2024年高考物理第一轮复习课件：第七章 第2讲　机械波

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第七章 第2讲　机械波，共60页。PPT课件主要包含了相互垂直，平衡位置，相差不多，小于波长，答案A，负方向，答案B，答案C，波的多解问题，答案见解析等内容，欢迎下载使用。

[自主落实]一、机械波1．机械波的形成条件(1)有发生机械振动的____。(2)有传播____，如空气、水等。2．传播特点(1)传播振动形式、传递____、传递信息。(2)质点不随波迁移。
三、机械波的图像1．图像：在平面直角坐标系中，用横坐标x表示在波的传播方向上介质中各质点的________，用纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的____，得到一系列(x，y)的点，这些点的集合就是这一时刻波的图像，简谐波的图像是正弦(或余弦)曲线。2．物理意义：某一时刻介质中各质点相对________的位移。
四、波的衍射1．定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。2．发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长________，或者________时，才会发生明显的衍射现象。五、波的干涉1．波的叠加原理：几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的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位移的矢量和。
2．波的干涉(1)定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振动____、某些区域的振动____，这种现象叫波的干涉。(2)条件：两列波的频率相同。3．干涉和衍射是波特有的现象，波同时还可以发生反射、折射。六、多普勒效应由于波源与观察者互相____或者互相____时，接收到的波的____与波源频率不相等的现象。
[自我诊断]一、判断题(1)在机械波中各质点不随波的传播而迁移。( )(2)通过波的图像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)两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。( )
二、选择题1．以下关于波的衍射的说法，错误的是(　　)A．波遇到障碍物时，一定会发生衍射现象B．当障碍物的尺寸比波长大得多时，会发生明显的衍射现象C．当孔的大小比波长小时，会发生明显的衍射现象D．通常的讲话产生的声波，经过尺寸为1 m左右的障碍物时会发生明显的衍射现象
解析：所有波都能发生衍射现象，当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，会发生明显的衍射现象，人通常讲话产生的声波的波长为1 m左右，所以选项A、C、D正确，B错误。
2．当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，下列说法错误的是(　　)A．质点P的振动始终是加强的 B．质点P的振幅最大C．质点P的位移始终最大 D．质点P的位移有时为零解析：由于两列波的波峰在P点相遇，故质点P是振动加强点，质点P的振幅最大，其位移随时间周期性变化，位移有时为零，故A、B、D正确，C错误。
3．某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以1.8 m/s的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近。该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15 s。下列说法正确的是(　　)A．该水面波的频率为6 HzB．该水面波的波长为4 mC．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去D．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移
4．如图所示，a、b、c、d是一简谐横波上的质点，某时刻a、d位于平衡位置且相距为9 m，c在波谷，该波的波速为2 m/s。若此时a经平衡位置向上振动，则(　　)A．此波向右传播B．b点振动周期为3 sC．c点运动速度大小为2 m/sD．此波在a、d两点之间传播需3 s
波的形成、传播与波的图像
1．机械波的传播特点(1)波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同。(2)介质中每个质点都做受迫振动，因此，任一质点的振动频率和周期都与波源的振动频率和周期相同。
(1)直接读取振幅A和波长λ，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播方向。
3．波的传播方向与质点振动方向的互判方法
【例1】　 (2022·天津河西高三模拟)一列简谐横波沿x轴负方向传播，波的周期为0.4 s，某时刻的波形如图所示。下列说法正确的是 (　　)A．该波的波速为20 m/sB．该波的波长为10 mC．此时刻，质点P向下运动D．此时刻，质点Q向上运动
【例2】　(2020·全国Ⅲ卷)如图所示，一列简谐横波平行于x轴传播，图中的实线和虚线分别为t＝0和t＝0.1 s时的波形图。已知平衡位置在x＝6 m处的质点，在0到0.1 s时间内运动方向不变。这列简谐波的周期为________s，波速为________m/s，传播方向沿x轴________(选填“正方向”或“负方向”)。
1．(波的传播特点与波速公式)(2022·江苏南京调研)如图所示，x轴上，波源在原点O处，Oa＝3 m，Ob＝4 m，Oc＝6 m。t＝0时，波源从平衡位置开始竖直向上振动，形成分别沿x轴向正方向和负方向传播的简谐横波，t＝6 s时，质点a第一次到达最高点，同时质点c刚好开始振动。下列说法正确的是(　　)A．该波的周期为12 sB．该波的波速为0.5 m/sC．t＝6 s时b处的质点正在向下运动D．若波源停止振动，则a、b、c三点处的质点将同时停止振动
3．(通过波的图像分析波的传播)如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某一时刻的波形图，已知波的传播速度v＝2.0 m/s。关于图像中a、b两处的质点，下列说法中错误的是(　　)A．a处的质点此时具有沿y轴正方向的最大速度B．a处的质点再经0.15 s具有沿y轴正方向的最大加速度C．a处的质点再经1.55 s具有最大动能D．在波的形成过程中，a处的质点振动0.15 s，b处的质点开始振动
1．振动图像与波动图像的比较
　波动图像和振动图像　　
2.由波动图像和某一质点的振动图像判断波的传播规律的方法(1)首先根据横轴是长度还是时间分清哪一个是波动图像，哪一个是振动图像，注意各个质点振动的周期和振幅相同。(2)从确定的振动图像中可以找出某质点在波动图像中某一时刻的振动方向，根据该点振动方向确定波的传播方向。
【例3】　在均匀介质中，一列沿x轴正向传播的横波，其波源O在第一个周期内的振动图像如图所示，则该波在第一个周期末的波的图像是(　　)
[解析]　由振动图像可知波源开始振动的方向沿y轴负方向，则一个周期末开始振动的质点，其振动方向也是沿y轴负方向，所以A、C错误；由振动图像可知，后半个周期振动的振幅较大，根据波的传播特点，B错误，D正确。
【例4】　(2022·山东济南高三检测)如图所示，图甲为一列简谐横波在t＝3 s时的波形图，图乙为该波中x＝5 m处质点的振动图像。下列说法正确的是(　　)
A．这列横波沿x轴负方向传播B．这列横波的波速为1 m/sC．再过1 s，x＝6 m处的质点速度将减小，加速度将增大D．从4 s到5 s，x＝2.5 m处的质点通过的路程为10 cm[解析]　由乙图可读出t＝3 s时，x＝5 m处的质点在平衡位置沿正向振动，由甲图对x＝5 m的质点由同侧法可知波沿x轴正方向传播，故A错误；由甲图可知波长λ＝4 m，由乙图可知周期为T＝4 s，则波
“一分、一看、二找”分析波动图像与振动图像综合类问题
4．(图像信息的应用)(2022·山东济南高三检测)如图所示，图甲是t＝5 s时刻一简谐横波沿x轴正方向传播的波形图，图乙为这列波上某质点的振动图像，则(　　)
(1)波速及波的传播方向；(2)质点Q的平衡位置的x坐标。
答案：(1)18 cm/s　波沿x轴负方向传播　(2)9 cm
1．造成波动问题的多解的三大因素
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，…)。
【例5】　如图所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速为v，P、Q是沿波传播方向上相距为a的两质点，某时刻P、Q两质点都处于平衡位置，且P、Q间仅有一个波峰，经过时间t，Q质点第一次运动到波峰，则t不可能等于(　　)
【例6】　(2022·山东青岛高三检测)如图所示，实线为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形，虚线是该波在t＝0.20 s时刻的波形，则此列波的波速可能为(　　)A．25 m/s B．20 m/sC．35 m/s D．55 m/s
6．(波的周期性形成多解)一列简谐横波沿x轴的正向传播，振幅为 2 cm，周期为T。已知t＝0时刻波上相距50 cm的两质点a、b的位移都是 1 cm，但运动方向相反，其中质点a沿y轴负向运动，如图所示。下列说法错误的是(　　)
7．(双向性造成的多解问题)一列简谐横波在x轴上传播，在t1＝0和t2＝0.05 s 时，其波形分别用如图所示的实线和虚线表示。(1)求这列波可能具有的波速；(2)当波速为280 m/s时，波的传播方向如何？以此波速传播时，x＝ 8 m处的质点P从平衡位置运动至波谷所需的最短时间是多少？
8．振源处于x轴原点处，分别向x轴正向和负向形成两列简谐横波，在x轴上有两点P和Q，它们的振动图像分别是图甲和乙，它们间的距离为d＝10 m。
　波的干涉、衍射、多普勒效应　　
(2)图像法：在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接而成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。
2．波的衍射现象是指波能绕过障碍物继续传播的现象，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。
【例7】　(2022·江苏南通模拟)如图所示，静止的雷达测速仪a发射频率为f0的超声波，该超声波被迎面驶来的汽车b反射后，又被a接收到，则(　　)A．a接收到b的反射波频率等于f0B．a的发射波与b的反射波相遇会发生干涉C．反射波在空气中的传播速度与b运动速度有关D．a根据接收到的反射波的频率可确定b的速度
【例8】　如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述错误的是(　　)A．此时能观察到明显的波的衍射现象B．挡板前后波纹间距离相等C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象
A．加强、加强　　　　　B．减弱、减弱C．加强、减弱 D．减弱、加强
10．(波的衍射、干涉与波的图像的综合)如图所示，在同一种均匀介质中的一条直线上，a、b两个振源相距8 m。在t0＝0时刻，a、b开始振动，它们的振幅相等，且都只振动了一个周期，a、b的振动图像分别如图甲、乙所示。若a振动形成的横波向右传播，b振动形成的横波向左传播，波速均为10 m/s，则下列说法正确的是(　　)
A．t1＝0.2 s，两列波相遇B．若两列波在传播过程中遇到小于1 m的障碍物，不能发生明显的衍射现象C．t2＝0.95 s时刻，b处质点的加速度为正向最大D．在两列波相遇过程中，a、b连线中点c处振动始终加强
到尺寸与波长2 m差不多的障碍物能发生明显的衍射现象，B错误；因为t2＝0.95 s＝4.75T，a振动形成的波刚好传到b处，且振动到波谷，b处质点的加速度为正向最大，C正确；当a的波峰(或波谷)传到c时，恰好b的波谷(或波峰)传到c处，c处的振动始终减弱，由于两列波的振幅相等，所以c处的质点的振动速度始终为零，D错误。