人教版高考物理一轮复习第9章第2讲机械波PPT课件

这是一份人教版高考物理一轮复习第9章第2讲机械波PPT课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，机械波的分类，波的干涉和衍射，知识巩固，BCD等内容，欢迎下载使用。

第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
1.机械波的形成条件(1)有发生机械振动的波源。(2)有传播介质,如空气、水等。2.传播特点(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附近做简谐运动,并不随波迁移。(2)介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)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。
追本溯源生活中有很多波动现象,如水波、上下抖动绳子形成的绳波。以绳波为例,分析波的形成和传播。
1.横波的图像(1)坐标轴: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。(2)意义:表示在波的传播方向上,某时刻各质点离开平衡位置的位移。(3)图像:
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。
追本溯源新型列车动车组速度可达300 km/h,当该车在高速运行中鸣笛时,与该车笛声的音调相比,站在车前方路旁的人与站在车后方路旁的人听起来音调有什么不同?提示 车前方的人听起来音调偏高,车后方的人听起来音调偏低。
1.思考判断(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)周期或频率,只取决于波源,而与v、λ无直接关系。(　　)(3)在机械波传播过程中,波速v取决于介质的性质,它与T、λ无直接关系。只要介质不变,v就不变;如果介质变了,v也一定变。(　　)(4)两列波在介质中叠加,一定产生干涉现象。(　　)(5)一切波都能发生衍射现象。(　　)(6)多普勒效应说明波源的频率发生变化。(　　)
2.关于机械波,下列说法正确的是(　　)A.机械波的振幅与波源振动的振幅不相等B.在机械波的传播过程中,离波源越远的质点振动的周期越大C.在机械波的传播过程中,介质中质点的振动频率等于波源的振动频率D.在机械波的传播过程中,介质中质点的振动速度等于波的传播速度
解析:在传播过程中,机械波的振幅与波源振动的振幅是相等的,A错误。在机械波的传播过程中各点的振动周期均与波源的周期相同,B错误。每个质点都在重复波源的振动,因此质点的振动频率和波源的振动频率相同, C正确。振动速度与波的传播速度是不相同的,D错误。
3.(2020·四川北大附中成都为明学校月考)公路上的雷达测速仪的工作原理是利用(　　)A.波的反射和多普勒效应B.波的干涉和多普勒效应C.波的干涉和波的反射D.波的反射和共振
解析:雷达测速主要是利用多普勒效应,当目标向雷达天线靠近时,反射信号频率将高于发射信号频率;反之当目标远离天线而去时,反射信号频率将低于发射信号频率,根据频率的改变数值,即可计算出目标与雷达的相对速度,A正确,B、C、D错误。
5.(2020·江苏海头高级中学高二月考)如图所示,实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷,此刻,M是波峰与波峰相遇点,下列说法正确的是(　　)A.该时刻质点O正处在平衡位置B.P、N两点始终处于平衡位置C.质点M始终位于波峰位置D.点M到两波源的距离之差一定是波长的整数倍
解析:由题图知O点是波谷和波谷叠加,正处于波谷,A错误。P、N两点是波谷和波峰叠加,位移始终为零,即处于平衡位置,B正确。题图所示时刻点M为波峰与波峰相遇,是振动加强点,振幅最大,在平衡位置振动,不始终位于波峰位置,C错误。只有当两波源振动相位相同时,M点到两波源的距离差才是波长的整数倍;若两波源振动相位相反,则M点到两波源的距离差为半波长的奇数倍,D错误。
2.振动和波动的比较
3.周期(频率)、波速、波长的决定因素(1)周期和频率只取决于波源,波的周期和频率就是指波源的周期和频率,与v、λ无任何关系。(2)波速v决定于介质的物理性质,同一种均匀介质,物理性质相同,波在其中传播的速度恒定。
【典例1】 在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点,相邻两质点的距离均为l,如图甲所示。一列横波沿该直线向右传播,t=0时到达质点1,质点1开始向下运动,经过时间Δt第一次出现如图乙所示的波形。则该波: (1)波长为多少?(2)质点振动的周期为多少?思维点拨根据图乙读出波长,结合题中给出的时间和波在时间Δt内传播的距离求振动周期。
解析:(1)由题图乙可知该波的波长为8l。(2)由波的传播方向可推知质点9在Δt时刻的振动方向向上,而t=0时刻波刚传到质点1时其振动方向是向下的,由此可见质点9并非是Δt时刻波的前沿;由题意,题图乙是经Δt时间第一次出现的波形,可知Δt时刻在质点9的右侧还应有半个波长的波形未画出,即经时间Δt,波应从质点1传播到质点13。传播的距离Δx=1.5λ=12l
特别提醒(1)波的形成过程中,介质中的每一个质点都以它的平衡位置为中心振动,并不随波发生迁移,后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动。(2)波的形成问题中,要注意观察振动传到了哪一个质点,没有传到的区域不能画波形。
训练突破1.(多选)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的频率为20 Hz,波速为16 m/s。已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧,且P、Q和S的平衡位置在一条直线上,P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8 m、14.6 m。P、Q开始振动后,下列判断正确的是(　　)A.P、Q两质点运动的方向始终相同B.P、Q两质点运动的方向始终相反C.当S恰好通过平衡位置时,P、Q两点也正好通过平衡位置D.当S恰好通过平衡位置向上运动时,P在波峰
整合构建1.振动图像与波的图像的比较
2.波的传播方向与质点振动方向的互判方法
【典例2】 (多选)如图所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,实线为t=0时的波形,虚线为t=0.5 s时的波形。已知该简谐波的周期大于0.5 s。关于该简谐波,下列说法正确的是(　　)A.波长为2 mB.波速为6 m/sC.频率为1.5 HzD.t=1 s时,x=1 m处的质点处于波峰思维点拨根据图中实线与虚线之间的关系,得到t=0.5 s与波的周期关系,结合0.5 s【典例3】 图甲为某波动在t=10 s时的图像,图乙为x=10 cm处P点的振动图像。根据图示信息回答下列问题。
(1)该波动的振幅、波长、周期、频率是多少?(2)波向哪个方向传播?速度是多少?(3)画出x=20 cm处Q点的振动图像。
思维点拨(1)利用图甲和图乙确定振幅、波长、周期、频率;(2)根据图乙确定P点在t=10 s时的振动方向,再根据图甲判断波的传播方向;(3)根据图甲和图乙获得的信息可画出Q点的振动图像。
答案:(1)A=15 cm　λ=40 cm　T=20 s f=0.05 Hz　(2)沿x轴正方向传播 0.02 m/s　(3)见解析
方法归纳求解波的图像与振动图像综合类问题可采用“一分、一看、二找”的方法
整合构建1.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:波传播的距离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。
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,…)。
考向1 波的周期性造成多解【典例4】 一列横波在向右传播过程中,a和b两个质点在某一时刻处于如图所示的位置,其中b在平衡位置,a在最大位移处,在波的传播方向上,a、b两质点相距35 cm,且大于一个波长而小于两个波长,则该波波长可能为____________,画出相应波形。 
28 cm或20 cm
考向2 波的传播方向不确定造成多解【典例5】 一列简谐横波的波形如图所示,实线表示t1=0时刻的波形,虚线表示t2=0.1 s时刻的波形,该波的周期为T。(1)若T2T,并且波速为700 m/s,求波的传播方向。思维点拨(1)波可能沿x轴正方向传播,也可能沿x轴负方向传播。根据波在一个周期内传播的距离是一个波长,确定出波传播的距离,再求解波速。(2)由图读出波长。根据Δx=vΔt求波在0.1 s内传播的距离,分析与波长的关系,再判断波的传播方向。
答案:(1)100 m/s或140 m/s　(2)波沿x轴负方向传播
训练突破4.(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甲、图乙所示,则此列波的传播速率可能是(　　) A.7 m/sB.2 m/sC.1.2 m/sD.1 m/s
整合构建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.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。
训练突破5.(多选)如图所示,当波源和障碍物都静止不动时,波源发出的波在障碍物处不能发生明显衍射。下列措施可能使波发生较为明显衍射的是(　　)A.增大波源的振动频率B.减小波源的振动频率C.增大障碍物的长度D.波源远离障碍物运动
6.(多选)(2020·湖南重点中学模拟)关于多普勒效应,下列说法正确的是(　　)A.多普勒效应是由波的干涉引起的B.发生多普勒效应时,波源的频率并未发生改变C.发生多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动D.若声源向观察者靠近,则观察者接收到的频率大于声源发出声波的频率
解析:多普勒效应是由于波源与观察者之间发生相对运动而产生的,波源的频率不发生变化,是观察者接收到的频率发生变化,故B、C正确,A错误;当声源向观察者靠近时,观察者接收到的频率大于声源发出声波的频率,D正确。
7.如图甲所示,在xy平面内有两个沿z方向做简谐运动的点波源S1(0,4 m)和S2(0,-2 m)。两波源的振动图线分别如图乙和图丙所示。两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8 m,-2 m)的路程差为________ m,两列波引起的点B(4 m,1 m)处质点的振动相互___________(选填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5 m)处质点的振动相互__________(选填“加强”或“减弱”)。
机械波的实际应用情景突破机械振动与机械波问题常常与实际生产、生活密切联系,情境新颖,贴近生活,有助于培养学生应用物理知识解决实际问题的能力。
典例示范(多选)(2020·福建泉州一模)健身市场上有一种时尚的运动器材“战绳”,健身者把两根绳子一端固定在P点上,用双手各自将绳子的另一端分别握住,然后根据锻炼的需要以不同的频率、不同的幅度上下抖动绳子,使绳子振动起来,从而达到健身的目的。某时刻,绳子形成的波形如图所示(还未传到P点),其中a、b是右手绳子上的两个点,下列说法正确的是(　　) A.健身者右手刚抖动时的方向是向上的B.无论右手如何抖动绳子,a、b两点的振动步调都不可能相反C.如果增大抖动的频率,绳上波形传播到P点的时间变短D.如果增大抖动的频率,a、b两点间可能出现两个完整波形
解析:由上下坡法可知健身者右手刚抖动时的方向是向上的,A正确。改变抖动绳子的频率,当a、b两点间相差半个周期时,a、b两点的振动步调相反,B错误。波的传播速度由介质决定,介质不变,波速不变,绳子上的波形传播到P点的时间不变,C错误。如果增大抖动的频率,质点振动的周期变短,a、b两点间可能相差两个周期,a、b两点间可能出现两个完整波形,D正确。
变式训练1.物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如,利用波的干涉,可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。如图所示,两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧,它们类似于杨氏干涉实验中的双缝。两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波。飞机降落过程中,当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时,表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是(　　)A.天线发出的两种无线电波必须一样强B.导航利用了波长为λ1与λ2两种无线电波之间的干涉C.两种无线电波在空间的强弱分布稳定D.两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合
解析:无线电波的干涉与强弱无关,A错误。导航利用了波长都为λ1的两无线电波的干涉、波长都为λ2的两无线电波的干涉,并不是波长为λ1和λ2的两种无线电波的干涉,B错误。空间中λ1的干涉与λ2的干涉相互叠加,因为每种无线电波干涉后强弱分布稳定,故叠加后空间的强弱分布依旧稳定,C正确。由于λ1与λ2不同,故各自在空间的强弱分布不完全重合,D错误。
2.(多选)如图甲所示,一位男同学站立不动吹口哨,一位女同学坐在秋千上来回摆动。根据图乙,下列关于女同学的感受的说法正确的是(　　)
A.女同学从A向B运动过程中,她感觉哨声音调变高B.女同学从E向D运动过程中,她感觉哨声音调变高C.女同学在点C向右运动时,她感觉哨声音调不变D.女同学在点C向左运动时,她感觉哨声音调变低
解析:当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大,听到的音调变高;当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小,听到的音调变低。
3.(多选)(2020·内蒙古北重三中期中)一水平长绳上系着一个弹簧和小球组成的振动系统,小球振动的固有频率为2 Hz。现在长绳两端分别有一振源P、Q同时开始以相同振幅A上下振动了一段时间,某时刻两振源在长绳上形成波形如图。两列波先后间隔一段时间经过弹簧振子所在位置,观察到小球先后出现了两次振动,小球第一次振动时起振方向向上,且振动并不显著,而小球第二次则产生了较强烈的振动。则(　　) A.由Q振源产生的波先到达振动系统B.Q振源离振动系统较远C.由Q振源产生的波的波速较接近4 m/sD.有4个时刻绳上会出现振动位移大小为2A的点