2020高考物理一轮复习-教案55-机械波.docx
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1、机械波考纲解读 1.知道机械波的特点和分类.2.把握波速、波长和频率的关系,会分析波的图象.3.理解波的干涉、衍射现象和多普勒效应,把握波的干涉和衍射的条件1 关于波的形成和传播,下列说法正确的是 ()A质点的振动方向与波的传播方向平行时,形成的波是纵波B质点的振动方向与波的传播方向垂直时,形成的波是横波C波在传播过程中,介质中的质点随波一起迁移D波可以传递振动形式和能量答案ABD2 如图1所示,实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t0时刻的波形图,虚线是这列波在t0.05 s时刻的波形图已知该波的波速是80 cm/s,则下列说法中正确的是() 图1A这列波有可能沿x轴正方向传播B这列波的波长是1
2、0 cmCt0.05 s时刻x6 cm处的质点正在向下运动D这列波的周期确定是0.15 s答案D解析由波的图象可看出,这列波的波长12 cm,B错误;依据v,可求出这列波的周期为T s0.15 s,D正确;依据xvt800.05 cm4 cm可推断,波应沿x轴负方向传播,依据波的“微平移”法可推断t0.05 s时刻x6 cm处的质点正在向上运动,A、C错误3 如图2所示是一列简谐波在t0时的波形图,介质中的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y10sin 5t cm.关于这列简谐波,下列说法中正确的是() 图2A这列简谐波的振幅为20 cmB这列简谐波的周期为5.0 sC这列简谐波在该介质中的
3、传播速度为25 cm/sD这列简谐波沿x轴正向传播答案D解析由题图可知,质点偏离平衡位置的最大距离即振幅为10 cm,A错;由该质点P振动的表达式可知这列简谐横波的周期为T s0.4 s,B错;由题图可知,该波的波长为4 m,波速v m/s10 m/s,C错;由质点P做简谐运动的表达式可知,t0时刻质点P正在向上运动,由此可推断波沿x轴正向传播,D正确4 如图3所示为观看水面波衍射的试验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个小孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播状况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长,则对波经过孔后的传播状况,下列描述不正确的是 ()A此时能明显观看到波
4、的衍射现象图3B挡板前后波纹间距相等C假如将孔AB扩大,有可能观看不到明显的衍射现象D假如孔的大小不变,使波源频率增大,能更明显地观看到衍射现象答案D解析由题图可以看出,孔AB尺寸与波长相差不大,因只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能观看到明显的衍射现象,故选项A、C正确;由知,v不变,f增大,只能使减小,故选项D错;既然衍射是指“波绕过障碍物而传播的现象”,那么经过孔后的波长自然不变,故选项B正确考点梳理1 机械波的形成条件:(1)波源;(2)介质2 机械波的特点(1)机械波传播的只是振动的形式和能量,质点只在各自的平衡位置四周做简谐运动,并不随波迁移(2)介
5、质中各质点的振幅相同,振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同(3)各质点开头振动(即起振)的方向均相同(4)一个周期内,质点完成一次全振动,通过的路程为4A,位移为零3 波长、波速、频率及其关系(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,用表示(2)波速波在介质中的传播速度由介质本身的性质打算(3)频率由波源打算,等于波源的振动频率(4)波长、波速和频率的关系:vf.特殊提示1.机械波从一种介质进入另一种介质,频率不变,波速、波长都转变2 机械波的波速仅由介质来打算,波速在固体、液体中比在空气中大波速的计算方法:v或v.4 波的图象的物理意义反映了某一时刻介质中各质点相对平
6、衡位置的位移5 波的干涉(1)产生稳定干涉的条件:频率相同的两列同性质的波相遇(2)现象:两列波相遇时,某些区域振动总是加强,某些区域振动总是减弱,且加强区和减弱区相互间隔(3)对两个完全相同的波源产生的干涉来说,凡到两波源的路程差为一个波长整数倍时,振动加强;凡到两波源的路程差为半个波长的奇数倍时,振动减弱6 产生明显衍射现象的条件:障碍物或孔(缝)的尺寸跟波长差不多,或者比波长更小7 多普勒效应(1)波源不动(2)观看者不动5. 一列简谐横波沿x轴传播,t0时刻的波形如图4所示则从图中可以看出()A这列波的波长为5 mB波中的每个质点的振动周期都为4 s 图4C若已知波沿x轴正向传播,则此
7、时质点a正向下振动D若已知质点b此时正向上振动,则波是沿x轴负向传播的答案C解析由题图可知,波长为4 m,选项A错误;波速未知,不能得出机械波的周期,选项B错误;若已知波沿x轴正向传播,则此时质点a正向下振动,选项C正确;若已知质点b此时正向上振动,则波是沿x轴正向传播的,选项D错误6 一列简谐横波沿x轴传播,t0时的波形如图5所示,质点A与质点B相距1 m,A点速度沿y轴正方向;t0.02 s时,质点A第一次到达正向最大位移处,由此可知() 图5A此波沿x轴负方向传播B此波的传播速度为25 m/sC从t0时起,经过0.04 s,质点A沿波传播方向迁移了1 mD在t0.04 s时,质点B处在平
8、衡位置,速度沿y轴正方向答案ABD解析依据图象,由t0时A点速度沿y轴正方向可推断,此波沿x轴负方向传播,选项A正确;依据题意,波长2 m,周期T0.08 s,波速v25 m/s,选项B正确;沿波传播方向上各质点并不随波迁移,而是在平衡位置四周做简谐运动,选项C错误;t0时刻质点B从平衡位置向下振动,经过0.04 s即0.5T,质点B处在平衡位置,速度沿y轴正方向,选项D正确方法提炼质点的振动方向与波的传播方向的互判方法(1)上下坡法沿波的传播方向看,“上坡”的点向下运动,“下坡”的点向上运动,简称“上坡下,下坡上”,如图6所示图6(2)带动法如图7所示,在质点P靠近波源一方四周的图象上另找一
9、点P,若P在P上方,则P向上运动,若P在P下方,则P向下运动图7(3)微平移法图8原理:波向前传播,波形也向前平移方法:作出经微小时间t后的波形,如图8虚线所示,就知道了各质点经过t时间到达的位置,也就知道了此刻质点的振动方向,可知图中P点振动方向向下考点一波动图象与波速公式的应用1. 波的图象反映了在某时刻介质中的质点离开平衡位置的位移状况,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,如图9:图象的应用:(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的振动方向或由各质点的振动方向确定波的传
10、播方向2 波速与波长、周期、频率的关系为:vf.例1(2011海南18(1)一列简谐横波在t0时的波形图如图10所示介质中x2 m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y10sin (5t) cm.关于这列简谐波,下列说法正确的是 ()图10A周期为4.0 sB振幅为20 cmC传播方向沿x轴正向D传播速度为10 m/s解析由题意知5 rad/s,周期为:T0.4 s,由波的图象得:振幅A10 cm、波长4 m,故波速为v10 m/s,P点在t0时振动方向为正y方向,波向正x方向传播答案CD突破训练1如图11所示为一列在均匀介质中沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形图,波速为4 m/s,
11、则()A质点P此时刻的振动方向沿y轴正方向BP点振幅比Q点振幅小C经过t3 s,质点Q通过的路程是0.6 m图11D经过t3 s,质点P将向右移动12 m答案C解析由机械波沿x轴正方向传播,利用“带动”原理可知,质点P此时刻的振动方向沿y轴负方向,选项A错误;沿波传播方向上各质点并不随波迁移,而是在平衡位置四周做简谐运动,并且各质点振动的幅度相同,即振幅相同,选项B、D均错误;依据波形图可知,波长4 m,振幅A5 cm,已知v4 m/s,所以T1 s,t3 s3T,质点Q通过的路程是12A60 cm0.6 m,所以选项C正确考点二振动图象与波动图象振动图象波动图象争辩对象一振动质点沿波传播方向
12、的全部质点争辩内容一质点的位移随时间的变化规律某时刻全部质点的空间分布规律图象物理意义表示同一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图象信息(1)质点振动周期(2)质点振幅(3)某一质点在各时刻的位移(4)各时刻速度、加速度的方向(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、振动方向的互判图象变化随时间推移,图象连续,但已有外形不变随时间推移,波形沿传播方向平移一完整曲线占横坐标的距离表示一个周期表示一个波长例2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
13、的振动图象,则 ()图12At0.15 s时,质点Q的加速度达到正向最大Bt0.15 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解析A选项,由乙图象看出,当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成正比,方向与位移方向相反,所以加速度为正向最大值;B选项中,由乙图象看出,简谐运动的周期为T0.20 s,t0.10 s时,质点Q的速度方向沿y轴负方向,由甲图可以看出,波的传播方向应当沿x轴负方向,因甲图是t0.10 s的波形,所以t0.15
14、s时,经受了0.05 s的时间,图甲的波形沿x轴负方向平移了2 m的距离,如图所示,因波沿x轴负方向传播,则此时P点的运动方向沿y轴负方向;C选项中,由题意知8 m,T0.2 s,则v40 m/s.从t0.10 s到t0.25 s,该波沿x轴负方向传播的距离为0.15 s40 m/s6 m;D选项中,由图甲可以看出,由于t0.10 s时刻质点P不处于平衡位置,故从t0.10 s到t0.25 s质点P通过的路程不为30 cm,本题正确选项为A、B.答案AB突破训练2如图13所示,甲图为沿x轴传播的一列简谐横波在t0时刻的波动图象,乙图是x2 m处质点P的振动图象,下列推断正确的是 ()图13A该
15、波的传播速率为4 m/sB该波沿x轴正方向传播C经过0.5 s,质点P沿波的传播方向移动2 mD若遇到3 m的障碍物,该波能发生明显的衍射现象答案AD解析由题图可知,机械波的波长为4 m,周期为T1 s,则v4 m/s,该波的传播速率为4 m/s,选项A正确;由乙图可知,t0时刻质点P经平衡位置往下振动,由甲图可知,该波沿x轴负方向传播,选项B错误;质点P只在平衡位置四周振动,不沿波的传播方向移动,选项C错误;由于波长大于障碍物尺寸,该波能发生明显的衍射现象,选项D正确考点三波的干涉、衍射、多普勒效应1 波的干涉中振动加强点和减弱点的推断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
16、之差r.(1)当两波源振动步调全都时若rn(n0,1,2,),则振动加强;若r(2n1)(n0,1,2,),则振动减弱(2)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 波的衍射现象是指波能绕过障碍物连续传播的现象,产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长3 多普勒效应的成因分析(1)接收频率:观看者接收到的频率等于观看者在单位时间内接收到的完全波的个数当波以速度v通过观看者时,时间t内通过的完全波的个数为N,因而单位时间内通过观看者的完全波的个数,即接收频率(2)当波源与观看者相互靠近时,观看者
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