第2節(jié)機(jī)械波 一 機(jī)械波及分類1 機(jī)械波的形成和傳播 1 產(chǎn)生條件 有波源 有介質(zhì) 如空氣 水 繩子等 2 傳播特點(diǎn) 傳播振動形式 能量和信息 質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移 介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動頻率 振幅 起振方向等都與波源相同 2 機(jī)械波的分類 二 描述機(jī)械波的物理量1 波長 在波動中振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離 用 表示 2 頻率f 在波動中 介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動頻率都是相同的 都等于波源的振動頻率 3 波速v 波長 和頻率f 周期T的關(guān)系 機(jī)械波的速度大小由介質(zhì)決定 與機(jī)械波的頻率無關(guān) 三 機(jī)械波的圖象1 圖象 在平面直角坐標(biāo)系中 用橫坐標(biāo)表示介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置 用縱坐標(biāo)表示某一時刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移 連接各位移矢量的末端 得出的曲線即為波的圖象 簡諧波的圖象是正弦 或余弦 曲線 2 物理意義 為某一時刻介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)相對平衡位置的位移 四 波的衍射和干涉多普勒效應(yīng)1 波的干涉和衍射 2 多普勒效應(yīng) 1 條件 聲源和觀察者之間有相對運(yùn)動 2 現(xiàn)象 觀察者感到頻率發(fā)生變化 3 實(shí)質(zhì) 聲源頻率不變 觀察者接收到的頻率變化 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 波的傳播與圖象1 波動圖象的信息 如圖所示 1 直接讀取振幅A和波長 以及該時刻各質(zhì)點(diǎn)的位移 2 確定某時刻各質(zhì)點(diǎn)加速度的方向 并能比較其大小 3 結(jié)合波的傳播方向可確定各質(zhì)點(diǎn)的振動方向或由各質(zhì)點(diǎn)的振動方向確定波的傳播方向 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 3 波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)的振動方向的判斷方法 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例1 多選 2017 全國卷 如圖 一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播 實(shí)線為t 0時的波形圖 虛線為t 0 5s時的波形圖 已知該簡諧波的周期大于0 5s 關(guān)于該簡諧波 下列說法正確的是 A 波長為2mB 波速為6m sC 頻率為1 5HzD t 1s時 x 1m處的質(zhì)點(diǎn)處于波峰E t 2s時 x 2m處的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過平衡位置 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 思維點(diǎn)撥本題知道兩個時刻的波形 可以運(yùn)用波形的平移法分析波傳播的最短距離 要理解 該簡諧波的周期大于0 5s 表達(dá)的意義 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練1 2017 天津卷 手持較長軟繩端點(diǎn)O以周期T在豎直方向上做簡諧運(yùn)動 帶動繩上的其他質(zhì)點(diǎn)振動形成簡諧波沿繩水平傳播 示意如圖 繩上有另一質(zhì)點(diǎn)P 且O P的平衡位置間距為l t 0時 O位于最高點(diǎn) P的位移恰好為零 速度方向豎直向上 下列判斷正確的是 A 該簡諧波是縱波B 該簡諧波的最大波長為2l 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 2 多選 2016 天津卷 在均勻介質(zhì)中坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一波源做簡諧運(yùn)動 其表達(dá)式為y 5sin 它在介質(zhì)中形成的簡諧橫波沿x軸正方向傳播 某時刻波剛好傳播到x 12m處 波形圖象如圖所示 則 A 此后再經(jīng)6s該波傳播到x 24m處B M點(diǎn)在此后第3s末的振動方向沿y軸正方向C 波源開始振動時的運(yùn)動方向沿y軸負(fù)方向D 此后M點(diǎn)第一次到達(dá)y 3m處所需時間是2s 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 3 多選 2016 全國卷 由波源S形成的簡諧橫波在均勻介質(zhì)中向左 右傳播 波源振動的頻率為20Hz 波速為16m s 已知介質(zhì)中P Q兩質(zhì)點(diǎn)位于波源S的兩側(cè) 且P Q和S的平衡位置在一條直線上 P Q的平衡位置到S的平衡位置之間的距離分別為15 8m 14 6m P Q開始振動后 下列判斷正確的是 A P Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的方向始終相同B P Q兩質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的方向始終相反C 當(dāng)S恰好通過平衡位置時 P Q兩點(diǎn)也正好通過平衡位置D 當(dāng)S恰好通過平衡位置向上運(yùn)動時 P在波峰E 當(dāng)S恰好通過平衡位置向下運(yùn)動時 Q在波峰 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 波的圖象與振動圖象的關(guān)聯(lián)應(yīng)用振動圖象與波的圖象的比較 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例2 2017 湖北武漢期中 圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形圖 a b兩質(zhì)點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別為xa 2m和xb 6m 圖乙為質(zhì)點(diǎn)b從該時刻開始計(jì)時的振動圖象 下列說法正確的是 A 該波沿 x方向傳播 波速為1m sB 質(zhì)點(diǎn)a經(jīng)4s振動的路程為4mC 此時刻質(zhì)點(diǎn)a的速度沿 y方向D 質(zhì)點(diǎn)a在t 2s時速度為零 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 思維點(diǎn)撥 1 如何分析波的傳播速度 質(zhì)點(diǎn)的振動路程 2 如何確定波的圖象上各質(zhì)點(diǎn)的振動方向 提示 由波的圖象讀出波長 由振動圖象讀出周期T 再由v 計(jì)算出波速 質(zhì)點(diǎn)的振動路程由振幅和振動時間來決定 提示 可用帶動法 同側(cè)法 微平移法等判斷 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 一分 一看 二找 巧解波的圖象與振動圖象綜合類問題 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練4 多選 2017 河南平頂山模擬 圖甲為一列簡諧橫波在某一時刻的波形 圖乙為介質(zhì)中x 2m處的質(zhì)點(diǎn)P以此時刻為計(jì)時起點(diǎn)的振動圖象 下列說法正確的是 A 這列波的傳播方向是沿x軸正方向B 這列波的傳播速度是20m sC 經(jīng)過0 15s 質(zhì)點(diǎn)P沿x軸的正方向傳播了3mD 經(jīng)過0 1s 質(zhì)點(diǎn)Q的運(yùn)動方向沿y軸正方向E 經(jīng)過0 35s 質(zhì)點(diǎn)Q距平衡位置的距離小于質(zhì)點(diǎn)P距平衡位置的距離 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 5 圖甲為t 1s時某橫波的波形 圖乙為該波傳播方向上某一質(zhì)點(diǎn)的振動圖象 距該質(zhì)點(diǎn) x 0 5m處質(zhì)點(diǎn)的振動圖象可能是 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 波的多解問題 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例3 2017 黑龍江牡丹江期中 如圖實(shí)線是某時刻的波形 虛線是經(jīng)過0 2s時的波形 求 1 波傳播的可能距離 2 可能的周期 3 若波速是35m s 波的傳播方向 4 若0 2s小于一個周期時 傳播的距離 周期 波速 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 答案 見解析解析 1 由題圖知 波長 4m 當(dāng)波沿x軸向左傳播時 傳播的距離為 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 3 若波速是35m s 則波在0 2s內(nèi)傳播的距離為 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 波的多解問題的一般思路 1 根據(jù)初 末兩時刻的波形確定傳播距離與波長的關(guān)系通式 2 根據(jù)題設(shè)條件判斷是唯一解還是多解 4 一般采用從特殊到一般的思維方法 即找出一個周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系 t或 x 若此關(guān)系為時間t nT t n 0 1 2 3 或此關(guān)系為距離x n x n 0 1 2 3 可找到周期或波長的表達(dá)式 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練6 多選 2016 四川卷 簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播 P Q是傳播方向上相距10m的兩質(zhì)點(diǎn) 波先傳到P 當(dāng)波傳到Q開始計(jì)時 P Q兩質(zhì)點(diǎn)的振動圖象如圖所示 則 A 質(zhì)點(diǎn)Q開始振動的方向沿y軸正方向B 該波從P傳到Q的時間可能為7sC 該波的傳播速度可能為2m sD 該波的波長可能為6m 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 7 2017 河北衡水模擬 在一列沿水平直線傳播的簡諧橫波上有相距4m的A B兩點(diǎn) 如圖甲 乙分別是A B兩質(zhì)點(diǎn)的振動圖象 已知該波波長大于2m 求這列波可能的波速 答案 見解析解析 由振動圖象得質(zhì)點(diǎn)振動周期T 0 4s 若波由A向B傳播 B點(diǎn)比A點(diǎn)晚振動的時間 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 所以A B間的距離為 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 2m 所以n 0 1當(dāng)n 0時 1 16m v1 40m s 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 波的衍射 干涉和多普勒效應(yīng)1 波的干涉中振動加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的判斷 某質(zhì)點(diǎn)的振動是加強(qiáng)還是減弱 取決于該點(diǎn)到兩相干波源的距離之差 r 2 波的衍射現(xiàn)象是指波能繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象 產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是縫 孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不大或者小于波長 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 3 多普勒效應(yīng)的成因分析 1 接收頻率 觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù) 當(dāng)波以速度v通過觀察者時 時間t內(nèi)通過的完全波的個數(shù)為N 因而單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波的個數(shù) 就是接收頻率 2 當(dāng)波源與觀察者相互靠近時 觀察者接收到的頻率變大 當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時 觀察者接收到的頻率變小 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例4 多選 2017 沈陽質(zhì)量監(jiān)測 如圖是水面上兩列頻率相同的波在某時刻的疊加情況 以波源S1 S2為圓心的兩組同心圓弧分別表示同一時刻兩列波的波峰 實(shí)線 和波谷 虛線 S1的振幅A1 4cm S2的振幅A2 3cm 則下列說法正確的是 A 質(zhì)點(diǎn)D是振動減弱點(diǎn)B 質(zhì)點(diǎn)A D在該時刻的高度差為14cmC 再過半個周期 質(zhì)點(diǎn)B C是振動加強(qiáng)點(diǎn)D 質(zhì)點(diǎn)C的振幅為1cmE 質(zhì)點(diǎn)C此刻以后將向下振動 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練8 2017 山西朔州期中 右圖表示兩列相干水波的疊加情況 圖中的實(shí)線表示波峰 虛線表示波谷 設(shè)兩列波的振幅均為5cm 且在圖示的范圍內(nèi)振幅不變 波速和波長分別為1m s和0 5m C點(diǎn)是BE連線的中點(diǎn) 下列說法不正確的是 A C E兩點(diǎn)都保持靜止不動B 圖示時刻A B兩點(diǎn)的豎直高度差為20cmC 圖示時刻C點(diǎn)正處在平衡位置且向水面運(yùn)動D 從圖示的時刻起經(jīng)0 25s后 B點(diǎn)通過的路程為20cm 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 9 多選 一漁船向魚群發(fā)出超聲波 若魚群正向漁船靠近 則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比 A 波速變大B 波速不變C 頻率變高D 頻率不變 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 10 如圖所示 P為橋墩 A為靠近橋墩浮出水面的葉片 波源S連續(xù)振動 形成水波 此時葉片A靜止不動 為使水波能帶動葉片振動 可用的方法是 A 提高波源頻率B 降低波源頻率C 增加波源距橋墩的距離D 減小波源距橋墩的距離 答案 解析