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1、第二第二节节机械波机械波 课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究知能优化演练知能优化演练第第二二节节机机械械波波基础知识梳理基础知识梳理基础知识梳理基础知识梳理一、机械波一、机械波1机械波的形成条件机械波的形成条件(1)有有发发生机械振生机械振动动的的_(2)有有传传播播_，如空气、水等，如空气、水等2传传播特点播特点(1)传传播振播振动动形式、形式、传递传递_、传递传递信息信息(2)质质点不随波迁移点不随波迁移波源波源介介质质能量能量垂直垂直相同相同波源波源3波速波速v、波、波长长和和频频率率f、周期、周期T的关系的关系公式：公式：v f机械波的速度大小由机械波的速度大小由_决定，
2、与机械波的决定，与机械波的频频率率无关无关三、机械波的三、机械波的图图象象1图图象：在平面直角坐象：在平面直角坐标标系中，用横坐系中，用横坐标标表示介表示介质质中各中各质质点的点的_，用，用纵纵坐坐标标表示某一表示某一时时刻刻各各质质点偏离平衡位置的点偏离平衡位置的_，连连接各位移矢量接各位移矢量的末端，得出的曲的末端，得出的曲线线即即为为波的波的图图象，象，简谐简谐波的波的图图象是正弦象是正弦(或余弦或余弦)曲曲线线介介质质平衡位置平衡位置位移位移2物理意物理意义义：某一：某一时时刻介刻介质质中各中各质质点相点相对对_的位移的位移四、波的衍射四、波的衍射1定定义义：波可以：波可以绕过绕过障碍
3、物障碍物继续传继续传播的播的现现象象2发发生明生明显显衍射的条件：只有衍射的条件：只有缝缝、孔的、孔的宽宽度或障度或障碍物的尺寸跟波碍物的尺寸跟波长长_，或者，或者_时时，才会才会发发生明生明显显的衍射的衍射现现象象平衡位置平衡位置相差不多相差不多小于波小于波长长五、波的干涉五、波的干涉1波的叠加原理：几列波相遇波的叠加原理：几列波相遇时时能保持各自的能保持各自的运运动动状状态态，继续传继续传播，在它播，在它们们重叠的区域里，重叠的区域里，介介质质的的质质点同点同时时参与参与这这几列波引起的振几列波引起的振动动，质质点的位移等于点的位移等于这这几列波几列波单单独独传传播播时时引起的位移引起的位
4、移的矢量和的矢量和2波的干涉波的干涉(1)定定义义：频频率相同的两列波叠加，使某些区域率相同的两列波叠加，使某些区域的振的振动动_、某些区域的振、某些区域的振动动_，这这种种现现象象叫波的干涉叫波的干涉加加强强减弱减弱(2)条件：两列波的条件：两列波的频频率相同率相同干涉和衍射是波特有的干涉和衍射是波特有的现现象，波同象，波同时还时还可以可以发发生生反射、折射反射、折射六、多普勒效六、多普勒效应应由于波源与由于波源与观观察者互相察者互相_或者互相或者互相_时时，接，接收到的波的收到的波的_与波源与波源频频率不相等的率不相等的现现象象靠近靠近远远离离频频率率课堂互动讲练课堂互动讲练一、振一、振动
5、图动图象与波象与波动图动图象的比象的比较较波的振波的振动图动图象与波象与波动图动图象象虽虽然形状相同，但然形状相同，但所研究的所研究的对对象、意象、意义义、特点等有所不同所、特点等有所不同所以，要掌握两者的区以，要掌握两者的区别别，及在某些情况下两，及在某些情况下两者的相互者的相互转转化化 两种两种图图象象比比较较内容内容振振动图动图象象波波动图动图象象研究研究对对象象某一振某一振动质动质点点沿波沿波传传播方向所有播方向所有质质点点图图象意象意义义某一某一质质点位移随点位移随时间时间变变化化规规律律某某时时刻所有刻所有质质点相点相对对平平衡位置的位移衡位置的位移图图象特点象特点图图象信息象信息
6、(1)周期、振幅周期、振幅(2)各各时时刻刻质质点的位移点的位移(3)速度、加速度的方向速度、加速度的方向(1)波波长长、振幅、振幅(2)任意一任意一质质点点该时该时刻的位移刻的位移(3)任任意一意一质质点在点在该时该时刻加速刻加速度的方向度的方向图图象象变变化化随随时间时间推移推移图图象延象延续续，但已有形状不但已有形状不变变随随时间时间推移，推移，图图象沿象沿传传播方向平移播方向平移一个完整曲一个完整曲线线对应对应横坐横坐标标一个周期一个周期一个波一个波长长即即时应时应用用 (即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1.一列沿着一列沿着x轴轴正方向正方向传传播的横波，在播的横波，在t0时时刻
7、的刻的波形如波形如图图1121甲所示甲所示图图甲中某甲中某质质点的振点的振动动图图象如象如图图乙所示乙所示质质点点N的振幅是的振幅是_m，振，振动动周期周期为为_s，图图乙表示乙表示质质点点_(从从质质点点K、L、M、N中中选选填填)的振的振动图动图象象该该波的波的波速波速为为_m/s.图图1121解析：解析：从甲、乙从甲、乙图图可看出波可看出波长长2.0 m，周期，周期T4 s，振幅，振幅A0.8 m；乙；乙图图中中显显示示t0时时刻刻该该质质点点处处于平衡位置向上振于平衡位置向上振动动，甲，甲图图波形波形图图中，中，波向波向x轴轴正方向正方向传传播，播，则则L质质点正在平衡位置向点正在平衡
8、位置向上振上振动动，波速，波速v/T0.5 m/s.答案：答案：0.84L0.52质质点振点振动动方向与波方向与波传传播方向的互判播方向的互判图图象象方法方法微平移法：沿波的微平移法：沿波的传传播方向将波的播方向将波的图图象象进进行一微行一微小平移，然后由两条波形曲小平移，然后由两条波形曲线线来判断来判断例如：波沿例如：波沿x轴轴正向正向传传播，播，t时时刻波形曲刻波形曲线线如如图图中中实线实线所示将其沿所示将其沿v的方向移的方向移动动一微小距离一微小距离x，获获得如得如图图中虚中虚线线所示的所示的图线图线可以判定：可以判定：t时时刻刻质质点点A振振动动方向向下，方向向下，质质点点B振振动动方
9、向向上，方向向上，质质点点C振振动动方向向下方向向下“上、下坡上、下坡”法法沿着波的沿着波的传传播方向看，上坡的点向下振播方向看，上坡的点向下振动动，下坡，下坡的点向上振的点向上振动动，即，即“上坡下、下坡上上坡下、下坡上”例如：例如：图图中，中，A点向上振点向上振动动，B点向下振点向下振动动，C点点向上振向上振动动逆向描迹法逆向描迹法逆着波的逆着波的传传播方向用播方向用铅铅笔描波形曲笔描波形曲线线，笔，笔头头向上向上动动，质质点的振点的振动动方向向上，笔方向向上，笔头头向下向下动动，质质点的点的振振动动方向就向下方向就向下.3.波的多解性波的多解性问题问题造成波造成波动问题动问题多解的主要因
10、素有：多解的主要因素有：(1)周期性周期性时间时间周期性：周期性：时间间时间间隔隔t与周期与周期T的关系不明确的关系不明确空空间间周期性：波周期性：波传传播距离播距离x与波与波长长的关系不明确的关系不明确(2)双向性双向性传传播方向双向性：波的播方向双向性：波的传传播方向不确定播方向不确定振振动动方向双向性：方向双向性：质质点振点振动动方向不确定方向不确定(3)波形的波形的隐隐含性形成多含性形成多值值解解在波在波动问题动问题中，往往只中，往往只给给出完整波形的一部出完整波形的一部分，或分，或给给出几个特殊点，而其余信息均出几个特殊点，而其余信息均处处于于隐隐含状含状态态这样这样，波形就有多种情
11、况，形成，波形就有多种情况，形成相关波相关波动问题动问题的多的多值值解解即即时应时应用用 (即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2.(2010年高考安徽理年高考安徽理综综卷卷)一列沿一列沿x轴轴正方向正方向传传播的播的简谐简谐横波，某横波，某时时刻的波形如刻的波形如图图1122所所示示P为为介介质质中的一个中的一个质质点，从点，从该时该时刻开始的刻开始的一段极短一段极短时间时间内，内，P的速度的速度v和加速度和加速度a的大小的大小变变化情况是化情况是()Av变变小，小，a变变大大Bv变变小，小，a变变小小Cv变变大，大，a变变大大Dv变变大，大，a变变小小图图1122解析：解析：选选D.由由
12、题图题图知波知波传传播方向沿播方向沿x轴轴正方向，正方向，根据根据质质点振点振动动方向与波的方向与波的传传播方向的关系可播方向的关系可知知质质点点P的速度方向在的速度方向在该时该时刻开始的一段极短刻开始的一段极短时间时间内沿内沿y轴轴正方向，即向正方向，即向该质该质点的平衡位置点的平衡位置运运动动，因此，因此P质质点速度增大；点速度增大；质质点点P做做简谐简谐运运动动，向平衡位置运，向平衡位置运动动，距离平衡位置的位移，距离平衡位置的位移减小，所受回复力减小，因此加速度减小，所受回复力减小，因此加速度a减小，减小，即即v变变大，大，a减小，故只有减小，故只有选项选项D正确正确2现现象判断法：若
13、某点象判断法：若某点总总是波峰与波峰是波峰与波峰(或波谷或波谷与波谷与波谷)相遇，相遇，则该则该点点为为加加强强点；若点；若总总是波峰与波是波峰与波谷相遇，谷相遇，则为则为减弱点不能减弱点不能认为认为加加强强点的位移永点的位移永远远最大，减弱点的位移永最大，减弱点的位移永远远最小最小用一条曲用一条曲线线将加将加强强点点连连接起来，接起来，这这条曲条曲线线上的点上的点都是加都是加强强点；把减弱点用曲点；把减弱点用曲线连线连接起来，曲接起来，曲线线上上的点都是减弱点加的点都是减弱点加强强点与减弱点之点与减弱点之间间各各质质点的点的振幅介于加振幅介于加强强点与减弱点的振幅之点与减弱点的振幅之间间即即
14、时应时应用用 (即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)3.(2011年杭州年杭州质质量量检测检测)如如图图1123所示表示两所示表示两列相干水波某列相干水波某时时刻的波峰和波谷位置，刻的波峰和波谷位置，实线实线表示表示波峰，虚波峰，虚线线表示波谷，相表示波谷，相邻实线邻实线与虚与虚线间线间的距离的距离为为0.2 m，波速，波速为为1 m/s，在，在图图示范示范围围内可以内可以认为这认为这两列波的振幅均两列波的振幅均为为1 cm，C点是相点是相邻实线邻实线与虚与虚线线间间的中点，的中点，则则()图图1123A图图示示时时刻刻A、B两点的两点的竖竖直高度差直高度差为为2 cmB图图示示时时刻刻C点
15、正点正处处于平衡位置且向水面上运于平衡位置且向水面上运动动CF点到两波源的路程差点到两波源的路程差为为零零D经经0.1 s，A点的位移点的位移为为零零解析：解析：选选BD.图图示示时时刻点刻点A、B、D振振动动加加强强，A、B间间高度差高度差hAB4A4 cm，A、D间间高度差高度差为为零；零；图图示示时时刻点刻点C在水面，根据上下坡法，点在水面，根据上下坡法，点C由水面由水面向上运向上运动动；图图示示时时刻刻E、F振振动动减弱，位移减弱，位移为为零，零，到两波源的路程差到两波源的路程差为为半波半波长长的奇数倍；波的奇数倍；波长为长为0.4 m，周期，周期为为0.4 s，经过时间经过时间t0.
16、1 s0.25T，两，两列波的平衡位置列波的平衡位置传传到到A点，点，则则位移位移为为零零2波源不波源不动动：观观察者朝向波源以某一速度运察者朝向波源以某一速度运动动，由，由于相于相对对速度增大而使得速度增大而使得单单位位时间时间内通内通过观过观察者的完察者的完全波的个数增多，接收全波的个数增多，接收频频率增大了同理可知，当率增大了同理可知，当观观察者背离波源运察者背离波源运动时动时，接收，接收频频率将减小率将减小3观观察者不察者不动动：波源朝向：波源朝向观观察者以某一速度运察者以某一速度运动动，由于波由于波长变长变短，而使得短，而使得单单位位时间时间内通内通过观过观察者的完察者的完全波的个数
17、增多，接收全波的个数增多，接收频频率亦增大，同理可知，当率亦增大，同理可知，当波源背离波源背离观观察者运察者运动时动时，接收，接收频频率将减小率将减小即即时应时应用用 (即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)4.站在火站在火车车站台上的旅客听到路站台上的旅客听到路过过火火车鸣车鸣笛声的音笛声的音调调(注：音注：音调调由由频频率决定，率决定，频频率大率大时时音音调调高，高，频频率率小小时时音音调调低低)变变化情况，以下化情况，以下说说法正确的是法正确的是()A当火当火车进车进站站时时，鸣鸣笛声的音笛声的音调变调变低低B当火当火车进车进站站时时，鸣鸣笛声的音笛声的音调变调变高高C当火当火车车离站离
18、站时时，鸣鸣笛声的音笛声的音调变调变低低D当火当火车车离站离站时时，鸣鸣笛声的音笛声的音调变调变高高解析：解析：选选BC.根据多普勒效根据多普勒效应应，火，火车进车进站站时时，波源向波源向观观察者靠近，旅客听到的察者靠近，旅客听到的鸣鸣笛声的笛声的音音调变调变高；当火高；当火车车离站离站时时，旅客听到的，旅客听到的鸣鸣笛声的音笛声的音调变调变低，故低，故B、C正确正确经典题型探究经典题型探究题型一题型一波的形成和传播波的形成和传播例例例例1 1 (2009年高考江年高考江苏苏卷卷)在在t0时时刻，刻，质质点点A开始开始做做简谐简谐运运动动，其振，其振动图动图象如象如图图1124所示所示质质点点
19、A振振动动的周期是的周期是_s；t8 s时时，质质点点A的运的运动动沿沿y轴轴的的_方向方向(填填“正正”或或“负负”)；质质点点B在波的在波的传传播方向上与播方向上与A相相距距16 m，已知波的，已知波的传传播速度播速度为为2 m/s，在，在t9 s时时，质质点点B偏离平衡位置的位移是偏离平衡位置的位移是_cm.图图1124【思路点思路点拨拨】振振动动周期由周期由图图象可直接得出，象可直接得出，经过经过t时间时间后后A、B两两质质点的振点的振动动情况需要根情况需要根据波的据波的传传播播规规律及波的周期性来判断律及波的周期性来判断【答案答案】4正正10 (2009年高考福建理年高考福建理综综卷
20、卷)图图1125甲甲为为一一列列简谐简谐横波在横波在t0.10 s时时刻的波形刻的波形图图，P是平衡位是平衡位置置为为x1 m处处的的质质点，点，Q是平衡位置是平衡位置为为x4 m处处的的质质点，点，图图乙乙为质为质点点Q的振的振动图动图象，象，则则()题型二题型二波波动图动图象和振象和振动图动图象的象的综综合合问题问题例例例例2图图1125At0.15 s时时，质质点点Q的加速度达到正向最大的加速度达到正向最大Bt0.15 s时时，质质点点P的运的运动动方向沿方向沿y轴负轴负方向方向C从从t0.10 s到到t0.25 s，该该波沿波沿x轴轴正方向正方向传传播了播了6 mD从从t0.10 s到
21、到t0.25 s，质质点点P通通过过的路程的路程为为30 cm【解析解析】由由质质点点Q的振的振动图动图象可知，象可知，t0.15 s时时，Q正正处处于最低点，加速度达到正向最大，于最低点，加速度达到正向最大，选选项项A对对；t0.10 s时时，Q正正处处于平衡位置向下运于平衡位置向下运动动，故波是向左，故波是向左传传播的，所以播的，所以t0.15 s时时，质质点点P运运动动方向沿方向沿y轴负轴负方向，方向，选项选项B对对；【答案答案】AB (2010年高考四川卷改年高考四川卷改编题编题)一列一列简谐简谐横横波沿直波沿直线线由由A向向B传传播，播，A、B相距相距0.45 m，如，如图图1126
22、是是A处质处质点的振点的振动图动图象当象当A处质处质点点运运动动到波峰位置到波峰位置时时，B处质处质点点刚刚好到达平衡位好到达平衡位置，置，这这列波的波速可能是列波的波速可能是()题型三题型三波的多解性波的多解性例例例例3图图1126A4.5 m/sB3.0 m/sC1.5 m/s D0.7 m/s【思路点思路点拨拨】(1)B点通点通过过平衡位置的速度方平衡位置的速度方向未知，形成多解；向未知，形成多解；(2)AB间间的距离与波的距离与波长长的的关系不确定形成多解关系不确定形成多解图图1127图图1128【答案答案】AC (2010年高考年高考课标课标全国卷全国卷)波源波源S1和和S2振振动动方方向相同，向相同，频频率均率均为为4 Hz，分，分别别置于均匀介置于均匀介质质中中x轴轴上的上的O、A两点两点处处，OA2 m，如，如图图1129所示所示两波源两波源产产生的生的简谐简谐横波沿横波沿x轴轴相向相向传传播，波速播，波速为为4 m/s.已知两波源振已知两波源振动动的初始相位相同求：的初始相位相同求：(1)简谐简谐横波的波横波的波长长；(2)OA间间合振合振动动振幅最小的点的位置振幅最小的点的位置题型四题型四波的干涉波的干涉例例例例4图图1129【答案答案】见见解析解析