2011届高中物理一轮复习精品资料第十三章 振动和波动 第二节 机械波 doc--高中物理 .doc
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1、 永久免费组卷搜题网第二节 机械波一、 考情分析考试大纲考纲解读1.机械波 I2.横波和纵波 I3.横波的图像 II4.波速、波长和频率(周期)的关系 II5.波的干涉和衍射现象I1、本章内容是历年高考的必考内容,其中高考的热点内容是:(1)波长、波速和频率的关系;(2)波的图像和振动图象的理解和应用;(3)振动和波的关系等。2、本章内容历年高考的特点是:(1)试题信息量大、综合性强,一道题往往要考查多个概念和规律,有时甚至跨领域,与其它章节知识综合进行考查,如与光学知识综合等;(2)通过波的图象、振动图象,综合考查对波、振动的理解能力、推理能力和空间想像能力;(3)题目情景往往与实际生活、生
2、产联系密切,要求考生有较强的信息筛选、分析、处理能力,能从实际问题情景中抽象、建立起振动和波的物理模型。3、就全国范围高考来看,简谐运动及其描述和图像、单摆振动及其周期公式、受迫振动与共振、波的干涉、衍射和多普勒效应等也时有考查。由此猜想,山东高考也不排除考查的可能性。二、考点知识梳理 (一)、机械波1、定义:机械振动在_传播就形成机械波简谐波:波源做简谐振动,传播方向单一且振幅不变,波形图为正弦或余弦线的波为简谐波2、机械波产生的必要条件是:(1)有作机械振动的物体作为_;(2)有能传播机械振动的_。3、分类横波:质点的振动方向与波的传播方向_凸起部分叫_,凹下部分叫_ 纵波:质点的振动方向
3、与波的传播方向在_。质点分布密的叫_,疏的部分叫_,液体和气体不能传播横波4、机械波的特点:每个质点都在自己平衡位置附近作振动,并不随波_ 后一质点重复前一质点的运动,各质点的周期、频率及起振方向都与波源_。介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率_ 5、描述机械波的物理量:波长:在波动中,对平衡位置的位移_的两个相邻质点间的距离。波长通常用表示。在横波中,两个相邻的波峰或相邻的波谷之间的距离。在纵波中两相邻的的密部(或疏部)中央间的距离,振动在一个周期内在介质中传播的距离等于波长。波长反映了波动空间的周期性。周期:波在介质中传播_所用的时间。波的周期与传播的介质无关,取决于波源,
4、波从一种介质进入另一种介质周期不会改变。周期用T表示。频率:单位时间内所传播的_的个数。周期的倒数为波的频率。波的频率就是质点的振动频率。频率用f表示。周期或频率反映了波动的时间周期性。注意:波的频率由_决定,在任何介质中传播波的频率_。波从一种介质进入另一种介质时,唯一不变的是_ (或周期),波速与波长都_ 波速:波在_传播的距离。机械波的波速取决于_,一般与频率无关。波速用V表示。波速是介质对波的传播速度介质能传播波是因为介质中各质点间有弹力的作用,弹力越大,相互对运动的反应越灵教,则对波的传播速度越大通常情况下,固体对机械波的传摇速度校大,气体对机械波的传播速度较小对纵波和横波,质点间的
5、相互作用的性质有区别,那么同一物质对纵波和对横波的传播速度不相同所以,介质对波的传播速度由介质决定,与振动频率无关6、描述机械波的物理量关系:7、说明:波的频率是介质中各质点的振动频率,质点的振动是一种受迫振动,驱动力来源于波源,所以波的频率由波源决定,是波源的频率8、波的图象(1)坐标轴:规定用横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置,纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移,连结各质点位移量末端得到的曲线叫做该时刻波的图象(2)图象特点:是一条_曲线;(3)物理意义:显示某一瞬间波传播方向上介质中各质点离开平衡位置的位移情况,类似人们给大型团体操队伍拍的一张照片。注意:波的图象
6、和振动图象是根本不同的,波的图象描述的是介质中“各质点”在“某一时刻”离开平衡位置的位移;而振动图象描述的是“一个质点”在“各个时刻”离开平衡位置的位移。(4)波的图象的特点波图象的重复性:相隔时间为周期的整数倍的两个时刻的波的图象是相同的;波传播方向双向性:不指定波的传播方向时,图象中波可能向x轴正向或x轴负向传播;(5)横波图象的应用:可知波动中质点的振幅和波长若已知波的传播方向,可知介质质点的振动方向,反之亦然。相邻的波峰波谷点间的质点振动方向相同相邻平衡位置间以波峰(或波谷)对称的质点振动方向相反若知波速v,可求此时刻以后的波形图,方法是把波形图平移x=vt的距离。(6)波的传播方向与
7、质点的振动方向关系确定方法。质点带动法(特殊点法):13-2-1由波的形成传播原理可知,后振动的质点总是重复先振动质点的运动,若已知波的传播方向而判断质点振动方向时,可在波源一侧找与该点距离较近(小于)的前一质点,如果前一质点在该质点下方,则该质点将向下运动(力求重复前面质点的运动),否则该质点向上运动。例如向右传的某列波,某时刻波的图象如图所示,试判断质点M的振动方向,可在波源一侧找出离M较近的前一质点M,M在M下方,则该时刻M向下运动。微平移法:13-2-2所谓微移波形,即将波形沿波的传播方向平衡微小的一段距离得到经过微小一段时间后的波形图,据质点在新波形图中的对应位置,便可判断该质点的运
8、动方向。如图所示,原波形图(实线)沿传播方向经微移后得到微小一段时间的波形图(虚线),M点的对应位置在M处,便知原时刻M向下运动。上下坡法沿波的传播方向看去,“上坡”处的质点向下振动。下坡处的质点向上振动。如图所示,简称“上坡下,下坡上”13-2-3同侧法在波的图形的某质点M上,沿波的传播方向画一箭头,再沿竖直方向向曲线的同侧画另一箭头,则该箭头即为质点振动方向,如图所示(7)画出再经t时间波形图的方法:方法一、平移法:(1)确定t=? (2)算出t时间内波的传播距离s = vt = ? (3)把整个波形沿波的传播方向平移s 。2、方法二、特殊点法:(1)找两点(原点和的点并确定其运动方向;(
9、2)确定经t = ?T时间内这两点所达到的位置;(3)按正弦规律画出新的波形。(二)、波的干涉、衍射现象,了解多普勒效应1.波的叠加原理:在两列波重叠的区域,任何一个质点的总位移都等于两列波分别引起的位移的_。2.波的独立传播原理:在两列波重叠的区域,每一列波保持自己的特性互不干扰继续前进。3.波的干涉条件:_相同的两列同性质的波相遇现象:某些地方的振动_,某些地方的振动_,并且加强和减弱的区域间隔出现,加强的地方始终加强,减弱的地方始终减弱,形成的图样是稳定的_当两相干波源振动步调相同时,到两波源的路程差s是波长_处是加强区而路程差是_处是减弱区任何波相遇都能叠加,但两列频率不同的同性质波相
10、遇不能产生干涉4.波的衍射:_的现象叫做波的衍射。能够发生明显的衍射现象的条件是:障碍物或孔的尺寸_,或者跟波长_。5.多普勒效应当波源或者接受者相对于介质运动时,接受者会发现波的频率发生了变化,这种现象叫多普勒效应。6.声波(1)空气中的声波是_能在空气、液体、固体中传播在通常情况下在空气中为340ms,随介质、温度改变而变(2)人耳听到声波的频率范围:_.(3)能够把回声与原声区分开来的最小时间间隔为_(4)声波亦能发生反射、折射、干涉和衍射等现象声波的共振现象称为声波的共鸣(5)次声波:频率低于20 Hz的声波(6)超声波:频率高于20000 Hz的声波应用:声呐、探伤、打碎、粉碎、诊断
11、等(7)声音的分类乐音:好听悦耳的声音乐音的三要素:音调(基音的频率的高低)、响度(声源的振幅大小)、音品(泛音的多少,泛音的频率和振幅共同决定的)声强:单位时间内通过垂直于声波传播方向单位面积的能量噪声:嘈杂刺耳的声音,是妨碍人的正常生活和工作的声音噪声已列为国际公害(三)波的图象与振动图象的比较;简谐运动的振图象机械波的波动图象图象函数关系一个质点做简谐运动时,它的位置x随时间t变化的关系在某一时刻某一直线上各个质点的位置所形成的图象(横波)坐标横轴一个质点振动的时间各质点平衡位置距坐标原点的位置(距离)纵轴一个质点不同时刻相对平衡位置的位移各质点相对各自平衡位置的位移形状正弦函数或余弦函
12、数的图象由图象可直观得到的数据周期T振幅A波长振幅A波峰及波谷的位置图象上某一点的意义在某时刻(横轴坐标)做简谐运动的物体相对平衡位置的位移(纵轴坐标)在某时刻,距坐标原点的距离一定(横轴坐标)的该质点的位移(纵坐标)三、考点知识解读考点1. 机械波的形成与传播特点剖析:1.从波的形成过程可知,介质中的每个质点是在波源或前一个质点的作用下做受迫振动的,因此根据受迫振动的知识不难得出:形成波的介质中的所有质点振动的周期都是一样的,都由波源决定,当波源做简谐运动时,介质中各质点也都做同样的简谐运动。因为介质中各质点的振动规律都与波源的振动规律相同,所以通过波传递了波源的振动信息,使远处的质点能获得
13、这一信息, 所以波广泛用于对信息的传递。2.波动特点(1)波上的每个质点都围绕其平衡位置振动,而不随波动的传播而迁移,每个质点的振幅、周期都与振源的振幅、周期分别相等。(2)波是因质点的振动先后来进行传播,沿波的传播方向,总是先振动的质点依次带动后振动的质点的运动。例题1(09年四川卷19.)图13-2-5示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波,实线为t0时刻的波形图,虚线为t0.6 s时的波形图,波的周期T0.6 s,则13-2-5A.波的周期为2.4 sB.在t0.9s时,P点沿y轴正方向运动C.经过0.4s,P点经过的路程为4mD.在t0.5s时,Q点到达波峰位置解析:根据题意应用平移法可知
14、T0.6s,解得T0.8s,A错;由图可知振幅A0.2m、波长8m。t0.9s1T,此时P点沿y轴负方向运动,B错;0.4sT,运动路程为2A0.4m,C错; t0.5sTTT,波形图中Q正在向下振动,从平衡位置向下振动了T,经T到波谷,再过T到波峰,D对。答案:D点评:本题考查了对横波理解,知道波的传播实际上是波形的传播,同时又考查了波的周期性问题,双向传播可能性问题,是一道综合能力要求较高的题目【变式训练1】一列简谐横波,在t0时的波形图如图13-2-6所示,P、Q两点的x坐标分别为1m、7m,波的传播方向由右向左(即沿x轴负方向),已知t0.7s时,P质点第二次出现波峰,则以下叙述正确的
15、是()13-2-6At1.2s时,Q质点第一次出现波峰Bt0.9s时,Q质点第一次出现波峰C波源的起振方向一定沿y轴正方向D质点Q位于波峰时,质点P正好位于波谷解析:根据“前锋波”特点(1)知,P点第一次出现波峰,应是t0时处于x2m处的波峰传播到P处,传播了个波长的距离,用时为个周期。当P点第二次出现波峰时,再用时一个周期,所以有,解得 T0.4s波速 Q点第一次出现波峰是t0时刻处于x2m处的波峰匀速传播至x7m处,所以,B选项正确。由所给的波的图象和“前锋波”特点(4)可知,波源的起振方向沿y轴正方向,C选项正确。由于 ,所以D选项也正确。考点2.波动图象和振动图象的关系剖析:波动图象和
16、振动图象的形状相似,都是正弦或余弦曲线,其物理意义有本质的区别,但它们之间又有联系,因为参与波动的质点都在各自的平衡位置附近振动,质点振动的周期也等于波动的周期。解决两种图象结合的问题的基本思路(1)首先识别哪一个是波的图象,哪一个是振动图象,两者间的联系纽带是周期与振幅。(2)再从振动图象中找出某一质点在波的图象中的那一时刻的振动方向,然后再确定波的传播方向及其他问题。例题2(09年福建卷17).图13-2-7甲为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图,P是平衡位置为x=1 m处的质点,Q是平衡位置为x=4 m处的质点,图乙为质点Q的振动图象,则13-2-7O10-10O10-10y/cm
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