高考物理一轮复习第7章机械振动和机械波第2节机械波课件

这是一份高考物理一轮复习第7章机械振动和机械波第2节机械波课件，共40页。PPT课件主要包含了必备知识预案自诊，知识梳理，机械波的分类，考点自诊，答案C，答案B，关键能力学案突破，对点演练，答案D，解题指导审题等内容，欢迎下载使用。
一、机械波及分类1.机械波的形成和传播(1)产生条件①有 波源　。 ②有 介质　,如空气、水、绳子等。 (2)传播特点①传播运动形式、 能量　和信息。 ②质点不 随波迁移　。 ③介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源 相同　。 
二、描述机械波的物理量1.波长λ:在波动中振动相位总是 相同　的两个相邻质点间的距离。 2.频率f:在波动中,介质中各质点的振动频率都是相同的,都等于 波源　的振动频率。 3.波速v、波长λ和频率f、周期T的关系: =λf。机械波的速度大小由 介质　决定,与机械波的频率无关。 
三、机械波的图像1.图像:在平面直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的 平衡位置　,用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的 位移　,连接各位移矢量的末端,得出的曲线即为波的图像,简谐波的图像是正弦(或余弦)曲线。 2.物理意义:为某一时刻介质中各质点相对 平衡位置　的位移。 
四、波的衍射和干涉　多普勒效应1.波的干涉和衍射
2.多普勒效应(1)条件:声源和观察者之间有 相对运动　。 (2)现象:观察者感到 频率　发生变化。 (3)实质:声源频率 不变　,观察者接收到的频率 变化　。 
1.判断下列说法的正误。(1)在机械波的传播中,各质点随波的传播而迁移。( ×　)(2)机械波的频率等于振源的振动频率。( √　)(3)质点振动的方向总是垂直于波传播的方向。( ×　)(4)机械波在介质中传播的速度由介质本身决定。( √　)(5)火车鸣笛减速向我们驶来时,我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低。( ×　)
2.一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4 m/s。某时刻波形如图所示,下列说法正确的是(　)A.这列波的振幅为4 cmB.这列波的周期为1 sC.这列波的波长为8 mD.此时x=4 m处质点沿y轴负方向运动
3.下列说法正确的是(　)A.若声波波源向观察者靠近,则观察者接收到的声波频率减小B.声波击碎玻璃杯的实验原理是共振C.超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波近得多D.“音箱的高音部分容易被大的障碍物挡住的现象”是声波的干涉现象
4.(新教材人教版选择性必修第一册P78习题改编)图中的a是一列正弦波在某时刻的波形曲线,如果波向右传播,b是0.2 s后第一次形成的波形曲线。试求这列波的传播速度。答案5 m/s解析根据波形图可知该波的波长为4 m,5 m处的质点向上振动,经过0.2 s振动了四分之一个周期第一次到达最高点,故波的周期为0.8 s,则 =5 m/s。
1.波的图像信息(如图所示)(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。2.波速与波长、周期、频率的关系 =λf。
3.波的传播方向与质点的振动方向的判断方法
2.(2020全国卷Ⅲ)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 0.4　 s,波速为 10　 m/s,传播方向沿x轴 负方向　(选填“正方向”或“负方向”)。 
解析 本题以波的图像为背景,意在考查机械波传播规律。由题意可得,x=6 m处的质点,在0到0.1 s时间内沿y轴负方向运动,根据“微平移法”这列波沿x轴负方向传播;0到0.1 s这段时间,x=6 m处的质点运动了一个振幅,0.1 s是四分之一个周期,这列波的周期为0.4 s;由题图可得这列波的波长为4 m,所以波速为 =10 m/s。
振动图像与波的图像的比较
【典例1】 (2020山东二模)一列简谐横波沿x轴传播,t=0.1 s时的波形图如图甲所示,A、B为介质中的两质点。图乙为质点A的振动图像。以下判断正确的是(　)
A.t=0.15 s时,A的加速度为零B.t=0.15 s时,B的速度沿y轴正方向C.从t=0.1 s到t=0.25 s,B的位移大小为10 cmD.从t=0.1 s到t=0.25 s,波沿x轴负方向传播了7.5 cm
答案 D　解析 由题图乙可知,t=0.15 s时,质点A处于波谷位置,则此时A的加速度最大,故A错误;由题图乙可知,波的周期为0.20 s,则从题图甲所示的t=0.1 s时开始经过0.05 s即四分之一周期质点B处于平衡位置,速度方向沿y轴负方向,故B错误;从t=0.1 s到t=0.25 s经历四分之三周期,质点B处于平衡位置,则B的位移为0,故C错误;由题图乙可知,在t=0.1 s时质点A处于平衡位置且向下振动,结合题图甲可知,波沿x轴负方向传播,由题图甲可知,波长λ=10 m,由题图乙可知,波的周期为0.20 s,则波速为 m/s=50 m/s,从t=0.1 s到t=0.25 s,波沿x轴负方向传播了s=50×0.15 m=7.5 m,故D正确。
破题 1.根据波的图像可以确定波长,根据振动图像可以确定周期,由 可以确定波的传播速度。2.根据波上某质点的振动图像先确定出该时刻质点的振动方向,然后可由“上坡下,下坡上”确定波的传播方向。
求解波的图像与振动图像综合问题的关键:“一分、一看、二找”
3.(2020山东潍坊二模)一列简谐横波沿x轴传播,图甲是t=1 s时的波形图,图乙是x=3.0 m处质点的振动图像,a、b质点在x轴上平衡位置分别为xa=0.5 m、xb=2.5 m,
下列说法正确的是(　)A.波沿x轴正方向传播B.波的传播速度为0.5 m/sC.t=1.5 s时,a、b两点的速度和加速度均等大反向D.从t=1.0 s到t=1.5 s质点a的路程为10 cm
答案 C解析 由题图乙可知,t=1 s时质点速度向上,则这列波沿x轴负方向传播,故A错误;由题图知λ=4 m,T=2 s,则波速为 =2 m/s,故B错误;a、b质点在x轴上平衡位置分别为xa=0.5 m,xb=2.5 m,则xab=2.5 m-0.5 m=2 m,可知a、b相距半个波长,则a、b两点的速度和加速度均等大反向,故C正确;从1.0 s到1.5 s,质点a经过 个周期,经过平衡点附近时的速度大,则s>4×10× m=10 m,故D错误。
1.造成波动问题多解的主要因素(1)周期性①时间周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确;②空间周期性:波传播距离Δx与波长λ的关系不明确。(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。(3)波形的隐含性在波动问题中,往往只给出完整波形的一部分,或给出几个特殊点,而其余信息均处于隐含状态。这样,波形就有多种情况,形成波动问题的多解性。
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…)。步骤如下(1)根据初、末两时刻的波形图确定传播距离与波长的关系通式。(2)根据题设条件判断是唯一解还是多解。(3)根据波速公式v= 或 =λf求波速。
【典例2】 (多选)(2019天津卷)一列简谐横波沿x轴传播,已知x轴上x1=1 m和x2=7 m处质点的振动图像分别如图1、图2所示,则此列波的传播速率可能是(　)A.7 m/s B.2 m/s C.1.2 m/s D.1 m/s
解决波的多解问题的一般思路:(1)首先找出造成多解的原因,比如考虑传播方向的双向性,可先假设波向右传播,再假设波向左传播,分别进行分析。(2)根据周期性列式,若题目给出的是时间条件,则列出t=nT+Δt(n=0,1,2…)进行求解,若给出的是距离条件,则列出x=nλ+Δx(n=0,1,2…)进行求解。(3)根据需要进一步求与波速(v= 或 =λf)等有关的问题。
4.(多选)(2020山东泰安模拟)如图甲所示,a、b为一列简谐横波上平衡位置之间相距6 m的两个质点,两质点的振动图像如图乙所示,实线为a质点的振动图像,虚线为b质点的振动图像。已知两质点平衡位置之间的距离不小于一个波长。关于该简谐波,下列说法正确的是(　)A.波长最大值为24 mB.波长最大值为4.8 mC.波速最大值为1.2 m/sD.波速最大值为6.0 m/s
1.波的干涉中振动加强点和减弱点的判断: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之差Δr。
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。当波以速度v通过观察者时,时间t内通过的完全波的个数为 ,因而单位时间内通过观察者的完全波的个数,就是接收频率。(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。
5.(多选)(2020全国卷Ⅰ)在下列现象中,可以用多普勒效应解释的有(　)A.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声B.超声波被血管中的血流反射后,探测器接收到的超声波频率发生变化C.观察者听到远去的列车发出的汽笛声,音调会变低D.同一声源发出的声波,在空气和水中传播的速度不同E.天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化