高考物理一轮复习13.2机械波课件

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知识点一　机械波、横波和纵波1．机械波的形成和传播(1)产生条件①有________．②有能传播振动的________，如空气、水、绳子等．(2)传播特点①传播振动形式、________和信息．②质点不________．③介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源________．
知识点二　横波的图象　 1．坐标轴：横轴表示各质点的________，纵轴表示该时刻各质点的位移．如图．2．物理意义：表示在波的传播方向上，某时刻各质点离开________的位移．
知识点三　波的特有现象1．波的叠加观察两列波的叠加过程可知：几列波相遇时，每列波都能够保持各自的状态继续传播而不________，只是在重叠的区域里，质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的________________．2．波的干涉和衍射
知识点四　多普勒效应1．定义：由于波源和观察者之间有________，使观察者感到波的频率________的现象．2．实质：声源频率________，观察者接收到的频率________．3．规律(1)波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的________；(2)波源与观察者如果相互远离，观察者接收到的________．(3)波源和观察者如果相对静止，观察者接收到的频率________波源的频率．
思考辨析(1)在机械波传播过程中，介质中的质点随波的传播而迁移．(　　)(2)通过波的图象可以找出任一质点在任意时刻的位移．(　　)(3)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同．(　　)(4)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍．(　　)(5)波速表示介质中质点振动的快慢．(　　)(6)波速v的大小由T、λ共同决定．(　　)
(7)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象．(　　)(8)两列波叠加时，加强区的质点振幅变大，质点一直处于位移最大值处．(　　)(9)一切波都能发生衍射现象．(　　)(10)发生多普勒效应时，波源的真实频率不会发生任何变化．(　　)
教材改编[人教版选修3－4·P28·T2改编]一列横波某时刻的波形如图所示，图乙表示介质中某质点的振动图象，若波沿x轴的正方向传播，图甲为t＝0时刻的波形图，图乙为哪点的振动图象(　　) A．K点 B．L点 C．M点 D．N点
2．波的传播方向与质点振动方向的互判方法
题型1|机械波及波速公式的应用例1 [2020·浙江7月](多选)如图所示，x轴上－2 m、12 m 处有两个振动周期均为4 s、振幅均为1 cm的相同的波源S1、S2，t＝0时刻同时开始竖直向下振动，产生波长均为4 m沿x轴传播的简谐横波．P、M、Q分别是x轴上2 m、5 m和8.5 m的三个点，下列说法正确的是(　　)A．6.0 s时，P、M、Q三点均已振动B．8.0 s后M点的位移始终是2 cmC．10.0 s后P点的位移始终是0D．10.5 s时Q点的振动方向竖直向下
题型3|波的传播方向与质点振动方向之间的关系判断例 3[2019·北京卷]一列简谐横波某时刻的波形如图所示，比较介质中的三个质点a、b、c，则(　　)A．此刻a的加速度最小B．此刻b的速度最小C．若波沿x轴正方向传播，此刻b向y轴正方向运动D．若波沿x轴负方向传播，a比c先回到平衡位置
解析：本题考查了机械波中对波动图像的理解，需分析质点的振动方向，体现了物理学科核心素养中的模型建构和科学推理素养．由－ky＝ma可知，质点a的加速度最大，故A选项错误．质点b处于平衡位置，速度最大，故B选项错误．波沿x轴正方向传播时由“同侧法”得b向y轴正方向运动，故C选项正确．同理，波沿x轴负方向传播时，质点a向下运动，质点c向上运动，c先回到平衡位置，故D选项错误．
练1　(多选)某时刻O处质点沿y轴开始做简谐运动，形成沿x轴正方向传播的简谐横波，经过0.8 s时O处质点形成的波动图像如图所示．P点是x轴上距坐标原点96 cm处的质点．下列判断正确的是(　　)A．该质点开始振动的方向沿y轴向上B．该质点振动的周期是0.8 sC．从O处质点开始振动计时，经过3.2 s，P处质点开始振动D．该波的波速是30 m/s
考点二　振动图像与波的图像的综合应用师生共研1．振动图像和波的图像的比较
2.“一分、一看、二找”巧解波的图像与振动图像综合类问题
例4 (多选)图甲为一列简谐横波在t＝2 s时的波形图，图乙为介质中平衡位置在x＝1.5 m处的质点的振动图像，P是平衡位置为x＝2 m的质点．下列说法正确的是(　　)A．波速为0.5 m/sB．波的传播方向向右C．0～2 s时间内，P运动的路程为8 cmD．当t＝7 s时，P恰好回到平衡位置
练3　[2020·北京市普通高中学业水平等级考试]一列简谐横波某时刻波形如图甲所示．由该时刻开始计时，质点L的振动情况如图乙所示．下列说法正确的是(　　)A．该横波沿x轴负方向传播B．质点N该时刻向y轴负方向运动C．质点L经半个周期将沿x轴正方向移动到N点D．该时刻质点K与M的速度、加速度都相同
解析：由图可知乙质点L的振动情况，该时刻质点L向y轴正方向振动．根据上下坡法或者平移法可知，该横波沿x轴正方向传播，质点N该时刻向y轴负方向运动，故A错误，B正确；质点L只在平衡位置附近y轴方向上下振动，波传播时，质点不会沿x轴正方向移动，故C错误；该时刻质点K与M的速度为零，质点K加速度为－y方向，质点M加速度为＋y方向，故D错误．
练4　如图所示，图甲为t＝1 s时某横波的波形图像，图乙为该波传播方向上某一质点的振动图像，则距该质点Δx＝0.5 m处质点的振动图像可能是(　　)
考点三　机械波传播过程中的多解问题多维探究1．波动问题多解的主要因素(1)周期性①时间的周期性：时间间隔Δt与周期T的关系不明确，多解通式为t＝nT＋Δt.②空间的周期性：波传播的距离Δx与波长λ的关系不明确，多解通式为x＝nλ＋Δx.(2)双向性①传播方向双向性：波的传播方向不确定．②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Δt或Δx，若此关系为时间，则t＝nT＋Δt(n＝0，1，2，…)；若此关系为距离，则x＝nλ＋Δx(n＝0，1，2，…)
题型1|波的周期性形成多解例5 [2021·湖北黄石二中月考]一列沿x轴正方向传播的简谐横波，实线为t＝0时刻波形，虚线为t＝0.3 s时刻的波形，Δx＝7.5 m求：(1)该列波传播速度的大小；(2)若波的速度取最小值，写出x＝7.5 m处的质点P振动方程．
题型2|波传播的双向性形成多解例6 如图中实线是一列简谐横波在t1＝0时刻的波形，虚线是这列波在t2＝0.5 s时刻的波形．(1)写出这列波的波速表达式；(2)若波速大小为74 m/s，波速方向如何？
练5　如图所示，一列简谐横波在x轴上传播，图乙和图丙分别为x轴上a、b两质点的振动图像，且xab＝6 m．下列说法正确的是(　　)A．波一定沿x轴正方向传播B．波长一定是8 mC．波速一定是6 m/sD．波速可能是2 m/s
练6　如图所示，A、B、C、D、E是均匀介质中x轴上的五个点，相邻两点的间距为1 m，一列简谐横波以5 m/s的速度沿x轴正方向传播，在t＝0时刻到达质点A处，质点A由平衡位置开始竖直向下振动，其振幅为10 cm，周期为0.8 s.(1)求该简谐波的波长；(2)画出t＝0.6 s时的波形图；(3)求自t＝0时刻起到质点E到达波峰所需的时间．
2．多普勒效应的成因分析(1)接收频率：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数．(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小．
[多维练透]1.如图，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动．为使水波能带动叶片振动，可用的方法是(　　)A．提高波源频率B．降低波源频率C．增加波源距桥墩的距离D．减小波源距桥墩的距离
解析：波能否发生明显的衍射现象，取决于波长与障碍物尺寸的大小关系．频率减小时，波长增大，波可能发生明显衍射，故B正确，A错误；改变桥墩距波源的距离，波长不会变化，故C、D错误．
2．[2021·北京理工大学附中模拟]医院有一种先进的检测技术——彩超，就是向病人体内发射频率已精确掌握的超声波，超声波经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波的频率变化，就可知道血液的流速．这一技术主要利用了(　　)A．波的干涉　　B．多普勒效应C．波的叠加 D．波的衍射
解析：由题意可知，该仪器是测量反射波的频率变化，而波的干涉、波的衍射及波的叠加都不会使波的频率发生变化，在多普勒效应中由于波源与流动的血液有相对移动而使接收到的频率发生变化，故该技术利用的是多普勒效应，故选B.
3．[2021·福建省南平市质检](多选)如图所示是水平面上两列频率相同的简谐波在某时刻的叠加情况，图中实线为波峰，虚线为波谷．已知两列波的振幅均为2 cm，波速为2 m/s.波长为8 cm，E点是B、D和A、C连线的交点．下列说法中正确的是(　　)A．A、C两处两质点是振动减弱的点B．B、D两处两质点在该时刻的竖直高度差是4 cmC．E处质点是振动减弱的点D．经0.02 s，B处质点通过的路程是8 cm