,P、Q两质点的振动图象如图13所示.则()图13A.质点Q开始振动的方向沿y轴正方向B.该波从P传到Q的时间可能为7 sC.该波的传播速度可能为2 m/sD.该波的波长可能为6 m答案AD解析由题图可知,质点Q的起振方向沿y轴正方向,选项A正确;简谐横波的传播方向从P到Q,由题图可知,周期T6 s,从P传到Q的时间t(4nT) s(n0,1,2),即t4 s,10 s,16 s,所以选项B错误;由v m
18、/s m/s(n0,1,2),速度v可能为2.5 m/s,1 m/s,0.625 m/s,所以选项C错误;同理,该波的波长vT,波长可能为15 m,6 m,3.75 m,所以选项D正确.变式7(多选)一简谐横波沿x轴传播,如图14所示,轴上a、b两质点相距12 m,t0时a质点位于波峰,b质点位于波谷;t0.5 s时,a质点位于波谷,b质点位于波峰.下列判断正确的是()图14A.波一定沿x轴正方向传播B.波长可能是8 mC.周期可能是0.2 sD.波速一定是24 m/s答案BC解析由题意可知波的传播方向是不确定的,故A错误;若a质点位于波峰,b质点位于波谷,则x12 m(n)(n0,1,2,3
19、),则得 m,故的可能值有24 m、8 m,故B正确;同理,t0.5 s(k)T(k0,1,2,3),T s,则T的可能值有1 s、 s、0.2 s,故C正确;波速可能为v m/s(n0,1,2,3,k0,1,2,3),当n0,k0时,v24 m/s,波速可能是24 m/s,故D错误.变式8(多选)一列横波沿直线传播,在波的传播方向上有A、B两点.在t时刻A、B两点间形成如图15甲所示波形,在(t3 s)时刻A、B两点间形成如图乙所示波形,已知A、B两点间距离a9 m,则以下说法中正确的是()图15A.若周期大于4 s,波可能向右传播B.若周期为4 s,波一定向右传播C.若波速为8.5 m/s
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