机械波知识复习资料dggl.docx
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1、机械波知知识复习习归纳资资料一、知识识点归纳纳1. 机机械波的的形成(1)产产生机械械波的两两个条件件:波源源及介质质,两者者缺一不不可。原原因:介介质间存存在相互互作用力力理解机机械波的的研究对对象是无无数个质质点,且且都在做做振幅、周周期(或或频率)相相同,但但初相依依次落后后的简谐谐振动。(2)简简谐波:波源做做简谐振振动,传传播方向向单一且且振幅不不变,波波形图为为正弦或或余弦线线的波为为简谐波波。(3)横横波、纵纵波(4)理理解质点点的振动动轨迹、振振动方向向(或质质点的运运动速度度方向)、波波的传播播方向三三者的关关系。(5)机机械波传传播的本本质机械波波传播的的是振动动的形式式和
2、能量量,质点点在各自自的平衡衡位置附附近振动动,并不不随波迁迁移。实实质:通通过传播播振动的的形式而而将振源源的能量量传播出出去。波波的传播播是匀速速的。 形象象直观地地看:是是正弦(或或余弦)曲曲线的形形状沿传传播方向向的匀速速平移。2. 描描述机械械波的物物理量(1)周周期T:介质中中各质点点的振动动周期和和波的传传播周期期都与波波源的振振动周期期相同。由波源决决定,与与介质无无关。(2)波波长:由介介质、波波源共同同决定 相邻邻两个同同相质点点间的距距离 对于于横波传传播时:相邻两两个波峰峰或波谷谷质点间间的距离离。对于于纵波传传播时:相邻两两个密部部中央质质点或疏疏部中央央质点间间的距
3、离离。 机械械波在一一个周期期内传播播的距离离(3)波波速v在现在学学习范围围内,机机械波的的传播速速度只与与介质本本身的性性质有关关,与周周期、频频率、波波长、波波幅(振振幅)无无关。(4)波波速、波波长、周周期(或或频率)三三者的关关系3. 波波的图像像(1)了了解波的的图象的的物理意意义、会会画波的的图象、能能从波的的图象找找出所包包含的规规律。作波的图图象的两两种方法法平移法法:先算算出经t时间波波传播的的距离,再再把波形形沿波的的传播方方向平移移x即可。因因为波动动图象的的重复性性,若已已知波长长,则则波形平平移n个时时波形不不变。当当x=n+x时,可可采取去去整n留零零x的方法法,
4、只需需平移xx即可。特殊点点法:在在波形上上找两特特殊点,如如过平衡衡位置的的点和与与它相邻邻的峰(谷谷)点,先先确定这这两点的的振动方方向,再再看tt=nTT+t。由由于经nnT波形形不变,所所以也采采取去整整nT留零零t的方法法,分别别做出两两特殊点点经t后的位位置,然然后按正正弦规律律画出新新波形。(2)弄弄清波的的图象与与质点振振动图象象的区别别。(3)已已知t时时刻波的的图象可可获取的的信息有有:该时刻刻各质点点的位移移;质点振振动的振振幅A;波长;若知道道波速vv的方向向,可知知各质点点的运动动方向。若知道道该时刻刻某质点点的运动动方向,可可判断波波的传播播方向。若已知知波速vv的
5、大小小,可求求频率ff或周期期T:若已知知f或T,可求求v的大小小若已知知波速vv的大小小和方向向,可画画出后一一时刻的的波形图图:波在在均匀介介质中做做匀速运运动,时时间tt内各质质点的运运动形式式沿波速速方向传传播xx=vt,即把把原波形形图沿波波的传播播方向平平移xx。4. 波波的现象象与有关关研究波波的原理理(1)波波的反射射和折射射利用平面面波根据据惠更斯斯原理解解释反射射和折射射规律,要要点是理理解波面面和波线线概念,引引入子波波概念,利利用光的的直线传传播原理理正确作作图,应应用数学学平面几几何(圆圆和三角角形)知知识建立立等量关关系。(2)衍衍射现象象(波绕绕过障碍碍物或通通过
6、小孔孔、缝的的现象)用惠更更斯原理理并引入入子波概概念,较较容易理理解波的的衍射现现象。 能够够发生明明显的衍衍射现象象的条件件是:障障碍物或或孔的尺尺寸比波波长小,或或者跟波波长相差差不多。这里衍射射条件的的表述 “相差不不多”,许多多学生希希望有明明确的界界限,这这是错误误的想法法,“相差不不多”与“明显的的现象”相对应应,应该该用模糊糊的词语语表述。(3)波波的干涉涉波的叠叠加原理理:在两两列波重重叠的区区域,任任何一个个质点的的总位移移都等于于两列波波分别引引起的位位移的矢矢量和。 其实就就是两个个简谐运运动的合合成。波的独独立传播播原理:几列波波相遇时时在两列列波重叠叠的区域域,能够
7、够保持各各自的状状态而不不互相干干扰。几几列波的的重叠区区域中的的任何一一个质点点的位移移都等于于几列波波引起位位移的矢矢量和最能说说明独立立传播原原理的是是声波;几个人人在一起起同时讲讲话,虽虽然声波波在空间间叠加,但但人们仍仍然能分分出各自自的声音音。 产生生稳定干干涉现象象的条件件:频率率相同;振动方方向相同同;有固固定的相相位差。 其实实就是两两个同直直线上的的、频率率相同的的、相差差恒定的的简谐运运动的合合成,就就能得到到稳定的的干涉现现象。 两列列相干波波的波峰峰与波峰峰(或波波谷与波波谷)相相遇处是是振动最最强的地地方,波波峰与波波谷(或或波谷与与波峰)相相遇处是是振动最最弱的地
8、地方。 记忆忆课本上上关于两两列相干干波的干干涉示意意图,注注意干涉涉图样中中波面的的分布和和虚、实实线情况况,格外外关注图图样的对对称性,以以理解振振动最强强点、最最弱点。(5)多多普勒效效应当波源和和观察者者相对运运动时,观观察者接接受到的的声波的的频率发发生了变变化的现现象。结合自己己的生活活实例记记忆多普普勒现象象。(如如在公路路汽车靠靠近和远远离自己己时听到到的鸣笛笛声)【典型例例题】例1 如图图所示,aa、b是是一列横横波上的的两个质质点,它它们在XX轴上的的距离ss=300m,波波沿x轴轴正方向向传播,当当a振动动到最高高点时bb恰好经经过平衡衡位置,经经过3ss,波传传播了33
9、0m,并并且a经经过平衡衡位置,bb恰好到到达最高高点,那那么( )A. 这这列波的的速度一一定是110 mms B. 这列波波的周期期可能是是088sC. 这这列波的的周期可可能是33s D. 这列列波的波波长可能能是 224 mm解析:因因波向外外传播是是匀速推推进的,故故vSt=100m/ss,设这这列波的的振动周周期为TT,由题题意知经经3s,aa质点由由波峰回回到平衡衡位置,可可得T/4十nnT/223(nn=1,22)另由v=/T得得波长=,(nn0,11,2)在n22时,对对应的波波长24 m;在在n77时,TT0.8s。故故选项AA、B、DD正确。答案:AABD 点评:本本题在
10、写写出周期期T的通通式时即即应用了了“特殊点点法”,对aa质点,同同波峰回回到平衡衡位置需需T44 时间间,再经经T/22又回到到平衡位位置,这样样即可写写出T的的通式。当当然,若若考虑质质点b,也也能写出出这样的的通式(同同时须注注意到开开始时bb恰好经经过平衡衡位置,包包括向上上通过平平衡位置置和向下下通过平平衡位置置这两种种情况)。例2 一一列波在在媒质中中向某一一方向传传播,图图所示的的为此波波在某一一时刻的的波形图图,并且且此时振振动还只只发生在在M、NN之间。此此列波的的周期为为T,QQ质点速速度方向向在波形形图中是是向下的的,下列列判断正正确的是是( )A. 波波源是MM,由波波
11、源起振振开始计计时,PP质点已已经振动动的时间间为TB. 波波源是NN,由波波源起振振开始计计时,PP点已经经振动的的时间为为3 TT4C. 波波源是NN,由波波源起振振开始计计时,PP点已经经振动的的时间为为T44D. 波波源是MM,由波波源起振振开始计计时,PP点已经经振动的的时间为为T44解析:若若波源是是M,则则由于QQ点的速速度方向向向下,在在 Q点点的下向向找一相相邻的质质点,这这样的质质点在QQ的右侧侧,说明明了振动动是由右右向左传传播,NN点是波波源,图图示时刻刻的振动动传到MM点,PP与M点点相距4,则则P点已已经振动动了T4。故故C选项项正确。点评:本本题关键键是由质质点的
12、运运动方向向确定波波的传播播方向,从从而确定定波源的的位置。例3 如如图所示示,O为为上下振振动的波波源,振振动频率率为1000Hzz,它PP所产生生的横波波同时向向左、向向右传播播。波速速为800 ms,MM、N两两质点距距波源的的距离分分别为OOM117.44m,OON116.22m,当当波源通通过平衡衡位置向向上振动动时,MM、N两两质点的的位置分分别为( )A. MM点在波波峰,NN点在波波谷 BB. MM、N两两点均在在波峰C. NN点在波波峰,MM点在波波谷 DD. MM、N两两点均在在波谷解析:由由题意可可知该列列波的波波长为vf8801100mm0.88m。MM、N两两点与波波
13、源的距距离分别别为OMM177.4mm(221334), ON=16.2m(20l4)A. 这说明 M、N两点为反相点,当波源 O在平衡位置向上振动时波形图如图所示,图中的P点与M点是同相点,Q点与N点是同相点,所以M在波峰,N点在波谷,A选项正确。点评:本本题关键键有两点点:当波波源O由由平衡位位置向上上运动时时,波源源两侧的的质点的的波形图图的形状状,也就就是确定定如图的的波形图图(O两两侧相邻邻的质点点均追随随O点向向上运动动且在OO点的下下方);在O点点的附近近寻找MM、N两两点的同同相点PP、Q。例4 如如图是一一列向右右传播的的简谐横横波在某某时刻的的波形图图。已知知波速vv=0.
14、55m/ss,画出出该时刻刻7s前前及7ss后的瞬瞬时波形形图。解析:=2mm,v=0.55m/ss,=44s,所所以(11)波在在7s内内传播的的距离为为x=vt=3.55m=77/44,(22)质点点振动时时间为77T/44。方法1:波形平平移法:现有波波形向右右平移可可得7ss后的波波形;现现有波形形向左平平移可可得7ss前的波波形。 由上得到到图中77s后的的瞬时波波形图(粗粗实线)和和7s前前的瞬时时波形图图(虚线线)。方法2:特殊质质点振动动法:根根据波动动方向和和振动方方向的关关系,确确定两个个特殊点点(如平平衡点和和峰点)在在3T/4前前和3TT/4后后的位置置进而确确定波形形
15、。例5 如图图所示,虚虚线和实实线分别别为一列列简谐横横波上两两质点PP、Q的的振动图图象,两两质点相相距300m,则(1)若若P质点点离波源源近,则则波速多多大?(2)若若Q质点点离波源源近,则则波速多多大?解析:(1)若若P先振振动,则则波由PP传到QQ用时为为t=(n+T)=88n+2 (s)所以,vv=(m/s) (n=0,11,2,33,)(2)若若Q先振动动,则波波由Q传传到P用用时为t=(nn+T)=88n+6 (s)所以,vv=(m/ss) (n=0,11,2,33,.)点评:波波速可由由匀速直直线运动动规律求求得。同同时要注注意机械械波的周周期性带带来的多多解讨论论。例6 如
16、如图所示示,甲为为某一波波动在tt=1.0s时时的图象象,乙为为参与该该波动的的P质点点的振动动图象。(1)说说出两图图中AAA/的意义义?(2)说说出甲图图中OAA/B图线线的意义义?(3)求求该波速速v=?(4)在在甲图中中画出再再经3.5s时时的波形形图(5)求求再经过过3.55s时pp质点的的路程SS和位移移解析:(11)甲图图中AAA/表示AA质点的的振幅或或1.00s时AA质点的的位移大大小为00.2mm,方向向为负。乙乙图中AAA表示PP质点的的振幅,也也是 PP质点在在 0.25ss的位移移大小为为0.22m,方方向为负负。(2)甲甲图中OOA/B段图图线表示示O 到到B之间间
17、所有质质点在11.0ss时的位位移、方方向均为为负。由由乙图看看出P质质点在11.0ss时向一一y方向向振动,由由带动法法可知甲甲图中波波向左传传播,则则OA/间各质质点正向向远离平平衡位置置方向振振动,AA/B间各各质点正正向靠近近平衡位位置方向向振动。(3)甲甲图得波波长4 mm,乙图图得周期期 T1s 所以以波速vv=/T=4m/ss(4)用用平移法法:xvvt14 m(33十)所以只需需将波形形向x轴轴负向平平移=2m即可可,如图图所示(5)求求路程:因为nn=77,所以以路程SS=2AAn=220.227=2.8m求位移:由于波波动的重重复性,经经历时间间为周期期的整数数倍时,位位移
18、不变变,所以以只需考考查从图图示时刻刻,p质质点经TT/2时时的位移移即可,所所以经33.5ss质点PP的位移移仍为零零。例7 如图图实线是是某时刻刻的波形形图象,虚虚线是经经过0.2s时时的波形形图象。求求: 波传传播的可可能距离离 可能能的周期期(频率率) 可能能的波速速 若波波速是335m/s,求求波的传传播方向向 若00.2ss小于一一个周期期时,传传播的距距离、周周期(频频率)、波波速。解析: 题中中没给出出波的传传播方向向,所以以有两种种可能:向左传传播或向向右传播播。向左传播播时,传传播的距距离为xx=n+3/4=(4nn+3)mm(n=0、11、2)向右传播播时,传传播的距距离
19、为xx=n+/4=(4nn+1)mm(n=0、11、2) 向左左传播时时,传播播的时间间为t=nT+3T/4得:T=44t/(44n+33)=00.8 /(44n+33)(nn=0、11、2)向右传播播时,传传播的时时间为tt=nTT+T/4得:T=44t/(44n+11)=00.8 /(44n+11)(nn=0、11、2) 计算算波速,有有两种方方法。vv=x/t 或vv=/T向左传播播时,vv=x/t=(44n+33)/00.2=(200n+115)mm/s或或v=/T=4(44n+33)/00.8=(200n+115)mm/s(nn=0、11、2)向右传播播时,vv=x/t=(44n+1
20、1)/00.2=(200n+55)m/s或vv=/T=4(44n+11)/00.8=(200n+55)m/s(nn=0、11、2) 若波波速是335m/s,则则波在00.2ss内传播播的距离离为x=vt=350.22m=7m=11,所以以波向左左传播。 若00.2ss小于一一个周期期,说明明波在00.2ss内传播播的距离离小于一一个波长长。则:向左传播播时,传传播的距距离x=3/4=33m;传传播的时时间t=3T/4得:周期TT=0.2677s;波波速v=15mm/s.向右传传播时,传传播的距距离为xx=/4=11m;传播的的时间tt=T/4得:周期TT=0.8s;波速vv =55m/ss.点
21、评:做做此类问问题的选选择题时时,可用用答案代代入检验验法。例8 如图图所示,在在同一均均匀媒质质中有SS1、S2两个波波源,这这个波源源的频率率、振动动方向均均相同,且且振动的的步调完完全一致致,S11、S2之间相相距两个个波长,DD点为SS1、S2连线中中点,今今以D点点为圆心心,以RR=DSS1为半径径画圆,问问在该圆圆周上(SS1、S2两波源源除外)共共有几个个加强点点?解析:干干涉强、弱弱区的判判断方法法有两种种:(1)在在波峰与与波峰相相遇或波波谷与波波谷相遇遇处是干干涉加强强区;在在波峰与与波谷相相遇或波波谷与波波峰相遇遇处是干干涉减弱弱区。(2)与与相同波波源的距距离差为为半波
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